高頻開關(guān)電源的特點及在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

2025China.cn 2009年08月28日

　　在電力系統(tǒng)中，直流電源作為繼電保護、自動裝置、控制操作回路、燈光音響信號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)的事故時有發(fā)生，所以，對直流電源的可靠性、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：安全、可靠、自動化程度高、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)正常運行時，充電機的輸出與蓄電池組并聯(lián)運行，給經(jīng)常性負荷供電，同時對蓄電池進行浮充電，以補充蓄電池的自放電。當交流電源輸入中斷后，由蓄電池組給負荷供電，以保證對負荷連續(xù)不間斷供電，當交流電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動對蓄電池進行均充電，對蓄電池大量放電后進行電能的快速補充。
　　智能型高頻與傳統(tǒng)的相控電源比較，主要技術(shù)指標均優(yōu)于部標1～2個等級以上，具有以下特點。
　　(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)運行可靠性。個別模塊故障時，可帶電更換，不影響系統(tǒng)的正常運行，擴容維護方便。
　　(2) 可控硅整流器運行于浮充電方式時，直流輸出的紋波系數(shù)較大，曾發(fā)生中央信號裝置誤動作和高頻繼電保護誤發(fā)信號等事故，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)運行，紋波系數(shù)較大時，若浮充電壓波動或偏低會出現(xiàn)蓄電池脈動充電放電現(xiàn)象，對蓄電池不利。高頻開關(guān)電源的充電裝置采用多個智能化模塊并聯(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，進而可防止蓄電池脈動充電放電，延長蓄電池的使用壽命，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)故障信號應(yīng)盡量完善的前提下，使接線簡單，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行狀況外，還能通過監(jiān)控模塊與電力系統(tǒng)的自動化網(wǎng)或變電工區(qū)直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，進行遠程監(jiān)視和對模塊各項操作，實現(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設(shè)備進行監(jiān)視，且這些測量值不能經(jīng)通信口實現(xiàn)遠程監(jiān)視(微機型除外)。即使有遙測，也是采用直流采樣方式，采樣點不多，對反映各種運行狀況的信號也以接點方式接至光字牌或遙信屏，因此，接線繁瑣，自動化程度低，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能的難度較大。
　　(4) 按部頒要求，充電時穩(wěn)流精度誤差≤±5%，浮充電時穩(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%，可避免對蓄電池過充、欠充，保證蓄電池運行在最佳狀態(tài)。閥控式電池容量大、維護量小、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)運行方式下自動均流功能。同時，設(shè)有過流、過壓及瞬時短路保護，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，對直流系統(tǒng)進行四遙監(jiān)控，主要功能為：
　　(1) 通過MODEM和電話網(wǎng)與監(jiān)控中心通信，從通信口讀取高頻的信息；
　　(2) 測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)機等；
　　(4) 控制高頻開關(guān)電源實現(xiàn)對蓄電池浮充、均充方式的自動轉(zhuǎn)換；
　　(5) 控制硅鏈的自動或手動投切，保證控制母線的穩(wěn)壓精度，進而保證微機和晶體管保護用電的可靠性，防止造成保護誤動；
　　(6) 調(diào)節(jié)充電限流值和總輸出電流穩(wěn)流值；
　　(7) 具有本地和遠程控制方式，采用密碼允許或禁止方式操作，以增強系統(tǒng)運行可靠性。
　　同時，這種系統(tǒng)裝設(shè)有專用微機絕緣監(jiān)察裝置，能實時顯示母線電壓和正、負母線對地絕緣電阻的大小及發(fā)出異常報警，對各回饋線的絕緣情況進行巡檢，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。
　　目前，我國正大力實施變電站的無人值班管理，因此，對設(shè)備的選擇將會朝著小型化、無油化、少維護或免維護及自動化程度高的方向發(fā)展。高頻開關(guān)直流電源正能適應(yīng)這種要求，經(jīng)過這幾年的運行考驗，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。