2.2.3 电网扰动抑制技术

随着大功率电气设备日益增加，无论是传统直流28V电网供电系统还是高低压混合电网供电系统，仅靠连接在电网上的蓄电池并不能完全吸收浪涌电压的冲击，且在单一故障供电即发电机单独供电条件下，大功率电气设备的突加、突卸形成的浪涌电压将引起电网波动，会影响甚至损坏电网上的电子设备。特别是直流28V电网系统中，当泵、阀类感性负载加载、抛载时，如不对电网扰动进行抑制，会使电网出现瞬态高尖峰电压，造成精密电子设备出现死机、黑屏的现象，甚至导致电子设备不能正常工作。

1．电网稳态特性的控制

一般来说，当电网选定了发电机和发电控制器，电源系统自身的特性也就相应确定了。目前发电机是发电、整流为一体，输出直流电，再通过发电控制器斩波方式调压，输出满足要求的直流28V或270V电压。

电网的纹波电压的波动范围主要取决于发电机的极数和输出特性、整流器输出特性、发电控制器的调压性能等。为了更好地抑制电源系统和电网上用电设备产生的瞬态脉冲的冲击，通常在电源供电的主回路增加电源滤波器，使电网更加平稳，输出满足要求的电网电压。

2．电网浪涌电压和尖峰脉冲电压的抑制

大功率电气设备的突加、突卸形成的浪涌电压将引起电网波动，应对典型负载工况进行综合分析，在电网系统中进行合理的瞬态抑制和浪涌抑制设计，满足国军标GJB 298—1987《军用车辆28伏直流电气系统特性》等相关标准对电源系统提出的瞬态特性指标要求。

电源网络中蓄电池、超级电容和电源滤波器是抑制浪涌电压和尖峰脉冲电压的主要部件。蓄电池和超级电容为车辆电起动提供电能，在车辆电气设备集中用电高峰产生负荷冲击时，蓄电池和超级电容既可以补充发电机供电能力的不足，超级电容又可吸收电网的瞬态能量，同时也是提高电网平顺性的重要措施之一。超级电容工作原理将在8.3节详细介绍。

随着高低压混合电网供电系统的研制和应用，对具有瞬时大功率放电和能量吸收特性的高压超级电容的需求日益明显，在选择超级电容时应考虑：

（1）超级电容储能应略大于起动所需能量需求，满足高压起动发动机的要求。

（2）满足瞬态功率需求，在发电机发电状态下，超级电容组用于补偿部分大功率负载如炮控起动、高速转塔等所需能量，控制其引起的电网波动在标准范围内。

（3）吸收炮塔制动等回馈到电网的能量，防止电网系统出现过压现象。

（4）考虑超级电容充电管理、电容模组的整体控制和控制保护策略的设计和管理。

蓄电池容量的选择在前面章节已做介绍，在此不再赘述。

电网主电源滤波器的选择，应根据电源电压、供电容量和工作频率确定，选用的滤波器参数有：耐压值、工作电流、最佳衰减特性的频段、最大泄漏电流等。电源滤波器应该布置在靠近发电机的输出端，最好与发电机设计为一体，或是将滤波器安装在车体隔板导电金属表面或通过编织接地带接地，禁止将输入/输出线捆扎在一起，避免互相耦合。

图2-11所示为电源滤波器安装示意图。

3．电源与负载的匹配性

对电网平顺性的控制从原来靠发电机的动态特性和蓄电池吸收瞬时电能等方式发展为对多电网、多种类负载、多种瞬态抑制的综合控制模式，负载的切换过程中产生的浪涌电压和脉冲电压直接影响到电网的平顺性，电源与负载的良好匹配，可为整车提供高效、高质量的电网环境。

高低压混合电源网络的平顺性设计，应根据用电设备功率、工作电流曲线和任务模式合理分配电网，特别是针对高压大功率负载的输入/输出特性、瞬态特性和稳态运行特性的不同工况，应研究合理有效的管理控制策略。分析不同类型负载对电网的影响，对负载上电过程进行控制，保证系统有序合理地启动。利用电网平顺性仿真工具，设计和分析在混合电源网络下负载的动态特性建模技术和电能回收与利用问题。电网平顺性已成为一项重要指标，必须严格控制，否则将对很多设备造成致命的影响。

4．规范和约束用电设备对电网平顺性的影响

GJB 298—1987《军用车辆28伏直流电气系统特性》和国际通用电源标准ISO 1540: 2006，可以作为装甲车辆电源特性的设计参考，以保证其提供的电能可以满足用电设备的电气需求：一是用电设备不应要求超出电网规范更高质量的电源，用电设备在瞬态过程中和过程后应不受电源电压浪涌和尖峰脉冲的冲击而发生故障。二是在完成其规定的功能时，不应使电源系统的供电特性超出规定的范围，用电设备的工作不应对电源系统产生不良影响或引发故障，实现用电设备要与电源系统兼容工作。

1）用电设备抗浪涌和尖峰脉冲电压的测试

为了使用电设备更好地适应电源网络的瞬态特性而正常工作，应对其产品进行抗浪涌和尖峰电压保护设计，采用抗浪涌电路和尖峰抑制电路，使用电设备不受电网瞬态特性的影响。

（1）输入到用电设备的浪涌电压测试。

被试件处于正常工作状态时，在被试件上施加满足标准规定的浪涌电压应力，并监测被试件性能参数，观察是否能够正常工作。输入电压测试原理如图2-12所示。

在浪涌电压的参数设置时，其测试参数的设置如表2-4所示。

在整个测试过程中被试件的任何部位不应损坏，并保持正常工作，可判定该被试件通过抗浪涌电压测试。

（2）输入到用电设备的尖峰脉冲电压测试。

被试件处于正常工作状态时，在被试件上施加满足标准规定的尖峰脉冲电压应力，并监测被试件性能参数，观察是否能够正常工作。输入尖峰脉冲测试原理如图2-13所示。

暂态脉冲发生器给被试设备施加模拟尖峰脉冲电压，其幅值为±250V，脉冲上升时间不超过5μs，振荡频率大于100kHz、小于500kHz。给被试件施加的尖峰脉冲的能量不大于15mJ。

在整个测试过程中被试件的任何部位不应损坏，并保持正常工作，可判定该被试件通过尖峰脉冲测试。

2）用电设备输出的尖峰脉冲电压测试

用电设备应通过尖峰脉冲电压试验检查。虽然这种检查不能完全等效被试件实际电压尖峰频谱特性，但各种用电设备首先应完成这种检查，并在设备的每一种工作模式中每一种工作状态下承受这种检查，在这种检查中各设备不应产生任何破坏或功能失常。

依据GJB 298—1987《军用车辆28伏直流电气系统特性》相关要求和测试方法，使被试设备在规定的功能范围内工作，至少测试20次，记录产生的最大尖峰脉冲电压，测得的尖峰脉冲电压不超过±250V，能量不得大于15mJ。被试件应满足军标规定的输出尖峰脉冲电压轨迹，如图2-14、图2-15所示。