導(dǎo)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(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)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(yīng)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(yīng)用于智能電網(wǎng)，而超高壓直流用于遠(yuǎn)距離電能輸送或系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。低壓直流也廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)電路中。

1. 學(xué)習(xí)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(chǔ)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師學(xué)習(xí)和探討的深度關(guān)系到學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)探討的深度，學(xué)生學(xué)習(xí)的探討的深度關(guān)系到學(xué)生未來的發(fā)展，也關(guān)系到學(xué)生職業(yè)的發(fā)展。

直流電路部分的學(xué)習(xí)，為學(xué)生后續(xù)的電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)、電氣自動(dòng)控制、PLC、檢測、電氣設(shè)備、電力系統(tǒng)分析、供用電系統(tǒng)、供用電設(shè)備、繼電保護(hù)、高電壓技術(shù)、等等課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。特別是在電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)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(dāng)重視這一方面的研究。

2.低壓直流在電子領(lǐng)域的應(yīng)用

直流廣泛用于電子電路、計(jì)算機(jī)等電路。電子電路、通信電路、計(jì)算機(jī)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(jī)床控制電路也廣泛應(yīng)用直流。直流電的基礎(chǔ)知識(shí)是電氣類專業(yè)和機(jī)電類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的基礎(chǔ)。教學(xué)中重視直流電教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.直流在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1直流在二次回路中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、控制回路、信號(hào)回路等二次回路中，廣泛應(yīng)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(dòng)化水平的提高，在微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)自動(dòng)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(yīng)急電源。

3.2在柔性直流輸電的應(yīng)用

“柔性”直流輸電是采用先進(jìn)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(shù)，可靈活接入多個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⑿∷姷惹鍧嵞茉?，通過一個(gè)大容量、長距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個(gè)城市的負(fù)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(yùn)，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(yùn)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(yùn)，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(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的公司。2013.12.25南方電網(wǎng)的南澳風(fēng)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(gè)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(shè)一座接納海上風(fēng)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(shù)就像在川流不息的江河上建造一個(gè)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(shù)對(duì)新能源的并網(wǎng)，如出力不斷變化的風(fēng)電并網(wǎng)是目前最合適的，它重點(diǎn)解決了風(fēng)電場間歇式電源的并網(wǎng)問題，是國際公認(rèn)的最具有技術(shù)優(yōu)勢的風(fēng)電場并網(wǎng)方案。柔性直流輸電技術(shù)是海上風(fēng)電并網(wǎng)的唯一方式，特別適用于海上孤島供電等偏遠(yuǎn)地區(qū)。柔性直流輸電技術(shù)柔性直流輸電可以大幅改善大規(guī)模風(fēng)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(diǎn)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(dú)立的控制其輸出電壓的幅值、相位；柔性直流輸電啟動(dòng)時(shí)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(fù)控制能力，可以作為系統(tǒng)恢復(fù)電源。

3.3 超高壓特高壓直流輸電

當(dāng)需要大功率遠(yuǎn)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(shí)，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(jì)，直流輸電的線路投資是交流輸電的1/3。當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí)，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(bǔ)償；調(diào)節(jié)快速，運(yùn)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(shí)現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動(dòng)的方向的改變）；當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，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(yīng)互聯(lián)二惡增大。其缺點(diǎn)是換流站造價(jià)較高，換流站會(huì)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(shè)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(shè)，使全國大部分地區(qū)電力系統(tǒng)得到了聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了西電東送。三峽電廠輸出工程主要有三個(gè)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(jié)論

直流電廣泛應(yīng)用于用戶端，應(yīng)用于各行各業(yè)，應(yīng)用于電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工廠設(shè)備、企事業(yè)單位。直流電廣泛應(yīng)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?！峨娐贰氛n程的學(xué)習(xí)是直流供電系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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

篇2

廣播電視臺(tái)作為重要的政府宣傳窗口，同時(shí)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(wù)，其安全播出是至關(guān)重要的。而廣播電視臺(tái)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?qū)＞€雙線路電源供電及UPS不間斷電源+后備發(fā)電機(jī)的模式，為機(jī)房提供電力，這套方案也確實(shí)給廣播電視部門提供了較好的供電保障。隨著設(shè)備的更新升級(jí)，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(wù)的快速發(fā)展，廣播電視前端機(jī)房設(shè)備對(duì)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(shè)備更是采用了 UPS雙系統(tǒng)供電保障?；诎踩?，1+1 冗余 UPS 系統(tǒng)的單機(jī)負(fù)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(fèi)；UPS 并機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)電源的振幅、頻率、相位，以及并機(jī)系統(tǒng)中的零地電位差、零線環(huán)流等提出了嚴(yán)格要求，導(dǎo)致 UPS 設(shè)備的邏輯控制系統(tǒng)（并機(jī)）等非常復(fù)雜。另一方面，隨著業(yè)務(wù)高速發(fā)展，一些機(jī)房 UPS擴(kuò)容需求迫切。新建 UPS系統(tǒng)不僅占用了寶貴的機(jī)房空間、配電容量，還制約了機(jī)房裝機(jī)擴(kuò)容需求，導(dǎo)致整個(gè)電源系統(tǒng)的設(shè)備資源利用率低、可靠性差，而且 UPS 系統(tǒng)擴(kuò)容、更新改造保障難度大。如何提供安全可靠、高效經(jīng)濟(jì)的新型數(shù)字電視及數(shù)據(jù)設(shè)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(duì)一種新型的高壓直流供電系統(tǒng)做一些應(yīng)用探討。我臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過慎重調(diào)研，決定對(duì)廣播電視臺(tái)內(nèi)部供電系統(tǒng)做一次全面檢修及升級(jí)。這其中，最重要的是對(duì)UPS不間斷電源的升級(jí)改造。

由于市電雙線路切換及后備發(fā)電機(jī)供電技術(shù)已經(jīng)非常成熟，只需進(jìn)行日常巡檢及維護(hù)即可。而我臺(tái)的UPS不間斷電源，使用已近二十年，每幾年就要對(duì)電池組進(jìn)行更換。借此機(jī)會(huì)，我們通過與電信部門、移動(dòng)通訊部門、電力部門及相關(guān)廠家技術(shù)人員進(jìn)行溝通交流，決定趁此次更換老化的UPS電池組的機(jī)會(huì)，對(duì)前端機(jī)房供電系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用HVDC240V高壓直流供電系統(tǒng)為前端設(shè)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(shù)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(gè)城市通訊系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)。而廣播電視前端機(jī)房跟通訊機(jī)房有很多相似的地方，能否借鑒通訊行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，組建自己的高壓直流供電系統(tǒng)，也成為廣電行業(yè)很關(guān)注的一個(gè)問題。我臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)在考察學(xué)習(xí)通訊行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)后，決定先對(duì)我臺(tái)廣播電視監(jiān)播機(jī)房的配電系統(tǒng)，采用高壓直流供電方案進(jìn)行試點(diǎn)，成功穩(wěn)定運(yùn)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(jì)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(guān)等組成。在市電正常時(shí)，市電交流電源經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器，同時(shí)給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為50Hz交流電供給負(fù)載。在停電時(shí)，蓄電池放出電能，通過逆變器變換為交流電，供給負(fù)載。為了提高設(shè)備供電的可靠性，通常采取了多臺(tái)UPS冗余并機(jī)的方式，如1+1系統(tǒng)。UPS的出現(xiàn)，是由于一些重要設(shè)備，如航天控制、醫(yī)療儀器、金融系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，不能斷電而產(chǎn)生的。她的誕生，對(duì)信息革命產(chǎn)生了十分重大的影響。

但是，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了以下一些缺點(diǎn)：

可靠性低

UPS 交流電源系統(tǒng)，就單臺(tái)設(shè)備而言，通過冗余技術(shù)可以使UPS設(shè)備本身的可靠性大為提高，但就整個(gè)UPS供電系統(tǒng)而言，有很多不可備份的系統(tǒng)單點(diǎn)故障點(diǎn)，比如同步并機(jī)板、靜態(tài)開關(guān)、輸出切換開關(guān)、逆變器等，這些單點(diǎn)故障點(diǎn)，都可能導(dǎo)致整個(gè)通訊系統(tǒng)“掉電”癱瘓。即使采用相對(duì)可靠的串聯(lián)熱備份系統(tǒng)，切換電路的單點(diǎn)故障也容易造成整個(gè)通訊系統(tǒng)“掉電”癱瘓，尤其是瞬間過載的容錯(cuò)能力差，一旦主機(jī)過載保護(hù)切換到備機(jī)，備機(jī)由于瞬間浪涌也同時(shí)過載保護(hù)自動(dòng)切換到旁路，對(duì)于過去有人值守的機(jī)房可以立即人工處理，但現(xiàn)在普遍采用機(jī)房無人值守，一旦發(fā)生故障，恢復(fù)時(shí)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(jī)效率一般在60%-70%。為保證前端設(shè)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(jī)冗余模式；在N+1并機(jī)冗余模式中，由于交流電源振幅、頻率、相位等參數(shù)嚴(yán)格要求同步，使得并機(jī)冗余模式控制系統(tǒng)復(fù)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(jī)冗余系統(tǒng)或2+1并機(jī)冗余系統(tǒng)，這就使得系統(tǒng)效率進(jìn)一步降低，一般在40%-50%。同時(shí)，由于蓄電池平時(shí)基本處于休眠狀態(tài)，為了保護(hù)蓄電池，每隔一段時(shí)間就要對(duì)電池組進(jìn)行放電處理，白白耗費(fèi)能量，如果在放電過程中恰逢市電出現(xiàn)故障，那對(duì)廣播電視的安全播出將是災(zāi)難性的。實(shí)際使用中業(yè)務(wù)的發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)的過程，兼顧到建設(shè)周期和業(yè)務(wù)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(gè)能耗指標(biāo)在過去前端設(shè)備耗能的絕對(duì)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(wù)迅猛發(fā)展時(shí)期，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將漸漸變?yōu)橹髁鳂I(yè)務(wù)，IT設(shè)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(hù)、擴(kuò)容難度大

隨著廣播電視技術(shù)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(shí)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重逐步增大，按照現(xiàn)在的設(shè)備供電模式，會(huì)有大量的在網(wǎng)UPS系統(tǒng)擴(kuò)容、大量新的UPS系統(tǒng)投入運(yùn)行。因?yàn)閁PS擴(kuò)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(kuò)容只關(guān)注電壓一個(gè)參數(shù)，所以每一次UPS在線擴(kuò)容都是一次巨大的風(fēng)險(xiǎn)操作，甚至可能因?yàn)閁PS制造商產(chǎn)品更新?lián)Q代使得UPS擴(kuò)容不可能，使得UPS單臺(tái)故障時(shí)沒有設(shè)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(yán)重的停播事故，導(dǎo)致災(zāi)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(yùn)用悄然興起。這里說的高壓是相對(duì)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(zhuǎn)換成240V高壓直流，高壓直流經(jīng)直流配電單元給通訊設(shè)備供電，同時(shí)也給蓄電池充電。當(dāng)交流輸入發(fā)生故障時(shí)，直流由蓄電池給通訊設(shè)備供電，可以說這是一種真正的不間斷電源！

高壓直流應(yīng)用原理十分簡單，就是利用用電設(shè)備開關(guān)電源功能，使用高壓直流電進(jìn)行電壓高頻變換的原理，直接為用電設(shè)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(shè)備均采用開關(guān)電源進(jìn)行整流降壓，給設(shè)備提供電能，而開關(guān)電源的電壓適應(yīng)范圍極寬，通?？蛇_(dá)到AC90V～270V，整流后的電壓為200～300V直流，再進(jìn)行高頻振蕩、整流等處理，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓，輸出低壓直流電源給用電設(shè)備。開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)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(shè)備直接提供高壓直流就變得極為容易。

高壓直流是指大小（電壓高低）和方向（正負(fù)極）都不隨時(shí)間（相對(duì)范圍內(nèi)）而變化，比如電池。脈動(dòng)直流電是指方向（正負(fù)極）不變，但大小隨時(shí)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(dòng)直流電，半波整流得到的是50Hz的脈動(dòng)直流電，如果是全波或橋式整流得到的就是 100Hz的脈動(dòng)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(dāng)然其中仍存在脈動(dòng)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(shè)備的開關(guān)電源前級(jí)為整流橋， 并為后級(jí)提供一個(gè)波動(dòng)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(duì)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(duì)直流電可以直接輸入，只要直流電壓能夠達(dá)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(shè)備的開關(guān)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(shí)施性。目前，我國通訊行業(yè)經(jīng)過大量的理論論證及實(shí)驗(yàn)，決定高壓直流電壓選取240V，直接為通訊設(shè)備的開關(guān)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(guān)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(diǎn)

高可靠性

這點(diǎn)可以從三個(gè)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(fù)載端，當(dāng)停電時(shí)，蓄電池的電能可以直接供給負(fù)載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個(gè)參數(shù)，各個(gè)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(jié)構(gòu)簡單很多。由于交流市電與機(jī)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(gè)模塊之間必須相互通訊來保持同步，所以還是存在并機(jī)板的單點(diǎn)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(jī)技術(shù)簡單，可以采用大量的模塊并聯(lián)，使每個(gè)模塊的使用率可達(dá)到70%～80%，比起交流UPS系統(tǒng)提高了不少。

可維護(hù)、擴(kuò)容便捷

采用高壓直流供電，就如交換設(shè)備使用的-48V直流系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)由模塊組成，維護(hù)人員可以自己進(jìn)行維護(hù)。因?yàn)槭侵绷鬏斎霙]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(hù)部門也無需再費(fèi)時(shí)費(fèi)力去解決“零地”電壓的問題，這對(duì)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(duì)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(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一個(gè)模塊的容量一般在10KW左右，只要預(yù)留好機(jī)架位置，擴(kuò)容非常方便。同時(shí)在建設(shè)時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備的數(shù)量逐漸增加模塊數(shù)，使每個(gè)模塊的負(fù)載率可以盡量的提高，這對(duì)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(diǎn)

我臺(tái)首先改造的是監(jiān)播機(jī)房。因?yàn)楸O(jiān)播機(jī)房出問題，并不會(huì)影響到廣播電視的正常播出。待監(jiān)播機(jī)房高壓直流配電系統(tǒng)改造完成并投入實(shí)際運(yùn)行一年后，積累了更多經(jīng)驗(yàn)，再對(duì)其他機(jī)房進(jìn)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(shí)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(jī)架、機(jī)殼、工作地、保護(hù)地隔離（240V高壓直流的正極、負(fù)極均不允許接地），要有明顯標(biāo)識(shí)標(biāo)明該系統(tǒng)輸出不能接地。實(shí)施起來其實(shí)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(guān)及插座即可。由于高壓直流無對(duì)地電壓差，不易發(fā)生觸電事故，故相對(duì)交流系統(tǒng)，提高了維護(hù)人員的安全性。而各種設(shè)備內(nèi)部的開關(guān)電源變壓整流后的低壓直流電保持原狀，負(fù)極可以接地。

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

網(wǎng)上曾有人撰文，認(rèn)為高壓直流不能直接為服務(wù)器ATX電源供電。為慎重起見，我們對(duì)監(jiān)播機(jī)房的正在工作的計(jì)算機(jī)及服務(wù)器暫時(shí)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(tái)閑置的服務(wù)器和家用電腦，測試高壓直流對(duì)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(wù)器接到高壓直流電上，工作正常。

4、對(duì)于部分交換機(jī)，由于采用的是原通訊行業(yè)-48V供電標(biāo)準(zhǔn)，是不能直接使用240V高壓直流供電的。這里有兩個(gè)解決辦法，一是將-48V開關(guān)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(shè)備供電。

5、為安全起見，嚴(yán)禁帶電插拔直流電源輸入輸出插頭。因?yàn)楦邏褐绷魅菀滓鹬绷骼?，必須在關(guān)閉設(shè)備電源開關(guān)的情況下，才能拔插設(shè)備電源插頭。這需要在設(shè)備電源引入處進(jìn)行警示，同時(shí)嚴(yán)禁將采用變壓器供電的設(shè)備帶入機(jī)房使用。

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

7、對(duì)廣播電視臺(tái)核心網(wǎng)絡(luò)、信源編碼復(fù)用平臺(tái)、信道傳輸網(wǎng)絡(luò)、BOSS運(yùn)營支撐系統(tǒng)、CAS、EPG、光傳輸系統(tǒng)等設(shè)備等，暫時(shí)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(fù)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(shè)備折舊的角度考慮，結(jié)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(duì)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(shí)使用。因?yàn)槟壳案邏褐绷鞴╇娤到y(tǒng)需要多組電池串接使用，成本稍高于12～24V蓄電池組，故對(duì)低功耗的分前端或光工作站，還是使用UPS更經(jīng)濟(jì)（只需12～24V蓄電池組）。但隨著高壓直流設(shè)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(yīng)性強(qiáng)，240V直流供電系統(tǒng)能夠支持廣播電視設(shè)備的主要電源標(biāo)準(zhǔn)（ATX、SSI標(biāo)準(zhǔn)）

2. 供電系統(tǒng)可靠性大大提高。我臺(tái)監(jiān)播機(jī)房240V高壓直流系統(tǒng)已使用一年，目前所有系統(tǒng)運(yùn)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(fù)荷供電

- 擴(kuò)容方便，可維護(hù)性強(qiáng)

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(duì)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(shè)備

8.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比UPS系統(tǒng)更為簡單可靠，節(jié)省機(jī)房空間

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：廣電機(jī)房設(shè)備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢

篇3

[關(guān)鍵詞]特高壓；直流輸電線路；架線；施工技術(shù)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.12.053

[中圖分類號(hào)]TM752 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）12-00-02

特高壓直流輸電線路能夠有效避免因?yàn)檩旊娋嚯x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(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，為我國未來的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。因此，電力企業(yè)在進(jìn)行特高壓直流輸電線路的架設(shè)時(shí)，一定要對(duì)架線施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

1 直流輸電

1.1 直流輸電技術(shù)分類

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)，直流輸電技術(shù)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(jí)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(yuǎn)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(shè)成本低的優(yōu)勢，架空線路不需要花費(fèi)太高的工程造價(jià)；在進(jìn)行電能的傳輸時(shí)，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(dāng)電路發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，可以對(duì)電流形成有效的限制，一旦輸電線路出現(xiàn)故障，可以實(shí)現(xiàn)自我防護(hù)功能；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路走廊的優(yōu)化，避免出現(xiàn)過多的浪費(fèi)；在進(jìn)行電能的調(diào)節(jié)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，整個(gè)運(yùn)行過程的安全性以及穩(wěn)定性能得到有效保證；在運(yùn)行過程中可以實(shí)現(xiàn)和不同步的電網(wǎng)之間的互聯(lián)，不會(huì)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(shè)備的成本費(fèi)用非常高，同時(shí)不具備較強(qiáng)的過量承載能力；在進(jìn)行電能的輸送時(shí)，會(huì)消耗大量的無功功率；直流輸電中直流開關(guān)較為缺乏；直流輸電不可以借助變壓器實(shí)現(xiàn)低電壓等級(jí)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(shè)的難點(diǎn)

2.1 施工難點(diǎn)

第一，交叉跨越問題。在實(shí)際的施工過程中，需要持續(xù)進(jìn)行帶電線路的交叉跨越操作，對(duì)配置承力索帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，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(shè)方法。輸電線路的質(zhì)量非常大，在施工過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)每根線在垂直方向的承載能力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，進(jìn)而得到滑車的額定承載能力。另外，在實(shí)際的架線過程中，牽引過程需要非常大的牽引力，還需要對(duì)滑車的耐張力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，保證選擇的滑車以及掛設(shè)方法的科學(xué)合理性。

第三，牽引機(jī)以及張力機(jī)的選擇。在進(jìn)行牽引的架設(shè)時(shí)，需要非常大的牽引力，牽引機(jī)一定要能滿足架設(shè)過程牽引方面的需求，另外，張力機(jī)也必須要滿足架線的實(shí)際需求。比如，現(xiàn)階段在進(jìn)行架線時(shí)，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(shè)備無法滿足施工過程中的實(shí)際需求，需要重新研制相應(yīng)的牽引機(jī)。在一牽六的過程中，單根導(dǎo)線的張力在18 kN～33 kN，現(xiàn)有的張力機(jī)可以滿足施工過程中的實(shí)際需求，但如果導(dǎo)線的張力發(fā)生變化，必須要重新選擇與之相配的張力機(jī)。

第四，導(dǎo)線以及各級(jí)牽引線的展放。在施工過程中，往往會(huì)受到周圍環(huán)境的限制，導(dǎo)線以及各級(jí)牽引線需要按照一定的順序和層次展放，既要避免對(duì)輸電線路架設(shè)帶來的影響，同r還不能破壞周邊環(huán)境，使實(shí)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(dǎo)繩，先對(duì)牽引繩的最大受力、牽引機(jī)的實(shí)際牽引力、張力機(jī)的張力進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇相對(duì)應(yīng)的引導(dǎo)繩，在進(jìn)行引導(dǎo)繩的展放時(shí)，可以借助動(dòng)力傘進(jìn)行完成，借助動(dòng)力傘對(duì)引導(dǎo)繩進(jìn)行兩次展放，借助“一牽一”的方式，對(duì)引導(dǎo)繩進(jìn)行牽引，之后對(duì)各級(jí)引導(dǎo)繩進(jìn)行逐級(jí)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(jìn)行起吊時(shí)，一定要選擇最佳的起吊方案。因?yàn)槠鸬踹^程中張力的需求較大，因此要科學(xué)合理地選擇緊線方法。在進(jìn)行掛線時(shí)，一般選擇的都是高空對(duì)接的方式，因此，要做好導(dǎo)線的安排工作，保證每個(gè)導(dǎo)線都可以滿足單獨(dú)作業(yè)的需求，且相互之間不會(huì)出現(xiàn)影響和干擾。

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

2.2 換流器研制難點(diǎn)

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(gè)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(fù)雜，加大了研制難度；第四，換流器有著非常多的調(diào)壓級(jí)數(shù)；第五，在直流電出電方面，結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(yīng)

在輸電過程中，導(dǎo)線會(huì)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?，F(xiàn)象。但是電暈效應(yīng)的出現(xiàn)，會(huì)有噪音、干擾、電暈損失以及電場效應(yīng)，很大程度上加大了輸電過程中的損耗，同時(shí)還會(huì)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(jí)非常高，如果不對(duì)電暈效應(yīng)進(jìn)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(yīng)甚至?xí)^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(yīng)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(duì)絕緣子串、導(dǎo)線進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，同時(shí)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(yùn)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(huì)有更加嚴(yán)重的污穢放電現(xiàn)象，因此，在進(jìn)行直流線路絕緣配合的選擇時(shí)，一定要堅(jiān)持科學(xué)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(yùn)行水平。

3.3 電磁環(huán)境影響

特高壓直流輸電線路可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、優(yōu)化資源配置等方面的功能，還能顯著增強(qiáng)輸電走廊的利用效率。主要是因?yàn)樘馗邏褐绷鬏旊姷碾妷焊?，同時(shí)其塔線架設(shè)較高，導(dǎo)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(huì)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(yùn)行過程中所形成的電磁環(huán)境與導(dǎo)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(duì)特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境影響的重視度。

4 結(jié) 語

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

主要參考文獻(xiàn)

[1]陶永才.±800 kV特高壓直流輸電線路架線施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(shù)[J].通訊世界，2016（20）.

篇4

關(guān)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(shù)是指±800kV及以上的直流輸電技術(shù)，適合于特大容量、超遠(yuǎn)距離輸電。為了滿足“西電東送”、電網(wǎng)增容及改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、全國聯(lián)網(wǎng)、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(shù)，根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國家會(huì)建成30多個(gè)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(guān)系。現(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(biāo)準(zhǔn)模型，這對(duì)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(xì)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(duì)兩端的交流系統(tǒng)進(jìn)行了等值簡化，整流側(cè)交流系統(tǒng)阻抗為14.36Ω，逆變側(cè)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(guān)等。

1.2 控制系統(tǒng)建模

控制系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本控制策略為：整流側(cè)定電流控制和最小觸發(fā)角限制，逆變側(cè)動(dòng)態(tài)定超前觸發(fā)角β控制。

2 控制功能研究

（1）啟動(dòng)響應(yīng)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，整流側(cè)和逆變側(cè)響應(yīng)波形如圖3所示，其中，P1UDL是整流側(cè)極1的直流電壓，P1IDL是整流側(cè)極1的直流電流，ALPHA_ORD是整流側(cè)的觸發(fā)角α；B1UDL是逆變側(cè)極1的直流電壓，B1IDL是逆變側(cè)極1的直流電流，GAMAB是逆變側(cè)的關(guān)斷角γ。

從圖3可以看出，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，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(cè)觸發(fā)角α按一定速率降低到參考值15o左右，逆變側(cè)關(guān)斷角γ下降到參考值17°左右?？梢姡到y(tǒng)能夠按照參數(shù)設(shè)置順利啟動(dòng)，達(dá)到額定運(yùn)行狀態(tài)。

（2）階躍響應(yīng)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(gè)基本控制器的性能，進(jìn)行了電流階躍、功率階躍、電壓階躍和γ角階躍試驗(yàn)。下面以電壓階躍和γ角階躍進(jìn)行說明。

1）電壓階躍響應(yīng)。在整流側(cè)設(shè)置電壓階躍-80kV，持續(xù)時(shí)間1.4s，整流側(cè)響應(yīng)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(cè)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(shí)，在控制系統(tǒng)下，逐漸增大整流側(cè)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(cè)設(shè)置關(guān)斷角γ階躍+10度，持續(xù)時(shí)間1.4s，逆變側(cè)的響應(yīng)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(cè)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(yùn)行仿真。設(shè)定逆變側(cè)交流母線在0s時(shí)發(fā)生三相金屬性短路接地故障，持續(xù)時(shí)間0.1s，整流側(cè)和逆變側(cè)波形如圖6所示，圖7是逆變側(cè)換相失敗模塊的輸出波形。

故障發(fā)生后，逆變側(cè)直流電壓迅速下降，直流電流隨之迅速增大，換相角增大，導(dǎo)致關(guān)斷角γ急速減小，當(dāng)關(guān)斷角小于7o～9o時(shí)，逆變側(cè)發(fā)生換相失敗[5-6]，從圖中可以看出，逆變側(cè)關(guān)斷角γ接近于0o，說明逆變側(cè)發(fā)生了換相失敗。在控制系統(tǒng)作用下，整流側(cè)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(yù)測模塊在檢測到換相失敗后，減小觸發(fā)角以增大關(guān)斷角γ，防止連續(xù)換相失敗[7]。

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

3 結(jié)論

結(jié)合所建立的特高壓直流輸電系統(tǒng)模型進(jìn)行了一系列的仿真試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析研究驗(yàn)證了所搭建模型的準(zhǔn)確性和有效性。通過啟動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型能夠按照設(shè)定參數(shù)順利啟動(dòng)，并達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；通過階躍響應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該模型具有良好的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性；在逆變側(cè)交流母線設(shè)置三相短路故障，檢驗(yàn)交流系統(tǒng)電壓變化時(shí)直流系統(tǒng)的影響，仿真結(jié)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(xiàng)參數(shù)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。該模型可以用來進(jìn)行特高壓直流運(yùn)行特性及交直流交互影響的研究。

參考文獻(xiàn)：

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篇5

【P鍵詞】高壓直流電源 通信領(lǐng)域 應(yīng)用

對(duì)于通信領(lǐng)域，電源就是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，對(duì)于電源的依賴非常強(qiáng)，短時(shí)間的中斷都會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。在通信領(lǐng)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(shù)上也不斷提升。高壓直流電源方面正是技術(shù)方面的一大革新，也是在通信領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。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(shè)備由于得不到保養(yǎng)也留下很多隱患。而很對(duì)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(jìn)行使用的時(shí)候，不能為系統(tǒng)直接供電，而是要經(jīng)過轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)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(gè)系統(tǒng)保持平穩(wěn)運(yùn)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(zhuǎn)換，就會(huì)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(huì)造成難以預(yù)料的損失。

1.2 維護(hù)問題

處于在技術(shù)方面的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益方面的維護(hù)考慮，UPS的廠家并不會(huì)將其系統(tǒng)內(nèi)部的維護(hù)方法公開，因此企業(yè)的維護(hù)人員也沒有任何有效的方式自行進(jìn)行維護(hù)或者故障排除，只能依靠廠家完成維護(hù)，日常進(jìn)行維護(hù)根本無法實(shí)現(xiàn)。

1.3 浪費(fèi)問題

UPS通常都是設(shè)置兩個(gè)。一個(gè)用來日常維持供電，一個(gè)用于備份。通常一個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷率能夠達(dá)到50%，以兩個(gè)系統(tǒng)支持，若是再加一個(gè)主用系統(tǒng)，能夠?qū)⒇?fù)荷率再提升16%作用。這機(jī)會(huì)就是能夠達(dá)到的最高的標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)候?yàn)榱四軌蜃屫?fù)荷率提升，降低在供電中出現(xiàn)故障的幾率，會(huì)讓系統(tǒng)保持一定的冗余度，所以按照容量的80%來進(jìn)行計(jì)算，每一套UPS大約要讓負(fù)荷率達(dá)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(fù)荷率盡可能降低，但這樣就造成了電能的浪費(fèi)。

2 高壓直流電源在通信領(lǐng)域應(yīng)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(huì)采用閥控式鉛酸蓄電池組，這種電池組和通信設(shè)備及女性并聯(lián)。這樣結(jié)構(gòu)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(huì)觸發(fā)閥控式鉛酸蓄電池組，讓其為通信設(shè)備直接進(jìn)行供電，而中間不必再使用轉(zhuǎn)換器。高壓直流電源并不需要以往UPS那樣每個(gè)模塊之間都要進(jìn)行必要的通信，讓每個(gè)模塊保持同步，即便是高能直流電源中某個(gè)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(jìn)行供電的時(shí)候不會(huì)經(jīng)過逆變的過程，在這一過程中，就會(huì)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(duì)通信系統(tǒng)輸入的電壓是高壓電，不會(huì)存在設(shè)備上的諧波干擾，這就讓電纜不會(huì)產(chǎn)生太多的發(fā)熱量。最后就是高壓直流電源的并機(jī)技術(shù)非常簡單便捷，其中每個(gè)模塊都是直接并聯(lián)的，并且每個(gè)模塊能夠達(dá)到75%的使用率。高壓直流電源目前能夠達(dá)到的轉(zhuǎn)換率大約是90%左右，與以往使用的UPS相比，大約可以達(dá)到25%左右的節(jié)電效果，節(jié)能的效果非常明顯。

2.3 維護(hù)簡單

不同于UPS的維護(hù)技術(shù)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(gòu)建，只要依據(jù)一定的方法和標(biāo)準(zhǔn)就能完成安全防護(hù)的工作，企業(yè)的維護(hù)人員也不需要很高的專業(yè)技能，只需要進(jìn)行簡單培訓(xùn)就可以掌握維護(hù)的方法。在日常的維護(hù)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(gè)系統(tǒng)的電源容量是600A，擴(kuò)容也非常簡單，只有預(yù)先留下一些機(jī)架的位置，在日后有需要的時(shí)候隨時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)容。

3 高壓直流電源的可行性

以當(dāng)下通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中對(duì)電源也有明確的標(biāo)準(zhǔn)，有功能因數(shù)校正的電源，其電壓標(biāo)準(zhǔn)是在200V到400V之間，而沒有進(jìn)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(jìn)行供電，其電流比交流電小得多，相當(dāng)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(jì)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(shè)備中，完全能夠應(yīng)用高壓直流電源進(jìn)線供電。

4 高壓直流電源的缺點(diǎn)

高壓直流電源也有其自身的缺點(diǎn)，在進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候要格外注意。首先就是高壓直流電源對(duì)配電開關(guān)的滅弧性能有著非常嚴(yán)格的要求。交流電在一個(gè)周期內(nèi)會(huì)存在過零點(diǎn)，在發(fā)生短路時(shí)，過零點(diǎn)就會(huì)讓開關(guān)在斷開時(shí)，很容易讓產(chǎn)生的電弧滅弧。其次就是電纜線徑要相對(duì)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(jìn)行供電，在相同的電壓下，高壓直流電源對(duì)電纜的消耗更大。

5 結(jié)論

相對(duì)來說高壓直流電源雖然有一點(diǎn)的缺點(diǎn)，但與其優(yōu)勢相比，還是值得推廣，兩種缺點(diǎn)也是能夠彌補(bǔ)的，但高壓直流電源在通信領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域應(yīng)用。當(dāng)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(huì)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(jià)值。

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

篇6

[關(guān)鍵詞]通信 數(shù)據(jù)機(jī)房 高壓直流 改造 關(guān)鍵

中圖分類號(hào)：TM121.1.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2015）25-0031-01

引言

我國的現(xiàn)代社會(huì)早已進(jìn)入一個(gè)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(yán)重依賴于信息技術(shù)，信息技術(shù)已經(jīng)成為這個(gè)世代區(qū)別于其他世代的根本特質(zhì)，信息技術(shù)對(duì)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(dòng)力。電源的可靠性、穩(wěn)定性與不間斷性就成了通信領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域數(shù)據(jù)機(jī)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(gè)系統(tǒng)的容量過于龐大，這不但給維護(hù)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(luò)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備無法按照模塊化在遭遇異常時(shí)分別發(fā)揮其作用，同時(shí)過大的單個(gè)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(fù)擔(dān)，這也是造成整個(gè)系統(tǒng)可靠性逐年大幅下降的一個(gè)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(fù)荷過重，這就必然導(dǎo)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(shè)備的等待故障恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)比高壓直流所需等待的時(shí)間要長得多，同時(shí)，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(yuǎn)程即時(shí)乃至提前獲知整個(gè)系統(tǒng)各部分的全部工作狀態(tài)，當(dāng)然亦無法得到系統(tǒng)故障的預(yù)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(jī)房所使用的UPS系統(tǒng)為四級(jí)配電結(jié)構(gòu)層級(jí)，過多的配電層級(jí)必然帶來線纜等投資的增加，同時(shí)，還會(huì)增加傳輸過程中的電能損耗，將配電系統(tǒng)越來越向負(fù)載末端靠近是未來數(shù)據(jù)機(jī)房發(fā)展的大趨勢，由集中式向分布式系統(tǒng)的不斷演進(jìn)是數(shù)據(jù)機(jī)房動(dòng)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(jí)配電完成拓?fù)?，而高壓直流則通常三級(jí)配電層級(jí)即可完成拓?fù)?，相?duì)市電直供系統(tǒng)的兩級(jí)配電僅多了一級(jí)層級(jí)，從理論上來看層級(jí)越多，顯然效率越低，同時(shí)由此造成的電能損耗也必然會(huì)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(zhuǎn)換效率過高，能耗過大的問題。通信領(lǐng)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(guān)系統(tǒng)及其任何部件出現(xiàn)任何單點(diǎn)故障，都會(huì)造成整個(gè)UPS系統(tǒng)的徹底癱瘓，而這對(duì)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(fèi)維護(hù)期限，因此，單次的維護(hù)成本過高，傳統(tǒng)UPS的結(jié)構(gòu)與技術(shù)都過于復(fù)雜，這就給維護(hù)工作帶來了巨大的困難，而一旦出現(xiàn)問題，在維護(hù)人員未能及時(shí)趕到現(xiàn)場的情況下，災(zāi)難的后果將不可避免，由此可見，針對(duì)傳統(tǒng)UPS的改造已經(jīng)勢在必行。

2.高壓直流改造關(guān)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(shí)應(yīng)針對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析，對(duì)問題予以及時(shí)解決，以免為整個(gè)高壓直流的后續(xù)正常運(yùn)作帶來嚴(yán)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(shè)備中的PSU檢測問題，目前數(shù)據(jù)機(jī)房中使用的數(shù)據(jù)設(shè)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(dòng)。

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

針對(duì)此類設(shè)備，只能采取更換PSU或更換整個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)備方能予以解決。其次，部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)備由于同時(shí)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(huì)在直流電壓恒定時(shí)受到?jīng)_擊，進(jìn)而會(huì)啟動(dòng)其自保護(hù)電路進(jìn)入系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)，無法正常工作。針對(duì)這種問題，可以將直流系統(tǒng)中的啟動(dòng)改為軟啟動(dòng)即可解決。

2.2 市電與發(fā)電機(jī)切換問題

在改造過程中對(duì)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行帶載試機(jī)時(shí)出現(xiàn)了市電與發(fā)電機(jī)之間切換的故障，經(jīng)重新開機(jī)可以正常切換，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)是由大容量自切開關(guān)零線未中斷引起的，由于DSP控制的UPS等設(shè)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(duì)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(guān)鍵。此外，在實(shí)際的工程實(shí)施過程中，必須對(duì)市電、發(fā)電設(shè)備、UPS等轉(zhuǎn)換之后，零線相通問題予以關(guān)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(shí)，多臺(tái)UPS系統(tǒng)并機(jī)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(tái)UPS并機(jī)的情況時(shí)，在設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中應(yīng)使用同一電源作為多臺(tái)并機(jī)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(gè)問題是安全問題，首先，由于服務(wù)器在輸入端都會(huì)安裝交流熔絲保險(xiǎn)裝置，這些保險(xiǎn)裝置設(shè)置的初衷是為了在交流異常時(shí)分?jǐn)嘟涣麟娏?，但是同樣的裝置在分?jǐn)嘀绷麟娏鲿r(shí)卻存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，此外，服務(wù)器的保險(xiǎn)通常默認(rèn)加于L線，且通常為交流單相開關(guān)，N線沒有任何保護(hù)亦無法斷開，此時(shí)直流供電時(shí)，服務(wù)器內(nèi)部就會(huì)因?yàn)樨?fù)極沒有保護(hù)而存在一定的設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)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(wù)器其撥動(dòng)開關(guān)均為交流部件，這些交流部件在斷開直流輸入時(shí)輕則會(huì)出現(xiàn)拉弧，重則會(huì)出現(xiàn)燃燒甚至燒毀的情況，而且電流強(qiáng)度越高這種現(xiàn)象就越嚴(yán)重，當(dāng)電流強(qiáng)度達(dá)到5A時(shí)，現(xiàn)象最為嚴(yán)重。同樣，在使用交流插排時(shí)亦會(huì)出現(xiàn)拉孤現(xiàn)象。針對(duì)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(shè)備生產(chǎn)廠家，由廠家予以安全確認(rèn)或設(shè)備改造處理。

數(shù)據(jù)設(shè)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(shè)備由于采用半波整流，因此輸入直流電源以后不工作，針對(duì)這種情況將直流輸入的正級(jí)與負(fù)級(jí)調(diào)整以后，設(shè)備恢復(fù)正常工作狀態(tài)。電信高壓直流改造的接地形式通常可以采用負(fù)極接地、蓄電池組中點(diǎn)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(duì)比分析可見，只有浮地的方式對(duì)于人身安全防護(hù)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(shí)，凡可以進(jìn)接接觸到的所有母線或?qū)w均需進(jìn)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(jí)開關(guān)為宜，開關(guān)要求應(yīng)能同時(shí)切斷正負(fù)極回路。

3、結(jié)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(shè)備功率較大的場合。但電源技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用仍將是一個(gè)浩大的系統(tǒng)工程，涉及到后端設(shè)備、技術(shù)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(duì)于未來高壓直流在新常態(tài)下的提速發(fā)展至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

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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(shù)是解決中國新能源并網(wǎng)和消納問題的有效技術(shù)手段之一。然而，直流輸電系統(tǒng)的阻尼相對(duì)較低，相對(duì)于交流輸電系統(tǒng)，其故障電流發(fā)展更快，控制保護(hù)難度更大。中國大容量遠(yuǎn)距離直流輸電系統(tǒng)中，直流側(cè)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(yùn)行并保護(hù)輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，高壓直流斷路器成為有效的技術(shù)手段。高壓直流斷路器可分為機(jī)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(shí)驗(yàn)室的Fink、Baker和Owern三位學(xué)者建立，在緩沖器鐵心不飽和的假設(shè)下，給出了緩沖器非線性等效電阻的計(jì)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(jìn)行忽略。文獻(xiàn)[17-18]通過消除FBO模型對(duì)于實(shí)際渦流等效電阻是其計(jì)算值2.5倍的假設(shè)，設(shè)計(jì)出更加緊湊的緩沖器。文獻(xiàn)[19-21]給出了緩沖器非線性等效電感的計(jì)算公式，基于變壓器理論并結(jié)合FBO模型，建立了時(shí)變電阻和時(shí)變電感并聯(lián)的緩沖器非線性等效電路，并成功運(yùn)用于先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)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(shè)計(jì)。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(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證高壓直流緩沖器對(duì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)。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(hù)方案。

1高壓直流緩沖器的模型

高壓直流緩沖器通過N個(gè)鐵心磁環(huán)套在高壓直流輸電線上以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jié)構(gòu)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(gè)鐵心疊片寬度；NC為串聯(lián)的鐵心疊片數(shù)；NL為單個(gè)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(duì)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(jìn)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(xué)模型由高壓直流緩沖器的簡化等效電路可知，對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)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(hù)裝置。趨膚效應(yīng)會(huì)降低鐵心疊片的渦流電阻，并進(jìn)一步地削弱鐵心對(duì)故障能量的消耗能力。為減小趨膚效應(yīng)的影響，提高鐵心的渦流損耗，以增加鐵心對(duì)故障電流的抑制能力，高壓直流緩沖器將單個(gè)鐵心疊片需分成NL層，如圖1所示。文獻(xiàn)[16-18]對(duì)每層疊片的飽和深度進(jìn)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(shí)變電感，其值與鐵心磁路的飽和程度有關(guān)。鐵心材料的平行四邊形優(yōu)化磁滯回線如圖3所示。當(dāng)緩沖器反向偏置電源通入反向偏置電流時(shí)，緩沖器鐵心進(jìn)入反向深度飽和點(diǎn)R；在系統(tǒng)正常工作時(shí)，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(dāng)發(fā)生故障時(shí)主回路電流會(huì)增大，使鐵心由點(diǎn)S沿B-H曲線中的S-X-N-T-Y-Z-X-S移動(dòng)。在Y-Z階段，鐵心的磁導(dǎo)率比較大，會(huì)產(chǎn)生很大的電感，對(duì)短路電流具有較大的抑制能力。

2高壓直流緩沖器的驗(yàn)證

為驗(yàn)證高壓直流緩沖器非線性模型的準(zhǔn)確性及其工作性能，分別進(jìn)行了短路實(shí)驗(yàn)和建模仿真，通過結(jié)果對(duì)比進(jìn)行模型及性能驗(yàn)證。其中，高壓直流緩沖器短路實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證。鐵心的詳細(xì)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(jìn)行過阻尼實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證時(shí)，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(duì)比如圖6所示。進(jìn)一步地，將高壓直流緩沖器短路電流的特征參數(shù)進(jìn)行對(duì)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(shí)，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，從而驗(yàn)證了高壓直流緩沖器模型的準(zhǔn)確性。并且，高壓直流緩沖器能夠在很短的時(shí)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(jìn)行欠阻尼實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真驗(yàn)證時(shí)，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(duì)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(shí)，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，從而驗(yàn)證了高壓直流緩沖器模型的準(zhǔn)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(shí)，若將系統(tǒng)的短路故障能量等效為雜散電容的儲(chǔ)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(gè)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(dòng)態(tài)響應(yīng)類似于RLC電路的零輸入響應(yīng)，如圖8所示。

4高壓直流緩沖器的應(yīng)用

機(jī)械式直流斷路器可以關(guān)斷較大的電流，并具有成本低、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，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(guān)損耗較高，且價(jià)格昂貴。為克服兩者的缺點(diǎn)，通過將機(jī)械式直流斷路器和固態(tài)直流斷路器集成在一個(gè)裝置上，從而形成混合式斷路器?；旌鲜街绷鲾嗦菲鹘Y(jié)合了機(jī)械開關(guān)良好的靜態(tài)特性與電力電子器件良好的動(dòng)態(tài)性能，用快速機(jī)械開關(guān)來導(dǎo)通正常運(yùn)行電流，用固態(tài)電力電子器件來分?jǐn)喽搪冯娏?，具有通態(tài)損耗小、開斷時(shí)間短、無需專用冷卻設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，是目前高壓直流斷路器研發(fā)的新方向，有著廣闊的應(yīng)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(hù)方案如圖10所示。在正常情況下，高壓直流緩沖器對(duì)直流輸電系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，保持在一低阻態(tài)，機(jī)械開關(guān)承載主回路電流，固態(tài)開關(guān)支路沒有電流流過。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，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(guān)斷開。當(dāng)機(jī)械開關(guān)打開以提供電流隔離時(shí)，在下一個(gè)電流過零點(diǎn)關(guān)斷固態(tài)開關(guān)，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(hù)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(jī)械開關(guān)的熄弧難度和制造難度，減小功率半導(dǎo)體器件因關(guān)斷大電流而引起的動(dòng)態(tài)過壓，同時(shí)可以提高開斷容量。

5結(jié)語

篇8

關(guān)鍵詞：交流抗干擾電路；PFC電路；高壓整流濾波；PWM

1引言2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程

在計(jì)算機(jī)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(duì)于電腦中的一個(gè)重要部件電源．卻往往總會(huì)受到忽略。而事實(shí)上，電腦的許多奇怪癥狀都是由電源引起的。假如我們把計(jì)算機(jī)比作一個(gè)人的話，CPU作為計(jì)算機(jī)的核心部件起著運(yùn)算和控制的作用，它相當(dāng)于我們?nèi)祟惖拇竽X；而電源作為計(jì)算機(jī)的動(dòng)力提供者，完全等價(jià)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(jié)構(gòu)，熟悉電源的工作原理，才能更好地維護(hù)好計(jì)算機(jī)電源，才能從根本上保障公司各部門計(jì)算機(jī)設(shè)備長時(shí)間穩(wěn)定工作。

2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程

PC／XT_IBM最先推出個(gè)人PC／XT機(jī)時(shí)制定的標(biāo)準(zhǔn)；AT_也是由IBM早期推出PC／AT機(jī)時(shí)所提出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)能夠提供192W的電力供應(yīng)；ATX—Intel公司于1995年提出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與AT比較主要變化為：

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

2、ATX電源首次引進(jìn)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(jìn)：ATX12V——支持P4的ATX標(biāo)準(zhǔn)，是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)：ATX12V一1．1：在ATX的基礎(chǔ)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(qiáng)+12V負(fù)載能力；ATX12V一1.3：提高了電源效率，增加了對(duì)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(shí)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(shí)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(qiáng)版本：尺寸上比ATX電源大。供電能力也比比ATX電源強(qiáng)，常用于服務(wù)器和大型電腦；BTX一現(xiàn)有架構(gòu)的終結(jié)者，電源輸出要求、接口等支持ATX12V。

3計(jì)算機(jī)開關(guān)電源的工作原理

電源是一種能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它能將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)需要的低電壓強(qiáng)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(shí)，控制電路控制大功率開關(guān)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(jí)。接著，把從次級(jí)線圈輸出的降壓后的高頻低壓交流電通過整流濾波轉(zhuǎn)換為能使電腦工作的低電壓強(qiáng)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(guān)三極管發(fā)出信號(hào)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(guān)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(guān)電路、低壓整流濾波電路5個(gè)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(hào)影響高頻率、高精度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)．防止電源開關(guān)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(rèn)證都要求開關(guān)電源配有抗干擾電路。主要結(jié)構(gòu)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(guān)電源傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路令整體負(fù)載表現(xiàn)為容性，且使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)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(duì)電網(wǎng)和其他電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的諧波污染與干擾。因此，我國在2003年開始實(shí)施的CCC中明確要求計(jì)算機(jī)電源產(chǎn)品帶有功率因數(shù)校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因數(shù)達(dá)到0．7以上。PFC電路分為主動(dòng)式(有源)與被動(dòng)式(無源)兩種：主動(dòng)式PFC本身就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)電源．通過控制芯片驅(qū)動(dòng)開關(guān)管對(duì)輸入電流進(jìn)行”調(diào)制”，令其與電壓盡量同步，功率因數(shù)接近于1；同時(shí)．主動(dòng)式PFC控制芯片還能夠提供輔助供電，驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部其他芯片以及負(fù)擔(dān)+5VSB輸出。主動(dòng)式PFC功率因數(shù)高、+5VSB輸出紋波頻率高、幅度小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，僅在一些高端電源中使用。目前采用主動(dòng)式PFC的計(jì)算機(jī)電源一般采用升壓轉(zhuǎn)換器式設(shè)計(jì)，電路原理圖如下：被動(dòng)式PFC結(jié)構(gòu)簡單，只是針對(duì)電源的整體負(fù)載特性表現(xiàn)，在交流輸人端．抗干擾電路之后串接了一個(gè)大電感，強(qiáng)制平衡電源的整體負(fù)載特性。被動(dòng)式PFC采用的電感只需適應(yīng)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(guān)變壓器所采用的鐵氧體磁芯，從外觀上非常容易分辨。被動(dòng)式PFC效果較主動(dòng)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(duì)原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)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(guān)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(zhuǎn)，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(guān)電路

開關(guān)電源的核心部分．主要由精密電壓比較芯片、PWM芯片、開關(guān)管、驅(qū)動(dòng)變壓器、主開關(guān)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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較．PWM芯片根據(jù)比較結(jié)果通過驅(qū)動(dòng)變壓器調(diào)整開關(guān)管的占空比，進(jìn)而控制主開關(guān)變壓器輸出給直流部分的能量，實(shí)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(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制推挽開關(guān)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(qū)動(dòng)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(guān)管擊穿后高壓電可能對(duì)低壓設(shè)備造成的危害，也令PWM芯片無需接觸高壓信號(hào)，降低了對(duì)元件規(guī)格的要求。

沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源主要的直流(高壓到低壓)轉(zhuǎn)換方式有5種，其中適合作為計(jì)算機(jī)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(jī)、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?qū)ㄐ再|(zhì)，將反向波形翻轉(zhuǎn)。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實(shí)現(xiàn)360。的導(dǎo)通，因此一般采用快速恢復(fù)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(chǔ)能元件，為輸出端提供連續(xù)的能量供應(yīng)。實(shí)際產(chǎn)品中高壓整流濾波電路、開關(guān)電路、低壓整流濾波電路是一個(gè)整體，雖然原理與前述基本相同，但元件個(gè)數(shù)、分布方式會(huì)有很大變化。例如采用半橋式電壓變換的電源就有兩個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，各負(fù)責(zé)半個(gè)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(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，工作時(shí)間按照開關(guān)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(hù)電路：輔助供電電路一個(gè)小功率的開關(guān)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(guān)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(jī)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(dòng)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(dòng)式PFC的電源可以省略掉輔助供電部分，只使用兩個(gè)開關(guān)變壓器。

9保護(hù)電路

電源主要的保護(hù)措施有7種：

1、輸入端過壓保護(hù)：通過耐壓值為270V的壓敏電阻實(shí)現(xiàn)：

2、輸入端過流保護(hù)：通過保險(xiǎn)絲：

3、輸出端過流保護(hù)：通過導(dǎo)線反饋，驅(qū)動(dòng)變壓器就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作，關(guān)斷電源的輸出；

4、輸出端過壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測到的輸出電壓與穩(wěn)壓管兩端的基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，就會(huì)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整：

5、輸出端過載保護(hù)：過載保護(hù)的機(jī)理與過流保護(hù)一樣，也是通過控制電路和驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行的：

6、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會(huì)偵測到電流的變化，并通過驅(qū)動(dòng)變壓器、關(guān)斷開關(guān)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(zhuǎn)速，對(duì)電源內(nèi)部溫度進(jìn)行控制；

10電源的好壞對(duì)其他部件的影響

CPU對(duì)電壓就非常敏感，電壓稍微高一點(diǎn)就可能燒毀CPU，電壓過低則無法啟動(dòng)；而硬盤在電壓不足時(shí)就無法正常工作，在電壓波動(dòng)大時(shí)甚至?xí)潅P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(jī)內(nèi)的配件損壞了，用戶只是認(rèn)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(dòng)范圍就是考查電源質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前，一般的電源產(chǎn)品在空載和輕載時(shí)的表現(xiàn)都較好(假冒偽劣產(chǎn)品除外)，而重載測驗(yàn)才是烈火試真金的真正考驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

篇9

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)控制； 高壓直流電源； 隔離型Zeta斬波電路； PWM

中圖分類號(hào)： TN86?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究得到廣泛運(yùn)用，如工業(yè)環(huán)境的靜電除塵、醫(yī)用X光機(jī)、CT機(jī)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(diǎn)[1?3]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)逐步應(yīng)用到高壓直流電源中，高頻技術(shù)的引入大大降低了設(shè)計(jì)電源的體積，同時(shí)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(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心智能開關(guān)電源，通過程序調(diào)節(jié)前級(jí)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(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)程序完全控制輸出電壓，同時(shí)具有自動(dòng)監(jiān)測和保護(hù)功能。

1 電源結(jié)構(gòu)與工作原理

本文將單片機(jī)技術(shù)與脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）相結(jié)合，進(jìn)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(hù)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(shè)定的直流高壓。其中Zeta斬波、半橋逆變的開關(guān)頻率與脈沖寬度利用單片機(jī)程序控制。為了使電源工作穩(wěn)定且利于調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)規(guī)定Zeta斬波輸出電壓在DC 200～400 V即控制斬波電路開關(guān)占空比在0.4～0.6之間。同時(shí)在輸出端設(shè)置過電壓反饋控制回路，防止程序錯(cuò)誤，電壓異常升高。圖1為電源整體結(jié)構(gòu)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(shí)前級(jí)電路電壓可通過變壓器將電能遞到后級(jí)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(diǎn)：相同的輸入、輸出電壓極性；輸出電壓可調(diào)；輸入電流低，EMI??；輸入、輸出電氣隔離。圖2為Zeta隔離斬波調(diào)壓電路[6?8]。

設(shè)計(jì)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(shí)，S閉合，電源E向L0充電，同時(shí)中間電容C1向L1與C2供電，二極管D截至，此時(shí)通過L1電流增加，輸出電壓Uo增加；

（2） 時(shí)，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(dǎo)通，電感L1與電容C2向負(fù)載供電，輸出電壓Uo增加；

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

3 控制電路的設(shè)計(jì)

控制電路以AT89C51單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)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(dāng)單片機(jī)P1.0口輸出低電平時(shí)，控制脈沖通過TPL250隔離驅(qū)動(dòng)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(jī)控制半橋逆變電路圖。單片機(jī)P1.1、P1.2輸出脈沖通過IR2110驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)半橋開關(guān)管。當(dāng)輸出為低電平時(shí)，經(jīng)非門轉(zhuǎn)換為高電平，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110驅(qū)動(dòng)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(gè)獨(dú)立的LM317精密穩(wěn)壓源提供各芯片工作電壓，同時(shí)限制斬波與逆變的開關(guān)頻率與占空比，即通過單片機(jī)控制輸出端口的脈沖頻率與脈沖寬度。為使電源各級(jí)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(jí)分別設(shè)置由TL431與PC817和TL431與TLP521?1構(gòu)成的光耦隔離過壓反饋保護(hù)電路。當(dāng)輸出過壓時(shí)，反饋電路工作，控制芯片中斷/復(fù)位，各級(jí)引腳輸出高電平Q1，Q2，Q3關(guān)閉，電路暫停工作，復(fù)位LED（D，D3）燈亮。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

進(jìn)行單片機(jī)程序控制實(shí)驗(yàn)，得到電源電壓輸出波形。圖7為Zeta斬波輸出電壓與其驅(qū)動(dòng)脈沖波形。由圖7得驅(qū)動(dòng)脈沖理想，斬波電路工作正常。圖8為半橋驅(qū)動(dòng)波形與電源電壓輸出波形。圖8中驅(qū)動(dòng)脈沖幅值與電源電壓相位相差180°且有一定時(shí)間延遲（防直通）即死區(qū)時(shí)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(jié) 論

本文以單片機(jī)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)低壓控制高壓輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)電源輸出電壓穩(wěn)定、輸電紋波小、負(fù)載能力強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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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(duì)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(guān)鍵詞 脫氣；副產(chǎn)物；時(shí)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(yuǎn)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(duì)成品電纜的絕緣空間電荷效應(yīng)有著很重要的影響。

公司承擔(dān)了國網(wǎng)重點(diǎn)科技項(xiàng)目：“高壓直流交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜”項(xiàng)目。由于電壓等級(jí)較高，對(duì)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(gè)：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(duì)干燥，在交聯(lián)反應(yīng)的同時(shí)會(huì)有一些副反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生水。

從反應(yīng)式可以看出一個(gè)-O-O-化學(xué)鍵(通常每個(gè)過氧化物分子只有一個(gè))在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中最多能產(chǎn)生一個(gè)化學(xué)交聯(lián)鍵。其次，每個(gè)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(huì)產(chǎn)生兩個(gè)副產(chǎn)品分子。這些副產(chǎn)品都包含在結(jié)構(gòu)中。如果不使用外部高壓(最常用熱氮?dú)?進(jìn)行抑制，副產(chǎn)品會(huì)在熔融的絕緣中形成氣泡，因此會(huì)導(dǎo)致局部放電和電氣故障。但是在后期運(yùn)行過程中，如果不將其去除，勢必會(huì)緩慢釋放，影響電纜的電氣和機(jī)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(duì)于絕緣空間電荷的影響

交聯(lián)副產(chǎn)物對(duì)空間電荷的影響非常顯著。研究脫氣時(shí)間對(duì)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(yàn)，北歐化工的絕緣料對(duì)于空間電荷的抑制有著非常好的效果，我們對(duì)其做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn).

通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)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(shí)間的長短對(duì)于改善XLPE中空間電荷的分布有著密不可分的關(guān)系，經(jīng)過較長時(shí)間的脫氣時(shí)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(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷分布。

3　影響脫氣的因素

在電纜結(jié)構(gòu)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(shí)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(shí)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(huì)消耗相當(dāng)多的能量，且占用不少工廠的空間。脫氣室要通風(fēng)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(shí)，為使電纜能快速達(dá)到要求的溫度，會(huì)通過對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行加熱，來增強(qiáng)脫氣室的加熱作用。然而，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明使用導(dǎo)體自身加熱的手段作為一種脫氣方法，根本無效；因?yàn)樵谶@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(yàn)，實(shí)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(shí)，在只針對(duì)較小的中壓電纜時(shí)能可靠工作。然而，當(dāng)對(duì)電纜脫氣時(shí)(尤其是在高溫下)，執(zhí)行必須非常謹(jǐn)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(shí)會(huì)導(dǎo)致線芯的過度變形(致使扁平或損壞外部半導(dǎo)電層)。這種形變會(huì)直接導(dǎo)致在常規(guī)電氣檢測期間出現(xiàn)故障(無法進(jìn)行)，從而使脫氣的有利效果完全失去意義。另外，脫氣時(shí)間和溫度的不恰當(dāng)設(shè)定會(huì)導(dǎo)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?yàn)槊摎獠煌耆?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(shè)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(shí)間不能無限延長，根據(jù)不同的絕緣厚度，脫氣時(shí)間一般為：5~10天。同時(shí)，經(jīng)過長期經(jīng)驗(yàn)的積累，高壓電纜的脫氣時(shí)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(duì)于電纜空間電荷的影響，直流電纜的脫氣時(shí)間要比交流電纜的時(shí)間長。

4　結(jié)果驗(yàn)證

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

可以看出，脫氣后，電纜的性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了電纜性能的穩(wěn)定。

5　結(jié)束語