高頻開關(guān)電源在電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析

目前，我國(guó)正大力實(shí)施變電站的無人值班管理，因此，對(duì)設(shè)備的選擇將會(huì)朝著小型化、無油化、少維護(hù)或免維護(hù)及自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展。高頻開關(guān)直流電源正能適應(yīng)這種要求，經(jīng)過這幾年的運(yùn)行考驗(yàn)，這種產(chǎn)品的性能已逐步成熟、穩(wěn)定。憑著優(yōu)越的技術(shù)性能和良好的價(jià)格性能比，高頻開關(guān)電源將成為直流電源更新?lián)Q代的首選產(chǎn)品。

在電力系統(tǒng)中，直流電源作為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、控制操作回路、燈光音響信號(hào)及事故照明等電源之用，是發(fā)電廠和變電站比較重要的設(shè)備。因直流電源故障而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生，所以，對(duì)直流電源的可靠性、穩(wěn)定性具有很高要求。傳統(tǒng)的直流電源多數(shù)采用可控硅整流型。近幾年來，許多直流電源廠家推出智能化的高頻開關(guān)電源，這種電源系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：安全、可靠、自動(dòng)化程度高、具有更小的體積和重量、綜合效率高以及噪音低等，適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要，值得推廣使用。

目前，我國(guó)電力系統(tǒng)采用的直流電源也正由傳統(tǒng)的相控電源逐步向模塊化的高頻開關(guān)電源轉(zhuǎn)變。高頻開關(guān)電源整流器的工作原理：交流電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩(wěn)直流。這種高頻開關(guān)電源主要由高頻開關(guān)充電模塊、集中監(jiān)控器和蓄電池組等組成，其中充電模塊和集中監(jiān)控器具有內(nèi)置微處理器，智能化程度高。高頻開關(guān)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，充電機(jī)的輸出與蓄電池組并聯(lián)運(yùn)行，給經(jīng)常性負(fù)荷供電，同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電，以補(bǔ)充蓄電池的自放電。當(dāng)交流電源輸入中斷后，由蓄電池組給負(fù)荷供電，以保證對(duì)負(fù)荷連續(xù)不間斷供電，當(dāng)交流電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)蓄電池進(jìn)行均充電，對(duì)蓄電池大量放電后進(jìn)行電能的快速補(bǔ)充。

智能型高頻開關(guān)電源與傳統(tǒng)的相控電源比較，主要技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于部標(biāo)1～2個(gè)等級(jí)以上，具有以下特點(diǎn)。

（1）相控電源硅整流器采用1+1主從備份方式，而高頻開關(guān)電源采用N+1模塊冗余并聯(lián)組合方式供電，即如果N個(gè)模塊的輸出電流能滿足充電電流需要，則采用N+1模塊平均分配，因此，可提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。個(gè)別模塊故障時(shí)，可帶電更換，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，擴(kuò)容維護(hù)方便。

（2）可控硅整流器運(yùn)行于浮充電方式時(shí)，直流輸出的紋波系數(shù)較大，曾發(fā)生中央信號(hào)裝置誤動(dòng)作和高頻繼電保護(hù)誤發(fā)信號(hào)等事故，按部頒要求紋波系數(shù)不大于2%。另外，可控硅整流器與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大時(shí)，若浮充電壓波動(dòng)或偏低會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電現(xiàn)象，對(duì)蓄電池不利。高頻開關(guān)電源的充電裝置采用多個(gè)智能化模塊并聯(lián)組合供電，使得供電質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)明顯提高。模塊采用準(zhǔn)諧振技術(shù)（或脈寬調(diào)制技術(shù)）和電流電壓雙環(huán)控制技術(shù)，提高開關(guān)工作頻率，開通損耗小，輸出電壓的紋波系數(shù)很小，一般≤±0.1%額定電壓，進(jìn)而可防止蓄電池脈動(dòng)充電放電，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，可靠性更高。

（3）高頻開關(guān)電源整流模塊具有內(nèi)置微處理器，是提高設(shè)備管理水平的基礎(chǔ)，在滿足直流系統(tǒng)故障信號(hào)應(yīng)盡量完善的前提下，使接線簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試快捷。除了能在面板上直接顯示輸出電流和電壓及模塊的各種運(yùn)行狀況外，還能通過監(jiān)控模塊與電力系統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)或變電工區(qū)直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和對(duì)模塊各項(xiàng)操作，實(shí)現(xiàn)四遙功能。傳統(tǒng)的直流電源一般在屏柜上裝設(shè)電流、電壓表和其它專用裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，且這些測(cè)量值不能經(jīng)通信口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視（微機(jī)型除外）。即使有遙測(cè)，也是采用直流采樣方式，采樣點(diǎn)不多，對(duì)反映各種運(yùn)行狀況的信號(hào)也以接點(diǎn)方式接至光字牌或遙信屏，因此，接線繁瑣，自動(dòng)化程度低，實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能的難度較大。

（4）按部頒要求，充電時(shí)穩(wěn)流精度誤差≤±5%，浮充電時(shí)穩(wěn)壓精度誤差≤±2%。而高頻開關(guān)電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度更高，其誤差一般≤±0.5%，可避免對(duì)蓄電池過充、欠充，保證蓄電池運(yùn)行在最佳狀態(tài)。閥控式電池容量大、維護(hù)量小、放電倍率低，適用于大容量的直流電源。從原理性能看，高頻開關(guān)模塊適合與閥控式電池配套使用。

（5）高頻開關(guān)電源整流模塊具有并聯(lián)運(yùn)行方式下自動(dòng)均流功能。同時(shí)，設(shè)有過流、過壓及瞬時(shí)短路保護(hù)，安全可靠的防雷措施，能有效地承受輸出短路沖擊。另外，采取多重有效措施，防止高頻電源及諧波對(duì)交流電網(wǎng)側(cè)的干擾。

（6）高頻開關(guān)電源綜合轉(zhuǎn)換效率高，多數(shù)廠家的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上，而相控電源轉(zhuǎn)換效率一般只有60%～80%。

由于這種電源系統(tǒng)裝設(shè)有微機(jī)型集中監(jiān)控器，可以支持多種通信協(xié)議，與調(diào)度中心或變電工區(qū)的直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行四遙監(jiān)控，主要功能為：

（1）通過MODEM和電話網(wǎng)與監(jiān)控中心通信，從通信口讀取高頻開關(guān)電源的信息；

（2）測(cè)量模塊的輸出電流和電壓、直流母線電流和電壓、電源的輸出電流和電壓、電池充放電電流和電壓等；

（3）控制電源的輸出電流和穩(wěn)流，控制電源的開關(guān)機(jī)等；

（4）控制高頻開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池浮充、均充方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；
　
（5）控制硅鏈的自動(dòng)或手動(dòng)投切，保證控制母線的穩(wěn)壓精度，進(jìn)而保證微機(jī)和晶體管保護(hù)用電的可靠性，防止造成保護(hù)誤動(dòng)；
　
（6）調(diào)節(jié)充電限流值和總輸出電流穩(wěn)流值；

（7）具有本地和遠(yuǎn)程控制方式，采用密碼允許或禁止方式操作，以增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

同時(shí)，這種系統(tǒng)裝設(shè)有專用微機(jī)絕緣監(jiān)察裝置，能實(shí)時(shí)顯示母線電壓和正、負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻的大小及發(fā)出異常報(bào)警，對(duì)各回饋線的絕緣情況進(jìn)行巡檢，指示具體發(fā)生故障的回路，這種選線功能為查找直流接地帶來極大方便。