導語：如何才能寫好一篇高壓直流供電，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】低壓直流；柔性直流輸電；超高壓直流

目前直流電在我國電力系統(tǒng)應用有低壓直流、柔性直流輸電和超高壓直流輸電。低壓直流主要用于發(fā)電廠和變電站的二次回路中，柔性直流輸電正應用于智能電網(wǎng)，而超高壓直流用于遠距離電能輸送或系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。低壓直流也廣泛應用于電子計算機電路中。

1. 學習直流電路的重要性

直流電路，是電類專業(yè)的非常重要的專業(yè)基礎課程學習內(nèi)容，教師學習和探討的深度關系到學生專業(yè)課程的學習探討的深度，學生學習的探討的深度關系到學生未來的發(fā)展，也關系到學生職業(yè)的發(fā)展。

直流電路部分的學習，為學生后續(xù)的電子技術基礎、電機學、電力拖動、電氣自動控制、PLC、檢測、電氣設備、電力系統(tǒng)分析、供用電系統(tǒng)、供用電設備、繼電保護、高電壓技術、等等課程的學習至關重要。特別是在電力系統(tǒng)中控制和保護二次回路以及其他電氣二次控制幾乎采用直流電源。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，隨著新能源的發(fā)展，輸電系統(tǒng)采用“柔性直流輸電”和超高壓直流輸電越來越多，這就要求我們要相當重視這一方面的研究。

2.低壓直流在電子領域的應用

直流廣泛用于電子電路、計算機等電路。電子電路、通信電路、計算機電路等所用直流一般是幾伏或幾十伏。如直流在晶體管放大電路中它主要作為集電極和基極的工作電源。機床控制電路也廣泛應用直流。直流電的基礎知識是電氣類專業(yè)和機電類專業(yè)的學生學習專業(yè)課的基礎。教學中重視直流電教學是提高教學質(zhì)量和學生質(zhì)量的關鍵。

3.直流在電力系統(tǒng)中的應用

3.1直流在二次回路中的應用

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)繼電保護、控制回路、信號回路等二次回路中，廣泛應用著直流電，它們所用直流電源電壓一般是220V。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，在微機保護裝置和微機自動裝置電路中所用直流電壓一般是幾毫伏、幾伏或幾十伏電壓。低壓直流還作為廠站應急電源。

3.2在柔性直流輸電的應用

“柔性”直流輸電是采用先進的大功率電力電子器件組成的電壓源換流器（VSC），其換流器采用IGBT絕緣柵雙極型晶體管，它可以依據(jù)電網(wǎng)需要，靈活快捷地改變電能輸送的大小和方向，并提供更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。多端柔性直流輸電系統(tǒng)模塊化多電平（MMC）技術，可靈活接入多個站點的風能、太陽能、地熱能、小水電等清潔能源，通過一個大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心。這為新能源并網(wǎng)、大型城市供電以及孤島供電等場合提供了一種有效的解決方案。

1997年世界上第一條柔性直流輸電工程投運，目前國外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美國的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麥的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已經(jīng)投運的柔性直流輸電工程有11條。

我國是從2006年開始研究，2011年上海南匯柔性直流輸電工程投運，其電壓±30kV，輸出電流300A，輸出功率18MVA。國家電網(wǎng)公司是繼ABB、西門子之后全球第三個掌握該項技術的公司。2013.12.25南方電網(wǎng)的南澳風電場多端（四端）柔性直流輸電工程建成，電壓±160kV ，傳輸功率200MVAV，三個換流站的容量分別是5萬千瓦、10萬千瓦和20萬千瓦，未來島上還將建設一座接納海上風電的換流站。目前我國在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流輸電工程，電壓±200kV。

有專家形象地說：“柔性直流輸電技術就像在川流不息的江河上建造一個水庫，既能接收上游河道的來水，又可以很從容的控制下游水的流量。”柔性直流輸電技術對新能源的并網(wǎng)，如出力不斷變化的風電并網(wǎng)是目前最合適的，它重點解決了風電場間歇式電源的并網(wǎng)問題，是國際公認的最具有技術優(yōu)勢的風電場并網(wǎng)方案。柔性直流輸電技術是海上風電并網(wǎng)的唯一方式，特別適用于海上孤島供電等偏遠地區(qū)。柔性直流輸電技術柔性直流輸電可以大幅改善大規(guī)模風電場并網(wǎng)的性能，保障新能源發(fā)電的迅速發(fā)展。

柔性直流輸電最大優(yōu)點是能夠快速靈活的調(diào)節(jié)其輸出的有功功率和無功功率，可以獨立的控制其輸出電壓的幅值、相位；柔性直流輸電啟動時不需要本地電源支撐；柔性直流輸電具有良好的電網(wǎng)故障后的快速恢復控制能力，可以作為系統(tǒng)恢復電源。

3.3 超高壓特高壓直流輸電

當需要大功率遠距離輸送電能，兩大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)又遇到聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性問題時，需要用超高壓或特高壓直流聯(lián)網(wǎng)。直流輸電有其優(yōu)越性：無系統(tǒng)穩(wěn)定問題，在同輸送容量下，直流輸電比交流輸電更經(jīng)濟，直流輸電的線路投資是交流輸電的1/3。當輸電距離大于等價距離時，宜采用直流輸電，反之采用交流輸電。直流輸電電暈干擾??；線路不存在電容電流，沿線路電壓分布均勻，不需要無功補償；調(diào)節(jié)快速，運行可靠。超高壓直流特高壓直流通過晶閘管換流器能快速調(diào)節(jié)有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉”（功率流動的方向的改變）；當發(fā)生短路時，直流系統(tǒng)的“定電流控制”將迅速的短路電流控制在額定功率附近，短路電流不應互聯(lián)二惡增大。其缺點是換流站造價較高，換流站會產(chǎn)生諧波。

我國最早的超高壓直流輸電是1990年建成的葛洲壩至上海的500kV超高壓直流輸電，后來相繼建設了四川向家壩至上海的800kV直流輸電工程和云南天生橋至廣州的800kV直流輸電工程。

三峽電廠的建設，使全國大部分地區(qū)電力系統(tǒng)得到了聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了西電東送。三峽電廠輸出工程主要有三個通道，中通道500kV交流向鄂豫間兩回，鄂湘間兩回，鄂贛間一回供電。東通道500kV直流向上海兩回輸電和500kV交流一回配套供電。南通道500kV直流向廣東惠州供電。

4.結論

直流電廣泛應用于用戶端，應用于各行各業(yè)，應用于電子產(chǎn)品、計算機產(chǎn)品、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、工廠設備、企事業(yè)單位。直流電廣泛應用于電力系統(tǒng)中的低壓直流系統(tǒng)、柔性直流輸電和超高壓直流輸電。《電路》課程的學習是直流供電系統(tǒng)學習的基礎。

參考文獻：

[1]上海南匯風電場柔性直流輸電工程25日正式投入運行，2011年7月26 上海政務網(wǎng).

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廣播電視臺作為重要的政府宣傳窗口，同時還為廣大有線電視及無線電視觀眾，提供優(yōu)質(zhì)電視廣播及聲音廣播的服務，其安全播出是至關重要的。而廣播電視臺的安全播出離不開供電系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。長期以來，廣播電視部門普遍采用市電或專線雙線路電源供電及UPS不間斷電源+后備發(fā)電機的模式，為機房提供電力，這套方案也確實給廣播電視部門提供了較好的供電保障。隨著設備的更新升級，這套系統(tǒng)也暴露出不少問題。

近年來，隨著數(shù)字電視和數(shù)據(jù)業(yè)務的快速發(fā)展，廣播電視前端機房設備對供電的安全性、 可靠性的要求也越來越高， 一般采取 UPS 冗余方式供電， 重要設備更是采用了 UPS雙系統(tǒng)供電保障?；诎踩颍?+1 冗余 UPS 系統(tǒng)的單機負載率控制在 35%以內(nèi)，加上UPS逆變效率較低，容易造成能耗浪費；UPS 并機系統(tǒng)運行對電源的振幅、頻率、相位，以及并機系統(tǒng)中的零地電位差、零線環(huán)流等提出了嚴格要求，導致 UPS 設備的邏輯控制系統(tǒng)（并機）等非常復雜。另一方面，隨著業(yè)務高速發(fā)展，一些機房 UPS擴容需求迫切。新建 UPS系統(tǒng)不僅占用了寶貴的機房空間、配電容量，還制約了機房裝機擴容需求，導致整個電源系統(tǒng)的設備資源利用率低、可靠性差，而且 UPS 系統(tǒng)擴容、更新改造保障難度大。如何提供安全可靠、高效經(jīng)濟的新型數(shù)字電視及數(shù)據(jù)設備用電源系統(tǒng)，顯得十分迫切。

眾所周知直流供電系統(tǒng)的可靠性要高于UPS供電系統(tǒng)，那么我們能不能找到一種新的供電系統(tǒng)來取代UPS供電系統(tǒng)，消除人們的顧慮呢？因此我們對一種新型的高壓直流供電系統(tǒng)做一些應用探討。我臺領導經(jīng)過慎重調(diào)研，決定對廣播電視臺內(nèi)部供電系統(tǒng)做一次全面檢修及升級。這其中，最重要的是對UPS不間斷電源的升級改造。

由于市電雙線路切換及后備發(fā)電機供電技術已經(jīng)非常成熟，只需進行日常巡檢及維護即可。而我臺的UPS不間斷電源，使用已近二十年，每幾年就要對電池組進行更換。借此機會，我們通過與電信部門、移動通訊部門、電力部門及相關廠家技術人員進行溝通交流，決定趁此次更換老化的UPS電池組的機會，對前端機房供電系統(tǒng)進行改造，采用HVDC240V高壓直流供電系統(tǒng)為前端設備提供電力。

2009年12月1日，由中國電信提出的《通訊用240V直流供電系統(tǒng)技術要求YDB 037—2009》 通過工信部審查，12月10日頒發(fā)。高壓直流供電系統(tǒng)現(xiàn)在已在全國多個城市通訊系統(tǒng)進行試點。而廣播電視前端機房跟通訊機房有很多相似的地方，能否借鑒通訊行業(yè)的成功經(jīng)驗，組建自己的高壓直流供電系統(tǒng)，也成為廣電行業(yè)很關注的一個問題。我臺領導在考察學習通訊行業(yè)的成功經(jīng)驗后，決定先對我臺廣播電視監(jiān)播機房的配電系統(tǒng)，采用高壓直流供電方案進行試點，成功穩(wěn)定運營一年后再推廣到其他部門。

傳統(tǒng)的UPS供電模式及其缺陷

UPS（Uninterruptible Power System）也就是不間斷電源系統(tǒng)，誕生于上世紀六十年代。傳統(tǒng)UPS不間斷電源供電系統(tǒng)的供電方式，要求交流電源輸入。交流UPS系統(tǒng)由整流器、逆變器、蓄電池和靜態(tài)開關等組成。在市電正常時，市電交流電源經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器，同時給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為50Hz交流電供給負載。在停電時，蓄電池放出電能，通過逆變器變換為交流電，供給負載。為了提高設備供電的可靠性，通常采取了多臺UPS冗余并機的方式，如1+1系統(tǒng)。UPS的出現(xiàn)，是由于一些重要設備，如航天控制、醫(yī)療儀器、金融系統(tǒng)、計算機、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，不能斷電而產(chǎn)生的。她的誕生，對信息革命產(chǎn)生了十分重大的影響。

但是，此系統(tǒng)結構也出現(xiàn)了以下一些缺點：

可靠性低

UPS 交流電源系統(tǒng)，就單臺設備而言，通過冗余技術可以使UPS設備本身的可靠性大為提高，但就整個UPS供電系統(tǒng)而言，有很多不可備份的系統(tǒng)單點故障點，比如同步并機板、靜態(tài)開關、輸出切換開關、逆變器等，這些單點故障點，都可能導致整個通訊系統(tǒng)“掉電”癱瘓。即使采用相對可靠的串聯(lián)熱備份系統(tǒng)，切換電路的單點故障也容易造成整個通訊系統(tǒng)“掉電”癱瘓，尤其是瞬間過載的容錯能力差，一旦主機過載保護切換到備機，備機由于瞬間浪涌也同時過載保護自動切換到旁路，對于過去有人值守的機房可以立即人工處理，但現(xiàn)在普遍采用機房無人值守，一旦發(fā)生故障，恢復時間較長，危害很大。

能耗較高

由于UPS 中采用了逆變器，逆變頻率為工頻50Hz，必須采用工頻變壓器，所以功率因數(shù)低，效率較低。正常情況下單機效率一般在60%-70%。為保證前端設備用電的安全可靠性，目前廣電部門用UPS電源系統(tǒng)，均配置在線式串聯(lián)熱備份或N+1并機冗余模式；在N+1并機冗余模式中，由于交流電源振幅、頻率、相位等參數(shù)嚴格要求同步，使得并機冗余模式控制系統(tǒng)復雜，隨著N數(shù)值的增大，系統(tǒng)可靠性大大降低，所以最常見的配置為1+1并機冗余系統(tǒng)或2+1并機冗余系統(tǒng)，這就使得系統(tǒng)效率進一步降低，一般在40%-50%。同時，由于蓄電池平時基本處于休眠狀態(tài)，為了保護蓄電池，每隔一段時間就要對電池組進行放電處理，白白耗費能量，如果在放電過程中恰逢市電出現(xiàn)故障，那對廣播電視的安全播出將是災難性的。實際使用中業(yè)務的發(fā)展是一個漸進的過程，兼顧到建設周期和業(yè)務發(fā)展規(guī)劃，這使得UPS系統(tǒng)平均使用效率只有 20%-30%。這個能耗指標在過去前端設備耗能的絕對值較小，UPS系統(tǒng)效率低下往往被人們忽視。而目前正處在數(shù)字電視和數(shù)據(jù)業(yè)務迅猛發(fā)展時期，數(shù)據(jù)業(yè)務將漸漸變?yōu)橹髁鳂I(yè)務，IT設備的能耗越來越受重視，顯然，這種低效率是無法忍受的。

維護、擴容難度大

隨著廣播電視技術的不斷發(fā)展，數(shù)字電視及數(shù)據(jù)通訊逐漸成為主體已經(jīng)成為不爭的事實。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務比重逐步增大，按照現(xiàn)在的設備供電模式，會有大量的在網(wǎng)UPS系統(tǒng)擴容、大量新的UPS系統(tǒng)投入運行。因為UPS擴容涉及到電源的頻率、電壓、相序、相位、波形等問題，不像直流電源系統(tǒng)擴容只關注電壓一個參數(shù)，所以每一次UPS在線擴容都是一次巨大的風險操作，甚至可能因為UPS制造商產(chǎn)品更新?lián)Q代使得UPS擴容不可能，使得UPS單臺故障時沒有設備替換。另外逆變器也是UPS系統(tǒng)中較容易出現(xiàn)問題的地方，一旦逆變器出故障，將造成嚴重的停播事故，導致災難性后果。

高壓直流電源系統(tǒng)簡介

通訊用高壓直流電源又稱HVDC（High Voltage Direct Current），是一種新型的直流不間斷供電系統(tǒng)，近年來在通訊行業(yè)的運用悄然興起。這里說的高壓是相對傳統(tǒng)的-48V直流通訊電源而言。HVDC系統(tǒng)主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監(jiān)測單元及監(jiān)控模塊組成。正常工作情況下，整流模塊將交流配電源輸出的220V或380V交流轉換成240V高壓直流，高壓直流經(jīng)直流配電單元給通訊設備供電，同時也給蓄電池充電。當交流輸入發(fā)生故障時，直流由蓄電池給通訊設備供電，可以說這是一種真正的不間斷電源！

高壓直流應用原理十分簡單，就是利用用電設備開關電源功能，使用高壓直流電進行電壓高頻變換的原理，直接為用電設備提供直流電源。

由于現(xiàn)在幾乎所有電信及通訊、廣播電視前端設備均采用開關電源進行整流降壓，給設備提供電能，而開關電源的電壓適應范圍極寬，通?？蛇_到AC90V～270V，整流后的電壓為200～300V直流，再進行高頻振蕩、整流等處理，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓，輸出低壓直流電源給用電設備。開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。有了這一前提，為用電設備直接提供高壓直流就變得極為容易。

高壓直流是指大?。妷焊叩停┖头较颍ㄕ摌O）都不隨時間（相對范圍內(nèi)）而變化，比如電池。脈動直流電是指方向（正負極）不變，但大小隨時間變化，比如：我們把50Hz的交流電經(jīng)過二極管整流后得到的就是典型脈動直流電，半波整流得到的是50Hz的脈動直流電，如果是全波或橋式整流得到的就是 100Hz的脈動直流電，電流大小周期性改變，不能直接使用，它們只有經(jīng)過濾波（用電感或電容）以后才變成平滑直流電，當然其中仍存在脈動成分（稱紋波系數(shù)），大小視濾波電路的濾波效果。目前商用的高壓直流都是經(jīng)過配電箱大容量電容或電感濾波處理過的，其波形較為平滑，比交流電顯然“干凈”得多。

由于設備的開關電源前級為整流橋， 并為后級提供一個波動的高壓直流，整流橋后的高壓直流范圍為： DC250 -336v （交流輸入為： AC220V ），對于直流輸入而言， 整流橋可視為直通。全橋二極管整流電路對直流電可以直接輸入，只要直流電壓能夠達到200V以上就可以使用！所以，只要在交流輸入端使用合適范圍的高壓直流，設備的開關電源是可以正常工作的，這在理論上首先保證了方案的可實施性。目前，我國通訊行業(yè)經(jīng)過大量的理論論證及實驗，決定高壓直流電壓選取240V，直接為通訊設備的開關電源供電，電流流程與常用交流供電十分相似。如圖4所示：

從圖4中可以看出，不管開關電源輸入端正插還是反插直流電源，經(jīng)過整流后的電流方向都跟使用交流電整流后的效果是一樣的。由于高壓直流或電池組提供的直流電脈沖幾乎為零，電流更平滑。

高壓直流供電系統(tǒng)的優(yōu)點

高可靠性

這點可以從三個方面體現(xiàn)：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯(lián)在負載端，當停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數(shù)，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統(tǒng)結構簡單很多。由于交流市電與機房內(nèi)的高壓直流配電系統(tǒng)隔離，將市電及雷擊的影響降到最小，可靠性大大提高。三是交流UPS系統(tǒng)雖然可以提高冗余度來提高安全系數(shù)，但是由于涉及到同步問題，每個模塊之間必須相互通訊來保持同步，所以還是存在并機板的單點故障問題。而直流模塊沒有這些問題，即使脫離控制模塊，只要保持輸出電壓穩(wěn)定，也能并聯(lián)輸出電能。

高效節(jié)能

工作效率提高和交流UPS系統(tǒng)相比，直流供電省掉了逆變環(huán)節(jié)，而一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率得以提高。其次，由于廣電前端輸入的是直流電，也就不存在功率因數(shù)及諧波的問題，降低了線損。最后由于并機技術簡單，可以采用大量的模塊并聯(lián)，使每個模塊的使用率可達到70%～80%，比起交流UPS系統(tǒng)提高了不少。

可維護、擴容便捷

采用高壓直流供電，就如交換設備使用的-48V直流系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)由模塊組成，維護人員可以自己進行維護。因為是直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓差，避免了一些不明的故障，維護部門也無需再費時費力去解決“零地”電壓的問題，這對提供高質(zhì)量視頻和音頻廣播很有幫助。另外，由于高壓直流電無對地電壓，不易發(fā)生觸電事故，安全性更高。

由于采用模塊化結構，現(xiàn)在一個模塊的容量一般在10KW左右，只要預留好機架位置，擴容非常方便。同時在建設時，可以根據(jù)設備的數(shù)量逐漸增加模塊數(shù)，使每個模塊的負載率可以盡量的提高，這對于節(jié)能也是非常有好處的。

HVDC 與 UPS的主要區(qū)別

從下圖中可以看出，HVDC與UPS的主要區(qū)別是電池組的位置及省卻了逆變器，供電效率較高：

HVDC高壓直流供電系統(tǒng)改裝要點

我臺首先改造的是監(jiān)播機房。因為監(jiān)播機房出問題，并不會影響到廣播電視的正常播出。待監(jiān)播機房高壓直流配電系統(tǒng)改造完成并投入實際運行一年后，積累了更多經(jīng)驗，再對其他機房進行改造。安全播出是廣播電視的生命，馬虎不得。

1、電池組為整流器的冗余，在系統(tǒng)饋出母線實現(xiàn)系統(tǒng)模塊整流輸出與電池組并聯(lián)；在市電異常的情況下，蓄電池組直接提供保障電源。

2、 240V高壓直流輸出方式采用“懸浮供電”，一改-48V 直流系統(tǒng)正極接地方式，即系統(tǒng)輸出與機架、機殼、工作地、保護地隔離（240V高壓直流的正極、負極均不允許接地），要有明顯標識標明該系統(tǒng)輸出不能接地。實施起來其實很簡單，就是將高壓直流電按交流市電的接法，接入系統(tǒng)電源開關及插座即可。由于高壓直流無對地電壓差，不易發(fā)生觸電事故，故相對交流系統(tǒng)，提高了維護人員的安全性。而各種設備內(nèi)部的開關電源變壓整流后的低壓直流電保持原狀，負極可以接地。

3、雖然設備插頭不論正插、反插都可以正常工作，而不損壞設備，但我們還是規(guī)定所有插座采用統(tǒng)一接法。類似強電系統(tǒng)“左零右火中接地”的接法，我們參照電信施工標準，對240V高壓直流采用PDU（Power Distribution Unit）電源分配單元插座（主要是機柜電源插座），此類插座內(nèi)置斷路器，有過流保護的功能。

網(wǎng)上曾有人撰文，認為高壓直流不能直接為服務器ATX電源供電。為慎重起見，我們對監(jiān)播機房的正在工作的計算機及服務器暫時不接入高壓直流系統(tǒng)，而是仍使用專用的220V交流供電，另外用240V高壓直流接上幾臺閑置的服務器和家用電腦，測試高壓直流對ATX電源系統(tǒng)的影響。但我們經(jīng)過近一年的測試及觀察，沒發(fā)現(xiàn)任何問題，現(xiàn)已全部將服務器接到高壓直流電上，工作正常。

4、對于部分交換機，由于采用的是原通訊行業(yè)-48V供電標準，是不能直接使用240V高壓直流供電的。這里有兩個解決辦法，一是將-48V開關電源模塊更換為220V的，二是從電池組中跳線，抽取出-48V電源，使用專線給設備供電。

5、為安全起見，嚴禁帶電插拔直流電源輸入輸出插頭。因為高壓直流容易引起直流拉弧，必須在關閉設備電源開關的情況下，才能拔插設備電源插頭。這需要在設備電源引入處進行警示，同時嚴禁將采用變壓器供電的設備帶入機房使用。

6、系統(tǒng)改造必須電力專業(yè)牽頭，由有強電操作證書的專業(yè)電工實施，全程監(jiān)督，方案要會審。

7、對廣播電視臺核心網(wǎng)絡、信源編碼復用平臺、信道傳輸網(wǎng)絡、BOSS運營支撐系統(tǒng)、CAS、EPG、光傳輸系統(tǒng)等設備等，暫時仍采用原有UPS系統(tǒng)供電。如現(xiàn)有UPS系統(tǒng)存在使用年限長、負荷重、故障率高、供電可靠性差等問題，從保障播出安全、兼顧設備折舊的角度考慮，結合今年的電源安全隱患整治工作，采用高壓直流系統(tǒng)建立可靠的備份供電系統(tǒng)。

8、對部分低功耗的分前端或光工作站，如果UPS系統(tǒng)未老化，暫時使用。因為目前高壓直流供電系統(tǒng)需要多組電池串接使用，成本稍高于12～24V蓄電池組，故對低功耗的分前端或光工作站，還是使用UPS更經(jīng)濟（只需12～24V蓄電池組）。但隨著高壓直流設備的不斷完善，以后也將出現(xiàn)小型240V高壓直流電池組，則完全可取代傳統(tǒng)UPS電源。

高壓直流解決了哪些問題？

1. 適應性強，240V直流供電系統(tǒng)能夠支持廣播電視設備的主要電源標準（ATX、SSI標準）

2. 供電系統(tǒng)可靠性大大提高。我臺監(jiān)播機房240V高壓直流系統(tǒng)已使用一年，目前所有系統(tǒng)運行穩(wěn)定，解決了UPS系統(tǒng)故障頻發(fā)、系統(tǒng)阻斷問題。

- 分散供電模式

- 蓄電池直接向負荷供電

- 擴容方便，可維護性強

3.不存在“零地”電壓差問題，與市電完全隔離，可靠性更高

4.由于無對地電壓，不易發(fā)生觸電事故，安全性更高

5.節(jié)能效果明顯，普遍節(jié)電25～30%

6.節(jié)省投資40%以上，減少超前投資50%以上

7.全部采用國產(chǎn)電源設備

8.系統(tǒng)結構相比UPS系統(tǒng)更為簡單可靠，節(jié)省機房空間

實驗結論：廣電機房設備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢

篇3

[關鍵詞]特高壓；直流輸電線路；架線；施工技術

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.12.053

[中圖分類號]TM752 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）12-00-02

特高壓直流輸電線路能夠有效避免因為輸電距離過長出現(xiàn)電能損耗增大的現(xiàn)象，起到了很好的節(jié)能效果，可顯著提高資源利用率，推動我國經(jīng)濟的發(fā)展進步，為我國未來的發(fā)展打下良好的基礎。因此，電力企業(yè)在進行特高壓直流輸電線路的架設時，一定要對架線施工技術進行研究分析，提高其經(jīng)濟效益。

1 直流輸電

1.1 直流輸電技術分類

根據(jù)工程結構，直流輸電技術可以分為以下三類：第一，從線路長度方面，可以分為背靠背輸電以及長距離輸電；第二，從電壓等級方面，可以分為特高壓直流輸電以及高壓直流輸電；第三，從換流站數(shù)量方面，可以分為多端直流輸電以及兩端直流輸電。

根據(jù)工程性質(zhì)，直流輸電可以分為以下四類：背靠背直流聯(lián)網(wǎng)、海底電纜、城市地下電纜、遠距離大容量滯留架空路線。

1.2 直流輸電的優(yōu)勢

首先，直流輸電有著建設成本低的優(yōu)勢，架空線路不需要花費太高的工程造價；在進行電能的傳輸時，可以將電能的損耗控制在最低程度；電能輸送過程中的容量非常大；當電路發(fā)生短路現(xiàn)象時，可以對電流形成有效的限制，一旦輸電線路出現(xiàn)故障，可以實現(xiàn)自我防護功能；可以實現(xiàn)對線路走廊的優(yōu)化，避免出現(xiàn)過多的浪費；在進行電能的調(diào)節(jié)時，可以實現(xiàn)快速響應，整個運行過程的安全性以及穩(wěn)定性能得到有效保證；在運行過程中可以實現(xiàn)和不同步的電網(wǎng)之間的互聯(lián)，不會出現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的問題。

1.3 直流輸電的不足

在直流輸電換流方面，設備的成本費用非常高，同時不具備較強的過量承載能力；在進行電能的輸送時，會消耗大量的無功功率；直流輸電中直流開關較為缺乏；直流輸電不可以借助變壓器實現(xiàn)低電壓等級的調(diào)節(jié)；在電能傳輸過程中，非常容易受到諧波的干擾，無法有效地保證電能的質(zhì)量。

2 特高壓直流輸電線路架設的難點

2.1 施工難點

第一，交叉跨越問題。在實際的施工過程中，需要持續(xù)進行帶電線路的交叉跨越操作，對配置承力索帶來了嚴峻的考驗，一方面要保證承力索的承載能力，滿足施工要求，另一方面要做好承載能力的控制工作，保證承載能力可以得到有效的管控，還必須做好承力索跨越網(wǎng)線的優(yōu)化工作，避免在施工過程中出現(xiàn)各類安全事故。

第二，滑車的選擇及其掛設方法。輸電線路的質(zhì)量非常大，在施工過程中，需要結合實際情況，對每根線在垂直方向的承載能力進行準確計算，進而得到滑車的額定承載能力。另外，在實際的架線過程中，牽引過程需要非常大的牽引力，還需要對滑車的耐張力進行準確的計算，保證選擇的滑車以及掛設方法的科學合理性。

第三，牽引機以及張力機的選擇。在進行牽引的架設時，需要非常大的牽引力，牽引機一定要能滿足架設過程牽引方面的需求，另外，張力機也必須要滿足架線的實際需求。比如，現(xiàn)階段在進行架線時，采用一牽六的牽引方式，這種牽引方式需要選擇220 kN左右的牽引力，現(xiàn)有的280 kN的牽引設備無法滿足施工過程中的實際需求，需要重新研制相應的牽引機。在一牽六的過程中，單根導線的張力在18 kN～33 kN，現(xiàn)有的張力機可以滿足施工過程中的實際需求，但如果導線的張力發(fā)生變化，必須要重新選擇與之相配的張力機。

第四，導線以及各級牽引線的展放。在施工過程中，往往會受到周圍環(huán)境的限制，導線以及各級牽引線需要按照一定的順序和層次展放，既要避免對輸電線路架設帶來的影響，同r還不能破壞周邊環(huán)境，使實用性以及環(huán)保性兩方面的要求得到有效保證。具體的操作方法如下：首先，選擇引導繩，先對牽引繩的最大受力、牽引機的實際牽引力、張力機的張力進行計算，根據(jù)計算結果選擇相對應的引導繩，在進行引導繩的展放時，可以借助動力傘進行完成，借助動力傘對引導繩進行兩次展放，借助“一牽一”的方式，對引導繩進行牽引，之后對各級引導繩進行逐級牽引展放。

第五，緊線和掛線方法的選擇。耐張裝置本身的自重較大，在進行起吊時，一定要選擇最佳的起吊方案。因為起吊過程中張力的需求較大，因此要科學合理地選擇緊線方法。在進行掛線時，一般選擇的都是高空對接的方式，因此，要做好導線的安排工作，保證每個導線都可以滿足單獨作業(yè)的需求，且相互之間不會出現(xiàn)影響和干擾。

第六，安裝附件。在實際架線過程中，垂直方向會有非常大的負荷量，在進行附件裝置的選擇時，一定要結合施工中的實際情況，同時選擇最佳的安裝方式，使施工效率得到有效保證。在進行直線塔附件的安裝時，需要借助兩套三線提升器進行提線操作，提線器應掛在導線橫擔下主材前后兩側節(jié)點板的預留孔上，以便使橫擔前后兩個立面均勻受力。在實際提線過程中，一定要注意避免對導線造成傷害，還需要避免導線出現(xiàn)意外下落的現(xiàn)象。

2.2 換流器研制難點

受到換流器本身特性的影響，換流器的研制存在非常大的難度。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，要使施工人員的安全得到有效保證，因此，換流器必須要有非常好的絕緣性；第二，換流器在使用過程中，不僅要承受較高的交流電壓，還需要承受直流電壓；第三，換流器在發(fā)熱和冷卻方面較為復雜，加大了研制難度；第四，換流器有著非常多的調(diào)壓級數(shù)；第五，在直流電出電方面，結構較為復雜；第六，換流器本身有著非常大的尺寸和自重。

3 特高壓直流輸電線路架線的要求

3.1 電暈效應

在輸電過程中，導線會存在不同程度的電暈放電，這是直流輸電線路中允許存在的一種正常現(xiàn)象。但是電暈效應的出現(xiàn)，會有噪音、干擾、電暈損失以及電場效應，很大程度上加大了輸電過程中的損耗，同時還會影響周邊環(huán)境以及人們的正常生活、工作。特高壓直流輸電線路電壓等級非常高，如果不對電暈效應進行充分的考慮和引起足夠的重視，那么所產(chǎn)生的電暈效應甚至會超過超高壓工程。因此，為了降低特高壓直流輸電線路中電暈效應出現(xiàn)的幾率，降低電能傳輸過程中的損耗，避免給周邊環(huán)境帶來影響，一定要對絕緣子串、導線進行科學合理的選擇，同時選擇最佳的金具組裝模式。

3.2 絕緣配合

在直流輸電工程的運行過程中，絕緣配合有著非常重要的影響。直流輸電中，絕緣子在積污方面與交流電傳輸過程有著非常大的區(qū)別，會有更加嚴重的污穢放電現(xiàn)象，因此，在進行直流線路絕緣配合的選擇時，一定要堅持科學合理的原則，選擇最佳的配合方式，這有利于提升直流輸電工程的運行水平。

3.3 電磁環(huán)境影響

特高壓直流輸電線路可以實現(xiàn)環(huán)境保護、優(yōu)化資源配置等方面的功能，還能顯著增強輸電走廊的利用效率。主要是因為特高壓直流輸電的電壓高，同時其塔線架設較高，導線有著非常大的質(zhì)量，線路較為單一。與普通直流線路相比，在電磁環(huán)境方面有著一定的區(qū)別，因此，會帶來一定的環(huán)境影響，必須要引起施工人員的重視。另外，特高壓直流電線路在運行過程中所形成的電磁環(huán)境與導線的型式，以及架線高度等有著非常密切的聯(lián)系，因此，一定要提高對特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境影響的重視度。

4 結 語

為了保證特高壓直流輸電線路架線施工順利、高效的進行，設計人員和管理人員必須要對其周邊環(huán)境進行充分的分析和管理，對施工過程中存在的各種難題進行積極分析，選擇科學合理的解決方式，及時消除對施工過程的影響，同時施工的設備以及技術要具有一定的先進性，在實際施工過程中要對電暈效應、絕緣配合、電磁環(huán)境等方面的因素進行充分考慮，使整個工程的質(zhì)量得到有效保證。

主要參考文獻

[1]陶永才.±800 kV特高壓直流輸電線路架線施工技術[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（2）.

[2]王豐.±800 kV特高壓直流輸電線路張力架線滑車懸掛施工[J].通訊世界，2016（11）.

[3]向波.淺析特高壓直流輸電線路架線施工技術[J].通訊世界，2016（20）.

篇4

關鍵詞：特高壓；直流輸電；RTDS；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.150

0 引言

特高壓直流輸電技術是指±800kV及以上的直流輸電技術，適合于特大容量、超遠距離輸電。為了滿足“西電東送”、電網(wǎng)增容及改善電網(wǎng)結構、全國聯(lián)網(wǎng)、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平等方面的需求，我國大力發(fā)展特高壓直流輸電技術，根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國家會建成30多個特高壓直流輸電工程[1-2]。

控制系統(tǒng)是直流輸電的“大腦”，直流輸電系統(tǒng)的性能與其控制系統(tǒng)的性能有著很大關系?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真軟件中都沒有特高壓直流輸電的標準模型，這對特高壓直流輸電的研究造成很大障礙，因此，有必要搭建較為詳細的特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，為后續(xù)的研究工作鋪平道路[3-4]。

1 特高壓直流輸電系統(tǒng)建模

1.1 一次系統(tǒng)建模

系統(tǒng)額定電流為4kA，額定容量為6400MW。為了便于仿真，對兩端的交流系統(tǒng)進行了等值簡化，整流側交流系統(tǒng)阻抗為14.36Ω，逆變側交流系統(tǒng)阻抗為13.06Ω[5]。

在RTDS中利用軟件提供的元件模型，搭建了±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型。一次系統(tǒng)接線如圖1所示，主要元件包括換流變壓器、換流器、平波電抗器、直流濾波器、交流濾波器、直流線路和接地極線路以及開關等。

1.2 控制系統(tǒng)建模

控制系統(tǒng)模型結構如圖2所示，穩(wěn)態(tài)運行時的基本控制策略為：整流側定電流控制和最小觸發(fā)角限制，逆變側動態(tài)定超前觸發(fā)角β控制。

2 控制功能研究

（1）啟動響應。系統(tǒng)啟動時，整流側和逆變側響應波形如圖3所示，其中，P1UDL是整流側極1的直流電壓，P1IDL是整流側極1的直流電流，ALPHA_ORD是整流側的觸發(fā)角α；B1UDL是逆變側極1的直流電壓，B1IDL是逆變側極1的直流電流，GAMAB是逆變側的關斷角γ。

從圖3可以看出，系統(tǒng)啟動時，直流電壓按一定的速率從0上升到800kV，直流電流從0逐漸上升到最小電流限制值400A，之后直流電流按照一定速率上升到額定電流值。整流側觸發(fā)角α按一定速率降低到參考值15o左右，逆變側關斷角γ下降到參考值17°左右。可見，系統(tǒng)能夠按照參數(shù)設置順利啟動，達到額定運行狀態(tài)。

（2）階躍響應仿真。為了測試閉環(huán)電流調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器、γ角控制器三個基本控制器的性能，進行了電流階躍、功率階躍、電壓階躍和γ角階躍試驗。下面以電壓階躍和γ角階躍進行說明。

1）電壓階躍響應。在整流側設置電壓階躍-80kV，持續(xù)時間1.4s，整流側響應波形如圖4所示。從圖4可以看出，電壓階躍發(fā)生后，整流側直流電壓迅速減小到720kV左右，并穩(wěn)定在720kV附近，為了保證輸送功率，在直流電壓減小的同時，在控制系統(tǒng)下，逐漸增大整流側觸發(fā)角，以增大直流電流。最終，直流電流穩(wěn)定在4.5kA左右，保證輸送功率不變。

2）γ角階躍。在逆變側設置關斷角γ階躍+10度，持續(xù)時間1.4s，逆變側的響應波形如圖5所示。從圖5可以看出，在γ角階躍后，γ角迅速增大到27°左右，逆變側直流電壓迅速降低到680kV左右，直流電流也隨之增大到4.4kA左右，保證系統(tǒng)傳輸功率基本穩(wěn)定在6400MW。

（3）故障運行仿真。設定逆變側交流母線在0s時發(fā)生三相金屬性短路接地故障，持續(xù)時間0.1s，整流側和逆變側波形如圖6所示，圖7是逆變側換相失敗模塊的輸出波形。

故障發(fā)生后，逆變側直流電壓迅速下降，直流電流隨之迅速增大，換相角增大，導致關斷角γ急速減小，當關斷角小于7o～9o時，逆變側發(fā)生換相失敗[5-6]，從圖中可以看出，逆變側關斷角γ接近于0o，說明逆變側發(fā)生了換相失敗。在控制系統(tǒng)作用下，整流側增大觸發(fā)角α以抑制短路電流。由圖7可以看出，換相失敗預測模塊在檢測到換相失敗后，減小觸發(fā)角以增大關斷角γ，防止連續(xù)換相失敗[7]。

故障消失后，整流側觸發(fā)角α逐漸減小，直流電流，直流電壓逐漸恢復到額定值，逆變側γ也恢復到正常范圍，系統(tǒng)恢復正常運行。

3 結論

結合所建立的特高壓直流輸電系統(tǒng)模型進行了一系列的仿真試驗，通過對試驗結果的分析研究驗證了所搭建模型的準確性和有效性。通過啟動響應試驗驗證了模型能夠按照設定參數(shù)順利啟動，并達到穩(wěn)定運行狀態(tài)；通過階躍響應試驗驗證了該模型具有良好的穩(wěn)態(tài)響應特性；在逆變側交流母線設置三相短路故障，檢驗交流系統(tǒng)電壓變化時直流系統(tǒng)的影響，仿真結果表明，控制系統(tǒng)模型滿足故障情況下的控制要求，并能夠在故障后迅速調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)各項參數(shù)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。該模型可以用來進行特高壓直流運行特性及交直流交互影響的研究。

參考文獻：

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[2]黃道春，魏遠航，鐘連宏，阮江軍，皇甫成.我國發(fā)展特高壓直流輸電中一些問題的探討[J].電網(wǎng)技術，2007（08）：6-12.

[3]周浩，鐘一俊.特高壓交、直流輸電的適用場合及其技術比較[J]. 電力自動化設備，2007（05）：6-12+39.

[4] 張晉華，劉云，印永華，湯涌.特高壓交/直流電網(wǎng)仿真技術研究[J].電網(wǎng)技術，2007（23）：1-5.

[5]鄭曉冬，邰能靈，楊光亮，涂崎.特高壓直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真[J].電力自動化設備，2012（07）：10-14+61.

篇5

【P鍵詞】高壓直流電源 通信領域 應用

對于通信領域，電源就是整個系統(tǒng)的心臟，對于電源的依賴非常強，短時間的中斷都會造成非常嚴重的后果。在通信領域，我國這些年發(fā)展速度非?？?，取得的成果也是非常顯著，技術上也不斷提升。高壓直流電源方面正是技術方面的一大革新，也是在通信領域得到廣泛關注的一項技術。尤其是近年來通信大量不斷增多，供電方面變得越來越富在，很多設備由于得不到保養(yǎng)也留下很多隱患。而很對通信系統(tǒng)發(fā)生故障都是由于在電源上出現(xiàn)的問題，這一類事故占據(jù)總量的一半。

1 UPS存在的問題

1.1 安全問題

UPS輸出的是最常見的220V交流電。備用蓄能則是專用的蓄電池組，作為蓄電池，輸出的是直流電，在進行使用的時候，不能為系統(tǒng)直接供電，而是要經(jīng)過轉換，轉為交流電才能供給，這其中要依靠的就是UPS中的逆變模塊。這就意味著UPS一定要有非常高的穩(wěn)定性才能讓整個系統(tǒng)保持平穩(wěn)運行。而UPS一旦在逆變模塊上出現(xiàn)問題，蓄電池輸出的直流電無法得到轉換，就會讓供電出現(xiàn)問題，即便是蓄電池中的電能再充足，也無法為系統(tǒng)提供任何供給，就會造成難以預料的損失。

1.2 維護問題

處于在技術方面的保護和經(jīng)濟效益方面的維護考慮，UPS的廠家并不會將其系統(tǒng)內(nèi)部的維護方法公開，因此企業(yè)的維護人員也沒有任何有效的方式自行進行維護或者故障排除，只能依靠廠家完成維護，日常進行維護根本無法實現(xiàn)。

1.3 浪費問題

UPS通常都是設置兩個。一個用來日常維持供電，一個用于備份。通常一個系統(tǒng)的負荷率能夠達到50%，以兩個系統(tǒng)支持，若是再加一個主用系統(tǒng)，能夠將負荷率再提升16%作用。這機會就是能夠達到的最高的標準。有時候為了能夠讓負荷率提升，降低在供電中出現(xiàn)故障的幾率，會讓系統(tǒng)保持一定的冗余度，所以按照容量的80%來進行計算，每一套UPS大約要讓負荷率達到45%，通常為了能夠讓系統(tǒng)的供電提升安全性，就要使用兩套（N+1）UPS，讓每一套UPS負荷率盡可能降低，但這樣就造成了電能的浪費。

2 高壓直流電源在通信領域應用的優(yōu)勢

2.1 安全可靠

相比于以往使用的UPS，直流供電在安全性和可靠性上有了很大的提升。首先就是高壓直流電源會采用閥控式鉛酸蓄電池組，這種電池組和通信設備及女性并聯(lián)。這樣結構在安全性上有一定的保障，一旦系統(tǒng)輸入的電能過程出現(xiàn)故障，就會觸發(fā)閥控式鉛酸蓄電池組，讓其為通信設備直接進行供電，而中間不必再使用轉換器。高壓直流電源并不需要以往UPS那樣每個模塊之間都要進行必要的通信，讓每個模塊保持同步，即便是高能直流電源中某個模塊出現(xiàn)問題，主要保持電壓穩(wěn)定，系統(tǒng)依舊可以持續(xù)為通信系統(tǒng)供電。

2.2 效率更高

首次就是高壓直流電源在進行供電的時候不會經(jīng)過逆變的過程，在這一過程中，就會節(jié)約大約5%的電能，因此使用高壓直流電源能夠讓電能的使用效率得到明顯的提升。然后就是對通信系統(tǒng)輸入的電壓是高壓電，不會存在設備上的諧波干擾，這就讓電纜不會產(chǎn)生太多的發(fā)熱量。最后就是高壓直流電源的并機技術非常簡單便捷，其中每個模塊都是直接并聯(lián)的，并且每個模塊能夠達到75%的使用率。高壓直流電源目前能夠達到的轉換率大約是90%左右，與以往使用的UPS相比，大約可以達到25%左右的節(jié)電效果，節(jié)能的效果非常明顯。

2.3 維護簡單

不同于UPS的維護技術被廠家緊緊把持，高壓直流電源的系統(tǒng)主要是用模塊化構建，只要依據(jù)一定的方法和標準就能完成安全防護的工作，企業(yè)的維護人員也不需要很高的專業(yè)技能，只需要進行簡單培訓就可以掌握維護的方法。在日常的維護中，企業(yè)自身完全能夠完成，不必再以來廠家。高壓直流電源單個系統(tǒng)的電源容量是600A，擴容也非常簡單，只有預先留下一些機架的位置，在日后有需要的時候隨時可以進行擴容。

3 高壓直流電源的可行性

以當下通信領域的標準，通信網(wǎng)絡設備中對電源也有明確的標準，有功能因數(shù)校正的電源，其電壓標準是在200V到400V之間，而沒有進行功率因數(shù)校正的電源則是要在300V以下，根據(jù)這兩種電源電壓的要求，高壓直流電源完全在能夠容納的范圍內(nèi)。相比于從前的交流電，直流電進行供電，其電流比交流電小得多，相當于交流電的91.7%，而產(chǎn)生的熱量也是更少，根據(jù)熱量方面的計算，以直流電作為電源，輸入后產(chǎn)生的熱量大約是交流電的五分之四左右，因此現(xiàn)有的設備中，完全能夠應用高壓直流電源進線供電。

4 高壓直流電源的缺點

高壓直流電源也有其自身的缺點，在進行應用的時候要格外注意。首先就是高壓直流電源對配電開關的滅弧性能有著非常嚴格的要求。交流電在一個周期內(nèi)會存在過零點，在發(fā)生短路時，過零點就會讓開關在斷開時，很容易讓產(chǎn)生的電弧滅弧。其次就是電纜線徑要相對增加。UPS輸出電能到配電柜，其中采用的是三相四線的供電方式，而一旦使用高壓直流電源，就要用一相兩線的方式進行供電，在相同的電壓下，高壓直流電源對電纜的消耗更大。

5 結論

相對來說高壓直流電源雖然有一點的缺點，但與其優(yōu)勢相比，還是值得推廣，兩種缺點也是能夠彌補的，但高壓直流電源在通信領域卻有著不可替代的高效性、安全性以及可靠性，這些性能都是通信領域非常需要的，也是UPS所缺少的，因此高壓直流電源非常適合在通信領域應用。當然，在這套供電系統(tǒng)的發(fā)展中，要想被眾多通信企業(yè)接受，還有很多問題需要解決，但未來一定會成為在供電方面的主流產(chǎn)品，為我國通信行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮出價值。

參考文獻

[1]把握高壓直流電源大趨勢[J].通信電源技術，2014（02）：7.

[2]中恒電氣高壓直流電源系統(tǒng)入圍廣電系統(tǒng)[J].電源世界，2014（03）：16.

[3]馬濤.高壓直流供電模式在IDC機房的應用分析[J].中國新通信，2013（17）：72.

篇6

[關鍵詞]通信 數(shù)據(jù)機房 高壓直流 改造 關鍵

中圖分類號：TM121.1.3 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2015）25-0031-01

引言

我國的現(xiàn)代社會早已進入一個由信息所貫穿的世代，無論是語音通信還是數(shù)據(jù)通信都嚴重依賴于信息技術，信息技術已經(jīng)成為這個世代區(qū)別于其他世代的根本特質(zhì)，信息技術對于連續(xù)性要求較高，因此，需要更為穩(wěn)定且可靠的能源動力。電源的可靠性、穩(wěn)定性與不間斷性就成了通信領域網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本要求。在這種情況之下，傳統(tǒng)UPS的可靠性較差的致命缺陷就凸顯了出來，而高壓直流則憑借其優(yōu)越的特性脫穎而出。

1.通信領域數(shù)據(jù)機房高壓直流改造

1.1 傳統(tǒng)UPS的致命缺陷

既有的傳統(tǒng)UPS單個系統(tǒng)的容量過于龐大，這不但給維護工作帶來巨大困難，而且亦給故障所受影響的范圍無形加大，致使通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中的關鍵設備無法按照模塊化在遭遇異常時分別發(fā)揮其作用，同時過大的單個系統(tǒng)容量亦給系統(tǒng)本身的組件與性能帶來了更大的壓力與負擔，這也是造成整個系統(tǒng)可靠性逐年大幅下降的一個根本原因，尤其是無論市電正常與否都必須一直處于工作狀態(tài)的逆變器的工作負荷過重，這就必然導致其故障頻仍，這種過于龐大的系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，因之受累的設備的等待故障恢復時間遠比高壓直流所需等待的時間要長得多，同時，傳統(tǒng)的UPS缺乏整體系統(tǒng)化的在線智能監(jiān)控與管理手段，無法遠程即時乃至提前獲知整個系統(tǒng)各部分的全部工作狀態(tài)，當然亦無法得到系統(tǒng)故障的預警與警示，這就必然造成了故障的突然性。

1.2 高壓直流改造大勢所趨

數(shù)據(jù)機房所使用的UPS系統(tǒng)為四級配電結構層級，過多的配電層級必然帶來線纜等投資的增加，同時，還會增加傳輸過程中的電能損耗，將配電系統(tǒng)越來越向負載末端靠近是未來數(shù)據(jù)機房發(fā)展的大趨勢，由集中式向分布式系統(tǒng)的不斷演進是數(shù)據(jù)機房動力環(huán)境發(fā)展的大趨勢。傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)通常需要四級配電完成拓撲，而高壓直流則通常三級配電層級即可完成拓撲，相對市電直供系統(tǒng)的兩級配電僅多了一級層級，從理論上來看層級越多，顯然效率越低，同時由此造成的電能損耗也必然會隨之而增加。

1.3 高壓直流改造勢在必行

傳統(tǒng)UPS存在著轉換效率過高，能耗過大的問題。通信領域所使用的傳統(tǒng)UPS的蓄電池組處于電源的輸入端，因此，一旦UPS的逆變系統(tǒng)或開關系統(tǒng)及其任何部件出現(xiàn)任何單點故障，都會造成整個UPS系統(tǒng)的徹底癱瘓，而這對于任何一家通信系統(tǒng)而言都是無法容忍的。并且由于使用年限已經(jīng)超過免費維護期限，因此，單次的維護成本過高，傳統(tǒng)UPS的結構與技術都過于復雜，這就給維護工作帶來了巨大的困難，而一旦出現(xiàn)問題，在維護人員未能及時趕到現(xiàn)場的情況下，災難的后果將不可避免，由此可見，針對傳統(tǒng)UPS的改造已經(jīng)勢在必行。

2.高壓直流改造關鍵問題及其解決

2.1 PSU與PFC兼容問題

在改造過程中發(fā)現(xiàn)問題在所難免，重要的是在發(fā)現(xiàn)問題時應針對具體問題進行具體分析，對問題予以及時解決，以免為整個高壓直流的后續(xù)正常運作帶來嚴重后果。在改造過程中首先發(fā)現(xiàn)的問題是交流數(shù)據(jù)設備中的PSU檢測問題，目前數(shù)據(jù)機房中使用的數(shù)據(jù)設備絕大多數(shù)均內(nèi)置有PSU，其中部分未采用直流電源供電的PSU無法啟動。

首先，交流數(shù)據(jù)設備中的PSU由于具備交流電壓檢測功能與過程，因此，其啟動要件為檢測到交流電壓變化，而直流電源供電時并不會產(chǎn)生電源波形變化，此時，數(shù)據(jù)設備中的PSU即會誤判為沒有電源輸入，因此不會執(zhí)行數(shù)據(jù)設備后續(xù)的啟動程序，這就會導致數(shù)據(jù)設備無法啟動。

針對此類設備，只能采取更換PSU或更換整個數(shù)據(jù)設備方能予以解決。其次，部分數(shù)據(jù)設備由于同時采用了直流PSU與PFC電路，直流PSU雖然可以正常工作，但是PFC電路卻會在直流電壓恒定時受到?jīng)_擊，進而會啟動其自保護電路進入系統(tǒng)保護狀態(tài)，無法正常工作。針對這種問題，可以將直流系統(tǒng)中的啟動改為軟啟動即可解決。

2.2 市電與發(fā)電機切換問題

在改造過程中對發(fā)電設備進行帶載試機時出現(xiàn)了市電與發(fā)電機之間切換的故障，經(jīng)重新開機可以正常切換，仔細檢查發(fā)現(xiàn)是由大容量自切開關零線未中斷引起的，由于DSP控制的UPS等設備需要零線鉗位，因此，在改造過程中使用兩種方法予以解決，一種方法是直接選用三極ATS，一種方法是將四極ATS中的四極空開換成三極，或者對其N極短接處理，即可避免此類問題的出現(xiàn)。由此可見，選用ATS是高壓直流系統(tǒng)改造成功與否的關鍵。此外，在實際的工程實施過程中，必須對市電、發(fā)電設備、UPS等轉換之后，零線相通問題予以關注，以免因此引起不必要的高壓直流系統(tǒng)的無謂故障。同時，多臺UPS系統(tǒng)并機過程中，也存在零線未中斷引起的故障，因此，在高壓直流系統(tǒng)存在多臺UPS并機的情況時，在設計與實施過程中應使用同一電源作為多臺并機UPS的旁路輸入。

2.3 高壓直流的高壓安全問題及其解決

在改造過程中遇到的另一個問題是安全問題，首先，由于服務器在輸入端都會安裝交流熔絲保險裝置，這些保險裝置設置的初衷是為了在交流異常時分斷交流電流，但是同樣的裝置在分斷直流電流時卻存在著一定的安全風險，此外，服務器的保險通常默認加于L線，且通常為交流單相開關，N線沒有任何保護亦無法斷開，此時直流供電時，服務器內(nèi)部就會因為負極沒有保護而存在一定的設備安全風險與人員安全隱患。其次，由于絕大多數(shù)為交流使用環(huán)境而生產(chǎn)的服務器其撥動開關均為交流部件，這些交流部件在斷開直流輸入時輕則會出現(xiàn)拉弧，重則會出現(xiàn)燃燒甚至燒毀的情況，而且電流強度越高這種現(xiàn)象就越嚴重，當電流強度達到5A時，現(xiàn)象最為嚴重。同樣，在使用交流插排時亦會出現(xiàn)拉孤現(xiàn)象。針對改造過程中的安全問題，最佳的解決方法即將這些安全問題反饋給設備生產(chǎn)廠家，由廠家予以安全確認或設備改造處理。

數(shù)據(jù)設備的輸入部分由于沒有了傳統(tǒng)UPS的工頻變壓器，因此，輸入直流電源無短路現(xiàn)象發(fā)生，部分設備由于采用半波整流，因此輸入直流電源以后不工作，針對這種情況將直流輸入的正級與負級調(diào)整以后，設備恢復正常工作狀態(tài)。電信高壓直流改造的接地形式通?？梢圆捎秘摌O接地、蓄電池組中點接地以及不接地三種方式，其中不接地方式亦稱為浮地。根據(jù)三種情況的對比分析可見，只有浮地的方式對于人身安全防護最有保障，因此，以人身安全為第一要著考量，以采用浮地方式接地為宜。此外，屏柜門打開時，凡可以進接接觸到的所有母線或導體均需進行絕緣處理，以保障人身安全。配電系統(tǒng)以采用雙極或多級開關為宜，開關要求應能同時切斷正負極回路。

3、結語

高壓直流供電系統(tǒng)可靠性高，效率高，節(jié)能，較之傳統(tǒng)的 UPS 電源具有較大的優(yōu)勢，特別適用于設備功率較大的場合。但電源技術的大規(guī)模應用仍將是一個浩大的系統(tǒng)工程，涉及到后端設備、技術規(guī)范、產(chǎn)業(yè)保障等等各方面的問題，更好地解決這些問題對于未來高壓直流在新常態(tài)下的提速發(fā)展至關重要。

參考文獻

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篇7

基于常規(guī)直流及柔性直流的多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術是解決中國新能源并網(wǎng)和消納問題的有效技術手段之一。然而，直流輸電系統(tǒng)的阻尼相對較低，相對于交流輸電系統(tǒng)，其故障電流發(fā)展更快，控制保護難度更大。中國大容量遠距離直流輸電系統(tǒng)中，直流側故障約占直流系統(tǒng)故障的50%。為快速限制并切斷故障電流，以維持直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行并保護輸電系統(tǒng)中的關鍵設備，高壓直流斷路器成為有效的技術手段。高壓直流斷路器可分為機械式高壓直流斷路器(mechanicalHVDCcircuitbreaker)、固態(tài)高壓直流斷路器(solid-stateHVDCcircuitbreaker)與混合式高壓直流斷路器(hybridHVDCcircuitbreaker)這3種形式。除直接采用直流斷路器開斷短路電流的方式以外，還可增加直流限流器以配合直流斷路器開斷短路電流。高壓直流緩沖器是一種類變壓器的直流短路電流抑制裝置，其利用鐵磁材料的渦流損耗和磁滯損耗來消耗短路電流的故障能量。

緩沖器的FBO模型由美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Fink、Baker和Owern三位學者建立，在緩沖器鐵心不飽和的假設下，給出了緩沖器非線性等效電阻的計算方法，但該模型將緩沖器非線性等效電感視為無窮大而進行忽略。文獻[17-18]通過消除FBO模型對于實際渦流等效電阻是其計算值2.5倍的假設，設計出更加緊湊的緩沖器。文獻[19-21]給出了緩沖器非線性等效電感的計算公式，基于變壓器理論并結合FBO模型，建立了時變電阻和時變電感并聯(lián)的緩沖器非線性等效電路，并成功運用于先進實驗超導托卡馬克(experimentaladvancedsuperconductingTokamak，EAST)裝置中性束注入系統(tǒng)的高壓直流緩沖器設計。本文首先基于鐵心材料的優(yōu)化平行四邊形磁滯回線和變壓器基本理論，建立非線性電阻和非線性電感并聯(lián)的高壓直流緩沖器非線性等效模型。接著，分別進行實驗驗證和仿真驗證，驗證高壓直流緩沖器對短路電流的抑制性能。然后，利用高壓直流緩沖器非線性等效模型，分析其非線性等效電路的動態(tài)響應。最后，提出了一種高壓直流緩沖器和高壓直流斷路器混合的高壓直流短路保護方案。

1高壓直流緩沖器的模型

高壓直流緩沖器通過N個鐵心磁環(huán)套在高壓直流輸電線上以實現(xiàn)對短路電流的抑制，類似于原邊為單匝繞組的變壓器，該單匝繞組為高壓直流輸電線，其結構示意如圖1所示。圖中：iA為短路電流；U0為雜散電容的初始電壓；W為單個鐵心疊片寬度；NC為串聯(lián)的鐵心疊片數(shù)；NL為單個鐵心疊片層數(shù)；NT為傳輸線的匝數(shù)；r為傳輸線半徑；r1、r0分別為鐵心的內(nèi)外半徑。

1.1高壓直流緩沖器的等效電路正常情況下，由于高壓直流輸電線上傳輸直流電，高壓直流緩沖器對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響；一旦發(fā)生短路，鐵心的激磁電感將抑制短路電流峰值，并將故障能量消耗在激磁電阻上。如鐵心的渦流損耗和磁滯損耗不足以消耗大部分故障能量，則可在鐵心上增加一副邊繞組，利用該繞組串聯(lián)電阻消耗能量。根據(jù)變壓器非線性模型的基本原理，高壓直流緩沖器在沒有副邊繞組的情況下的等效電路如圖2(a)所示。圖中R1、X1分別為高壓直流緩沖器原邊繞組的電阻和漏電抗，分別代表輸電線路的電阻和電抗；Rs、Xs分別為高壓直流緩沖器鐵心的激磁電阻和激磁電抗。激磁電阻和激磁電感均不是常量，其大小隨著鐵心磁路的飽和程度而變化。由于原邊繞組阻抗比激磁阻抗小得多，因此可以將其忽略進而得到高壓直流緩沖器的簡化等效電路見圖2(b)。

1.2高壓直流緩沖器的數(shù)學模型由高壓直流緩沖器的簡化等效電路可知，對其進行數(shù)學建模只需確定高壓直流緩沖器鐵心的非線性電阻和非線性電感。

1.2.1高壓直流緩沖器的非線性電阻高壓直流緩沖器是一種利用鐵磁材料渦流損耗和磁滯損耗消耗故障能量的保護裝置。趨膚效應會降低鐵心疊片的渦流電阻，并進一步地削弱鐵心對故障能量的消耗能力。為減小趨膚效應的影響，提高鐵心的渦流損耗，以增加鐵心對故障電流的抑制能力，高壓直流緩沖器將單個鐵心疊片需分成NL層，如圖1所示。文獻[16-18]對每層疊片的飽和深度進行了分析。

1.2.2高壓直流緩沖器的非線性電感高壓直流緩沖器的激磁電感為非線性時變電感，其值與鐵心磁路的飽和程度有關。鐵心材料的平行四邊形優(yōu)化磁滯回線如圖3所示。當緩沖器反向偏置電源通入反向偏置電流時，緩沖器鐵心進入反向深度飽和點R；在系統(tǒng)正常工作時，傳輸線上的工作電流使得鐵心的狀態(tài)回到淺飽和區(qū)S；當發(fā)生故障時主回路電流會增大，使鐵心由點S沿B-H曲線中的S-X-N-T-Y-Z-X-S移動。在Y-Z階段，鐵心的磁導率比較大，會產(chǎn)生很大的電感，對短路電流具有較大的抑制能力。

2高壓直流緩沖器的驗證

為驗證高壓直流緩沖器非線性模型的準確性及其工作性能，分別進行了短路實驗和建模仿真，通過結果對比進行模型及性能驗證。其中，高壓直流緩沖器短路實驗的配置如圖4所示。在Matlab/Simulink中建立高壓直流緩沖器的仿真模型，如圖5所示。對高壓直流緩沖器處于過阻尼和欠阻尼這2種狀態(tài)，分別進行實驗驗證和仿真驗證。鐵心的詳細參數(shù)如表1所示。

2.1高壓直流緩沖器工作于過阻尼狀態(tài)進行過阻尼實驗驗證和仿真驗證時，系統(tǒng)的雜散電容為16.5nF，雜散電容的初始電壓為42.1kV。短路電流的波形對比如圖6所示。進一步地，將高壓直流緩沖器短路電流的特征參數(shù)進行對比，如表2所示。由圖6及表2所示，高壓直流緩沖器工作于過阻尼狀態(tài)時，仿真結果與實驗結果基本吻合，從而驗證了高壓直流緩沖器模型的準確性。并且，高壓直流緩沖器能夠在很短的時間內(nèi)較好地抑制短路電流。

2.2高壓直流緩沖器工作于欠阻尼狀態(tài)進行欠阻尼實驗驗證和仿真驗證時，系統(tǒng)的雜散電容為4nF，雜散電容的初始電壓為120kV。短路電流的波形對比如圖7所示。由圖7可知，高壓直流緩沖器工作于欠阻尼狀態(tài)時，仿真結果與實驗結果基本吻合，從而驗證了高壓直流緩沖器模型的準確性。但是，短路電流出現(xiàn)振蕩，短路故障沒有得到有效的抑制。

3高壓直流緩沖器的分析

直流輸電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，若將系統(tǒng)的短路故障能量等效為雜散電容的儲存能量，即2s0CU/2，并考慮到高壓直流緩沖器的等效電路為非線性電阻與非線性電感并聯(lián)，整個電路在忽略傳輸線阻抗的情況下為RLC并聯(lián)電路。由于雜散電容具有初始電壓，高壓直流緩沖器等效電路的動態(tài)響應類似于RLC電路的零輸入響應，如圖8所示。

4高壓直流緩沖器的應用

機械式直流斷路器可以關斷較大的電流，并具有成本低、損耗小等優(yōu)點，但其開斷速度較慢。固態(tài)直流斷路器開斷速度迅速，但其相關損耗較高，且價格昂貴。為克服兩者的缺點，通過將機械式直流斷路器和固態(tài)直流斷路器集成在一個裝置上，從而形成混合式斷路器?；旌鲜街绷鲾嗦菲鹘Y合了機械開關良好的靜態(tài)特性與電力電子器件良好的動態(tài)性能，用快速機械開關來導通正常運行電流，用固態(tài)電力電子器件來分斷短路電流，具有通態(tài)損耗小、開斷時間短、無需專用冷卻設備等優(yōu)點，是目前高壓直流斷路器研發(fā)的新方向，有著廣闊的應用前景。

除直接采用直流斷路器開斷短路電流的方式以外，還可以增加高壓直流緩沖器以配合直流斷路器開斷短路電流。一種高壓直流緩沖器和高壓直流斷路器混合的高壓直流短路保護方案如圖10所示。在正常情況下，高壓直流緩沖器對直流輸電系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，保持在一低阻態(tài)，機械開關承載主回路電流，固態(tài)開關支路沒有電流流過。當發(fā)生短路故障時，高壓直流緩沖器的激磁電感將抑制短路電流的峰值，并將部分故障能量消耗在激磁電阻上。其余的短路電流由混合式直流斷路器的固態(tài)開關斷開。當機械開關打開以提供電流隔離時，在下一個電流過零點關斷固態(tài)開關，其余的故障能量被能量吸收裝置吸收。該高壓直流緩沖器和高壓直流斷路器混合的高壓直流短路保護方案，能夠先將短路電流限制在某一較低的值，再將較低的短路電流開斷。這將降低機械開關的熄弧難度和制造難度，減小功率半導體器件因關斷大電流而引起的動態(tài)過壓，同時可以提高開斷容量。

5結語

篇8

關鍵詞：交流抗干擾電路；PFC電路；高壓整流濾波；PWM

1引言2計算機電源發(fā)展歷程

在計算機各部件中最令人注意的就是CPU的頻率、內(nèi)存的大小、硬盤容量，顯卡的性能等等。而對于電腦中的一個重要部件電源．卻往往總會受到忽略。而事實上，電腦的許多奇怪癥狀都是由電源引起的。假如我們把計算機比作一個人的話，CPU作為計算機的核心部件起著運算和控制的作用，它相當于我們?nèi)祟惖拇竽X；而電源作為計算機的動力提供者，完全等價于我們?nèi)祟惖男呐K，其重要之處由此可見。所以有必要了解電源內(nèi)部結構，熟悉電源的工作原理，才能更好地維護好計算機電源，才能從根本上保障公司各部門計算機設備長時間穩(wěn)定工作。

2計算機電源發(fā)展歷程

PC／XT_IBM最先推出個人PC／XT機時制定的標準；AT_也是由IBM早期推出PC／AT機時所提出的標準，當時能夠提供192W的電力供應；ATX—Intel公司于1995年提出的工業(yè)標準。與AT比較主要變化為：

1、取消了AT電源上必備的電源開關而交由主板進行電源開關的控制，增加了一個待機電路為電源主電路和主板提供電壓來實現(xiàn)電源喚醒等功能：

2、ATX電源首次引進了+3．3V的電壓輸出端，與主板的連接接口上也有了明顯的改進：ATX12V——支持P4的ATX標準，是目前的主流標準：ATX12V一1．1：在ATX的基礎之上增加了4pin的+12V輔助供電線(PIO)為P4處理器供電，改變了各路輸出功率分配方式，增強+12V負載能力；ATX12V一1.3：提高了電源效率，增加了對SATA的支持。去掉了一5V輸出，增加了+12V的輸出能力；ATX12V一2.0：尚未有產(chǎn)品實施的最新規(guī)范；電源連接器由20針改為24針，以支持75W的PCIExpress總線．同時取消輔助電源接口；提供另一路+12V輸出，直接為4Pin接口供電；WTX—ATX電源的加強版本：尺寸上比ATX電源大。供電能力也比比ATX電源強，常用于服務器和大型電腦；BTX一現(xiàn)有架構的終結者，電源輸出要求、接口等支持ATX12V。

3計算機開關電源的工作原理

電源是一種能量轉換的設備，它能將220V的交流電轉變?yōu)橛嬎銠C需要的低電壓強電流的直流電。首先將高電壓交流電(220V)通過全橋二極管整流以后成為高電壓的脈沖直流電，再經(jīng)過電容濾波以后成為高壓直流電。此時，控制電路控制大功率開關三極管將高壓直流電按照一定的高頻頻率分批送到高頻變壓器的初級。接著，把從次級線圈輸出的降壓后的高頻低壓交流電通過整流濾波轉換為能使電腦工作的低電壓強電流的直流電。其中，控制電路也是必不可少的部分。它能有效的監(jiān)控輸出端的電壓值，并向控制功率開關三極管發(fā)出信號控制電壓上下調(diào)整的幅度。目前的常見產(chǎn)品主要采用脈沖變壓器耦合型開關穩(wěn)壓電源，它分為交流抗干擾電路、功率因數(shù)校正電路、高壓整流濾波電路、開關電路、低壓整流濾波電路5個主要部分。

4交流抗干擾電路

為避免電網(wǎng)中的各種干擾信號影響高頻率、高精度的計算機系統(tǒng)．防止電源開關電路形成高頻擾竄，影響電網(wǎng)中的其他電器等；各種電磁、安規(guī)認證都要求開關電源配有抗干擾電路。主要結構為兀型共模、差模濾波電路．由差模扼流電感、差模濾波電容、共模扼流電感、共模濾波電容組成：

5功率因數(shù)校正電路

開關電源傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路令整體負載表現(xiàn)為容性，且使交流輸入電流產(chǎn)生嚴重的波形畸變，向電網(wǎng)注人大量的高次諧波，功率因數(shù)僅有0．6左右，對電網(wǎng)和其他電氣設備造成嚴重的諧波污染與干擾。因此，我國在2003年開始實施的CCC中明確要求計算機電源產(chǎn)品帶有功率因數(shù)校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因數(shù)達到0．7以上。PFC電路分為主動式(有源)與被動式(無源)兩種：主動式PFC本身就相當于一個開關電源．通過控制芯片驅動開關管對輸入電流進行”調(diào)制”，令其與電壓盡量同步，功率因數(shù)接近于1；同時．主動式PFC控制芯片還能夠提供輔助供電，驅動電源內(nèi)部其他芯片以及負擔+5VSB輸出。主動式PFC功率因數(shù)高、+5VSB輸出紋波頻率高、幅度小，但結構復雜，成本高，僅在一些高端電源中使用。目前采用主動式PFC的計算機電源一般采用升壓轉換器式設計，電路原理圖如下：被動式PFC結構簡單，只是針對電源的整體負載特性表現(xiàn)，在交流輸人端．抗干擾電路之后串接了一個大電感，強制平衡電源的整體負載特性。被動式PFC采用的電感只需適應50～60Hz的市電頻率，帶有工頻變壓器常用的硅鋼片鐵芯，而非高頻率開關變壓器所采用的鐵氧體磁芯，從外觀上非常容易分辨。被動式PFC效果較主動式PFC有一定差距，功率因數(shù)一般為0．8左右；但成本低廉，且無需對原有產(chǎn)品設計進行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流電源通常采取的方式。

6高壓整流濾波電路

目前的各種開關電源高壓整流基本都采用全橋式二極管整流，將輸人的正弦交流電反向電壓翻轉，輸出連續(xù)波峰的“類直流”。再經(jīng)過電容的濾波，就得到了約300V的“高壓直流”。

7開關電路

開關電源的核心部分．主要由精密電壓比較芯片、PWM芯片、開關管、驅動變壓器、主開關變壓器組成。精密電壓比較芯片將直流輸出部分的反饋電壓與基準電壓進行比較．PWM芯片根據(jù)比較結果通過驅動變壓器調(diào)整開關管的占空比，進而控制主開關變壓器輸出給直流部分的能量，實現(xiàn)“穩(wěn)壓”輸出。PWM(PulesWidthModulation)即脈寬調(diào)制電路，其功能是檢測輸出直流電壓，與基準電壓比較，進行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制推挽開關電路以保持輸出電壓的穩(wěn)定，主要由1CTL494及周圍元件組成。使用驅動變壓器的目的是為了隔離高壓(300V)區(qū)與低壓區(qū)(最高12V)，避免開關管擊穿后高壓電可能對低壓設備造成的危害，也令PWM芯片無需接觸高壓信號，降低了對元件規(guī)格的要求。

沖變壓器耦合型開關穩(wěn)壓電源主要的直流(高壓到低壓)轉換方式有5種，其中適合作為計算機電源使用的主要為推挽式與半橋式，而推挽式多用于小型機、UPS等，我們常見的電源產(chǎn)品則基本都采用半橋式變換。

8低壓整流濾波電路

經(jīng)過調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。整流手段與高壓整流類似，仍是利用二極管的單向導通性質(zhì)，將反向波形翻轉。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實現(xiàn)360。的導通，因此一般采用快速恢復二極管(主要用于+12V整流)或肖特基二極管(主要用于+5V、+3．3V整流)。濾波仍是采用典型的扼流電感配合濾波電容，不過此處的電感不僅為了扼制突變電流，更為重要的作用是像高壓濾波部分的電容一樣作為儲能元件，為輸出端提供連續(xù)的能量供應。實際產(chǎn)品中高壓整流濾波電路、開關電路、低壓整流濾波電路是一個整體，雖然原理與前述基本相同，但元件個數(shù)、分布方式會有很大變化。例如采用半橋式電壓變換的電源就有兩個高壓濾波電容，每一路直流輸出對應兩個整流管，各負責半個周期的輸出；而采用單端正激式電壓變換的電源則只有一個高壓濾波電容，每一路直流輸出對應兩個整流管，工作時間按照開關管占空比分配。其他較為重要的部分還有輔助供電電路與保護電路：輔助供電電路一個小功率的開關電源，交流輸入接通后即開始工作。300V直流電被輔助供電開關管調(diào)制成為脈沖電流，通過輔助供電變壓器輸出二路交流電壓。一路經(jīng)整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出為+5VSB，供主板待機所用；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給電源內(nèi)部的PWM等片工作。主動式PFC具有輔助供電的功能，可以提供+5VSB及電源內(nèi)部芯片所需電壓；故采用主動式PFC的電源可以省略掉輔助供電部分，只使用兩個開關變壓器。

9保護電路

電源主要的保護措施有7種：

1、輸入端過壓保護：通過耐壓值為270V的壓敏電阻實現(xiàn)：

2、輸入端過流保護：通過保險絲：

3、輸出端過流保護：通過導線反饋，驅動變壓器就會相應動作，關斷電源的輸出；

4、輸出端過壓保護：當比較器檢測到的輸出電壓與穩(wěn)壓管兩端的基準電壓偏差較大時，就會對電壓進行調(diào)整：

5、輸出端過載保護：過載保護的機理與過流保護一樣，也是通過控制電路和驅動變壓器進行的：

6、輸出端短路保護：輸出端短路時，比較器會偵測到電流的變化，并通過驅動變壓器、關斷開關管的輸出：

7、溫度控制：通過溫度探頭檢測電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)扇轉速，對電源內(nèi)部溫度進行控制；

10電源的好壞對其他部件的影響

CPU對電壓就非常敏感，電壓稍微高一點就可能燒毀CPU，電壓過低則無法啟動；而硬盤在電壓不足時就無法正常工作，在電壓波動大時甚至會劃傷盤片，造成無法挽救的物理損害；諸如此類，不一而足。在很多情況下，主機內(nèi)的配件損壞了，用戶只是認為是配件本身的質(zhì)量問題．而很少考慮可能是電源輸出的低壓直流電電壓不穩(wěn)所造成的。所以，輸出電壓的波動范圍就是考查電源質(zhì)量的重要指標之一。目前，一般的電源產(chǎn)品在空載和輕載時的表現(xiàn)都較好(假冒偽劣產(chǎn)品除外)，而重載測驗才是烈火試真金的真正考驗。

參考文獻

篇9

關鍵詞： 單片機控制； 高壓直流電源； 隔離型Zeta斬波電路； PWM

中圖分類號： TN86?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）12?0165?04

Abstract： In order to satisfy the requirements of small?size and intelligence of the high?voltage power supply， a new high?voltage DC power supply controlled by single chip microcomputer was designed， whose output voltage is 5～10 kV adjustable. The method of combining theoretical analysis with hardware circuit experiment is adopted to analyze and describe the drive circuits of high?frequency PWM （pulse width modulation） square wave generation， chopping wave and half bridge， and over?voltage protection circuit of the output power supply. The voltage?regulation principle and working principle of the isolated Zeta chopper circuit are studied emphatically. The design thought of voltage regulation based on program is proposed to implement the digital power supply. The experimental results show that the power supply is feasible， and its output voltage is stable.

Keywords： single chip microcomputer control； high?voltage DC power supply； isolated Zeta chopper circuit； PWM

0 引 言

高壓直流電源在工業(yè)生產(chǎn)應用和實驗研究得到廣泛運用，如工業(yè)環(huán)境的靜電除塵、醫(yī)用X光機、CT機等。傳統(tǒng)的高壓直流電源大多采用工頻變壓器升壓，再經(jīng)整流濾波得到，存在著電源體積大、效率低、輸出電壓紋波大等缺點[1?3]。隨著電力電子技術的發(fā)展，開關電源技術逐步應用到高壓直流電源中，高頻技術的引入大大降低了設計電源的體積，同時隨著電氣智能化的發(fā)展，智能電源也隨之發(fā)展起來。本文設計以AT89C51單片機為控制核心智能開關電源，通過程序調(diào)節(jié)前級Zeta斬波與半橋逆變的輸出電壓，從而控制電源輸出電壓，最高輸出電壓10 kV。電源的特點是能實現(xiàn)程序完全控制輸出電壓，同時具有自動監(jiān)測和保護功能。

1 電源結構與工作原理

本文將單片機技術與脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）相結合，進行直流高壓電源的逆變、調(diào)壓、升壓控制。電源主體由濾波整流、Zeta斬波、半橋逆變、高頻升壓、倍壓整流、保護電路以及PWM調(diào)節(jié)控制部分組成。電源基本工作原理為：市電220 V，50 Hz輸入，電壓經(jīng)過電磁干擾（EMI）濾波以及全波整流變?yōu)殡妷褐导s為300 V的直流電，再通過隔離型Zeta斬波電路將電壓控制在200～400 V之間，之后經(jīng)過半橋逆變電路將其變?yōu)楦哳l交流電，最后通過高頻變壓器升壓和二倍壓整流電路，將其變?yōu)樗O定的直流高壓。其中Zeta斬波、半橋逆變的開關頻率與脈沖寬度利用單片機程序控制。為了使電源工作穩(wěn)定且利于調(diào)節(jié)，設計規(guī)定Zeta斬波輸出電壓在DC 200～400 V即控制斬波電路開關占空比在0.4～0.6之間。同時在輸出端設置過電壓反饋控制回路，防止程序錯誤，電壓異常升高。圖1為電源整體結構圖。

2 隔離型Zeta斬波調(diào)壓電路

與Zeta斬波電路相比，隔離型Zeta斬波電路將高頻變壓器與電感L0并聯(lián)，此時前級電路電壓可通過變壓器將電能遞到后級電路[2?5]。如為考慮升高/降低電壓，則可將變壓器原副邊變比增大/減小。采用Zeta隔離型斬波電路的優(yōu)點：相同的輸入、輸出電壓極性；輸出電壓可調(diào)；輸入電流低，EMI?。惠斎?、輸出電氣隔離。圖2為Zeta隔離斬波調(diào)壓電路[6?8]。

設計隔離型Zeta電路工作在電感電流不連續(xù)模式（DCM），電路存在三種不同的工作狀態(tài)：

（1） 時，S閉合，電源E向L0充電，同時中間電容C1向L1與C2供電，二極管D截至，此時通過L1電流增加，輸出電壓Uo增加；

（2） 時，S斷開，L0向變壓器原邊電感充電，變壓器工作并通過副邊電感向C1充電，二極管D導通，電感L1與電容C2向負載供電，輸出電壓Uo增加；

（3） 時，S處于斷開階段，變壓器轉換能量結束，二極管D截至，這時電容C1與C2向電感L2與負載供電，此時輸出電感L2電流上升，輸出電壓Uo減小。

3 控制電路的設計

控制電路以AT89C51單片機為核心，通過單片機程序控制P1.0～P1.2口的輸出脈沖，即可控制斬波與逆變電路[9?11]。圖5為隔離型Zeta斬波控制電路，當單片機P1.0口輸出低電平時，控制脈沖通過TPL250隔離驅動Q1開通即斬波電路工作，反之輸出高電平，Q1截至。

圖6為單片機控制半橋逆變電路圖。單片機P1.1、P1.2輸出脈沖通過IR2110驅動芯片，驅動半橋開關管。當輸出為低電平時，經(jīng)非門轉換為高電平，再經(jīng)驅動芯片IR2110驅動Q2，Q3的開通，反之Q2，Q3截至。為使電源各芯片工作穩(wěn)定，由兩個獨立的LM317精密穩(wěn)壓源提供各芯片工作電壓，同時限制斬波與逆變的開關頻率與占空比，即通過單片機控制輸出端口的脈沖頻率與脈沖寬度。為使電源各級電壓輸出在規(guī)定可調(diào)范圍（斬波輸出DC 200～400 V，倍壓輸出為5～10 kV），在各級分別設置由TL431與PC817和TL431與TLP521?1構成的光耦隔離過壓反饋保護電路。當輸出過壓時，反饋電路工作，控制芯片中斷/復位，各級引腳輸出高電平Q1，Q2，Q3關閉，電路暫停工作，復位LED（D，D3）燈亮。

4 實驗結果與分析

進行單片機程序控制實驗，得到電源電壓輸出波形。圖7為Zeta斬波輸出電壓與其驅動脈沖波形。由圖7得驅動脈沖理想，斬波電路工作正常。圖8為半橋驅動波形與電源電壓輸出波形。圖8中驅動脈沖幅值與電源電壓相位相差180°且有一定時間延遲（防直通）即死區(qū)時間，電源輸出電壓（電阻線性降壓測得）紋波小，電路工作穩(wěn)定。

5 結 論

本文以單片機為核心，研制了一種新型依據(jù)程序控制的智能高壓直流電源。將高頻引入電源設計中，有效地減小電源體積，節(jié)約電源成本；采用隔離型Zeta斬波調(diào)壓電路，實現(xiàn)低壓控制高壓輸出。實驗結果表明，所設計電源輸出電壓穩(wěn)定、輸電紋波小、負載能力強。

參考文獻

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篇10

（重慶泰山電纜有限公司，中國 重慶 401120）

【摘　要】本文從脫氣原理，脫氣過程對絕緣中空間電荷影響等方面簡要介紹了直流高壓電纜的脫氣過程。

關鍵詞 脫氣；副產(chǎn)物；時間；溫度；空間電荷

0　引言

隨著高壓輸電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，特別是跨海峽等水下輸電工程的興建以及大城市供電亟待解決線路走廊和城市美觀等問題，大功率、遠距離的輸電直流線路發(fā)展迫在眉睫。高壓直流電纜與交流電纜之間最重要的區(qū)別就是絕緣中空間電荷的累積，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，脫氣過程對成品電纜的絕緣空間電荷效應有著很重要的影響。

公司承擔了國網(wǎng)重點科技項目：“高壓直流交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜”項目。由于電壓等級較高，對于材料的性能及工藝的處理提出了更高的要求。

1　脫氣原理

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜采用的絕緣材料是XLPE，其采用的交聯(lián)劑為DCP（過氧化二異丙苯），交聯(lián)過程分為兩種方式，而兩種方式的副產(chǎn)物有以下幾個：異丙苯醇、苯乙酮、甲烷。除此以外，在生產(chǎn)過程中，絕緣料不可能絕對干燥，在交聯(lián)反應的同時會有一些副反應，會產(chǎn)生水。

從反應式可以看出一個-O-O-化學鍵(通常每個過氧化物分子只有一個)在網(wǎng)狀結構中最多能產(chǎn)生一個化學交聯(lián)鍵。其次，每個已被分解的過氧化物分子，無論其是否提供交聯(lián)鍵，至少會產(chǎn)生兩個副產(chǎn)品分子。這些副產(chǎn)品都包含在結構中。如果不使用外部高壓(最常用熱氮氣)進行抑制，副產(chǎn)品會在熔融的絕緣中形成氣泡，因此會導致局部放電和電氣故障。但是在后期運行過程中，如果不將其去除，勢必會緩慢釋放，影響電纜的電氣和機械性能，表一中給出了這些主要副產(chǎn)品的典型特性。

2　脫氣對于絕緣空間電荷的影響

交聯(lián)副產(chǎn)物對空間電荷的影響非常顯著。研究脫氣時間對電纜產(chǎn)品空間電荷的影響有著非常重要的意義。

根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，北歐化工的絕緣料對于空間電荷的抑制有著非常好的效果，我們對其做了相應的實驗.

通過實驗得出以下結論：

（1）北歐化工絕緣料即使在交聯(lián)情況下也能保證材料中空間電荷分布更均勻。

（2）脫氣時間的長短對于改善XLPE中空間電荷的分布有著密不可分的關系，經(jīng)過較長時間的脫氣時間處理過后，摻雜少量的空間電荷抑制劑的絕緣料可以有效的改善XLPE復合介質(zhì)內(nèi)空間電荷分布。

3　影響脫氣的因素

在電纜結構尺寸固定的前提下，影響脫氣的主要因素為：脫氣溫度和脫氣時間。 脫氣溫度越高，副產(chǎn)品含量降低的速度越快，效果越明顯，脫氣時間越長，效果越好。

大型電纜的脫氣幾乎都在寬敞并加熱的脫氣室內(nèi)完成。這些裝置會消耗相當多的能量，且占用不少工廠的空間。脫氣室要通風良好，以避免甲烷和乙烷等可燃性氣體的聚積，帶來明顯的安全隱患。有時，為使電纜能快速達到要求的溫度，會通過對導體進行加熱，來增強脫氣室的加熱作用。然而，實驗已經(jīng)證明使用導體自身加熱的手段作為一種脫氣方法，根本無效；因為在這種情況下，電纜外表面上較低的溫度限制了解吸效果。

受自身材料因素的影響，脫氣溫度不能無限制的提高，經(jīng)過公司多年的交流高壓電纜生產(chǎn)經(jīng)驗，實際脫氣中使用的溫度可在50℃-80℃的范圍之間，60℃-70℃是最優(yōu)的溫度范圍。70℃-80℃的溫度范圍已被證實，在只針對較小的中壓電纜時能可靠工作。然而，當對電纜脫氣時(尤其是在高溫下)，執(zhí)行必須非常謹慎，以避免損傷線芯。伴隨而來的絕緣熱膨脹和軟化已被證實會導致線芯的過度變形(致使扁平或損壞外部半導電層)。這種形變會直接導致在常規(guī)電氣檢測期間出現(xiàn)故障(無法進行)，從而使脫氣的有利效果完全失去意義。另外，脫氣時間和溫度的不恰當設定會導致?lián)p壞(緣于溫度過高)，這種損壞在常規(guī)檢測期間無法被檢測到，因為脫氣不完全(缺陷被遮蔽)。因此，脫氣溫度要隨著電纜重量的增加而降低，這種設定非常普遍。由與直流高壓電纜的交聯(lián)過程和交流高壓電纜交聯(lián)過程基本一致，所以這種特性同樣適用于高壓直流電纜。受交貨期及生產(chǎn)周期的影響，脫氣時間不能無限延長，根據(jù)不同的絕緣厚度，脫氣時間一般為：5~10天。同時，經(jīng)過長期經(jīng)驗的積累，高壓電纜的脫氣時間不能被簡單的隨厚度按比例度量?？紤]到直流電纜副產(chǎn)物對于電纜空間電荷的影響，直流電纜的脫氣時間要比交流電纜的時間長。

4　結果驗證

針對高壓直流海底電纜項目所生產(chǎn)的樣品，絕緣厚度為12.0mm，采用的脫氣時間和脫氣溫度為：15天，70℃。脫氣結束后三天自然冷卻。

可以看出，脫氣后，電纜的性能滿足標準要求，保證了電纜性能的穩(wěn)定。

5　結束語