一種電力用高頻開關電源的性能評價

摘要：文章介紹了我國當前電力系統中直流系統大部分采用傳統的相控電源的基本情況，闡述了國內相控電源的技術現狀。結合市場上流行GKP系列智能化開關電源，具體分析了一款主要用于電力直流系統的高頻開關電源。首先敘述了電源的性能要求。其次，從主電路出發，結合控制和保護功能，分析硬件電路模塊結構設計的思路，介紹輸入、輸出保護，橋式整流，濾波諧振控制等模塊。最后利用示波器測試，測試其輸出波形，同時經過高、低溫實驗測試它的各項性能指標。經過多次測試，得出這款電源是性價比相當高的電力用高頻開關電源。

關鍵詞：智能化；高頻開關電源；模塊結構；保護功能。

中圖分類號：TM91文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0123-01

當前我國電力系統使用的直流系統大部分采用傳統的相控電源，但相控電源在效率、紋波、電磁輻射、噪聲等方面不盡人意，監控系統不完善，采用主備工作方式，對于二次回路越來越先進的儀器儀表、繼電保護、控制、自動化設備很難滿足其技術要求。此外，現今大量采用密封閥控式鉛酸電池，由于相控電源的紋波系數大，浮充電壓易波動，會出現蓄電池脈動充放電現象，對蓄電池損害極大，降低電池使用壽命。

智能化高頻開關電源由于其體積小，重量輕，技術指標優越，模塊化設計，N+1熱備份方式，便于“四遙”等優點，已在諸多領域得到廣泛應用，如計算機、航空航天、儀器儀表等方面。21世紀90年代以后，國外先進工業國家新建或改造電廠和變電站已全部采用高頻開關電源，其蓄電池亦全部采用密封閥控式鉛酸蓄電池。

基于現在發展趨勢，各種智能化開關電源發展迅速，這里所要介紹的GKP系列智能化開關電源，是專為電力系統研發的新型“四遙”高頻開關電源，模塊采用世界領先的“諧振電壓型雙環控制的諧振開關電源技術”，具有體積小重量輕、效率高、高可靠等優點。輸出標稱電壓為220 V或110 V，配有標準RS-485接口，易于與自動化系統對接。適于各類變電站、發電廠及水電站使用。

1系統性能設計要求

①模塊化設計，N+1熱備，可平滑擴容。

②監控功能完善，高智能化，采用大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。

③全智能設計，對系統的各組成部分：交流配電、整流模塊、直流饋電實現全參數本地及遠端監控，（主要監控量有：模塊的開/關機、充電方式、輸出電壓調節、輸出限流點整定、雙路交流自動切換、電池自動管理）。

④監控系統配有標準RS-485接口，方便接入自動化系統，實現“四遙”及無人值守。

⑤對蓄電池自動管理及自動維護保養：實時檢測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。

⑥具有電池溫度補償功能。

⑦模塊可帶電插拔，更換安全方便。

2硬件電路設計

根據上面性能要求，按照電源的功能設計原理，電源設計中，主電路和控制電路是設計的關鍵。經過設計者研究，在本設計中安排由IGBT管的控制是由單片機反饋控制完成。在主電路設計沒有太大的難點，一般可以利用傳統成熟的技術思想，再次，考慮全橋拓撲結構，結合主要的控制保護電路，其主電路模塊如圖1所示。

3模塊的主要功能

輸出過壓保護：輸出電壓過高對用電設備會造成災難性事故，為杜絕此類情況發生，我公司的應用的這款智能高頻模塊內有過壓保護電路，出現過壓后模塊自動鎖死，相應模塊故障指示燈亮，故障模塊自動退出工作而不影響整個系統正常運行；過壓保護點設為320 V±5 V。

輸出限流保護：每個模塊的輸出功率受到限制，輸出電流不能無限增大，因此每個模塊輸出電流最大限制為額定輸出電流的1.05倍，如果超負荷，模塊自動調低輸出電壓以保護模塊。

短路保護：本模塊采用回縮下垂限流方式，輸出短路時模塊在瞬間把輸出電壓拉低到零，限制短路電流在額定輸出電流的15%以下，此時模塊輸出功率很?。◣资撸?，以達到保護模塊和用電設備的目的。模塊可長期工作在短路狀態，不會損壞，排除故障后模塊可自動恢復工作。

模塊并聯保護：每個模塊內部均有并聯保護電路，絕對保證故障模塊自動退出系統，而不影響其它正常模塊工作。

過溫保護：過溫保護主要是保護大功率變流器件，這些器件的結溫和電流過載能力均有安全極限值，正常工作情況下，系統設計留有足夠的余量，在一些特殊環境下，如環境溫度過高，模塊檢測散熱器溫度超過85℃時自動關機保護，溫度降低到75℃時模塊自動啟動。

過流保護：過流保護主要保護大功率變流器件，在變流的每一個周期，如果通過電流超過器件承受電流，關閉功率器件，達到保護功率器件的目的。過流保護可自動恢復。

4性能測試

在使用前和使用中，我們測試，該電源的效率高，模塊效率可達到95%~96%，滿足采樣和反饋控制算法的需求，最后的得到負載適應性強，能保證輸出高質量、高可靠性的電能，滿足通信系統基站的交流設備的供電需求，實踐證明，所采用的控制策略具有輸出電壓穩態精度高（偏差不超過2%），動態響應快，輸出電壓總諧波畸變率底（總THD值不超過<1%）。

同時采用“三相無源功率因數校正電路”，輸入無中線，功率因數可達0.94.采用隔離自主均流，并機不均流度<±3%，可保證二十臺以上模塊良好并機。模塊內置直流輸出隔離二極管，用戶無需外設。模塊具有RS-485接口，122*32雙行漢字液晶顯示，鍵盤操作，人機界面友好，具有通信，數據顯示，數據校準，均浮充轉換，穩流和故障報警等功能。

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