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直流系統(tǒng)中高頻開關(guān)電源與相控電源的比較

作者: 時間:2011-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:從工作原理、技術(shù)性能、供電可靠性、對蓄電池壽命的影響及效益等五方面對高頻開關(guān)和晶閘管進行了,使讀者對高頻開關(guān)有進一步的認識和了解。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179425.htm

關(guān)鍵詞:高頻;晶閘管電源;性能

 

1 引言

眾所周知,用于變電站和發(fā)電廠的電源系統(tǒng),作為斷路器合閘電源、繼電器保護裝置電源和操作電源,要求其可靠性高,性能穩(wěn)定。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,對供電質(zhì)量的要求越來越高,為保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化,對電源系統(tǒng)提出了更高的要求。為了更好地選用和用好電力系統(tǒng)中的操作電源系統(tǒng),現(xiàn)將晶閘管電源直流系統(tǒng)與高頻直流系統(tǒng)作一。

2 工作原理比較

相控電源是指采用晶閘管作為整流器件的電源系統(tǒng),其原理是交流輸入電壓經(jīng)工頻變壓器降壓,然后采用晶閘管進行整流。并通過移相控制以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

高頻先將輸入的工頻交流電經(jīng)整流濾波后得到直流電壓,再通過功率變換器變換成高頻脈沖電壓,經(jīng)高頻變壓器和整流濾波電路最后轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出電壓。因其采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路來控制大功率開關(guān)器件(功率晶體管、MOS管、IGBT等)的導通和截止時間,故可以得到很高的穩(wěn)壓和穩(wěn)流精度及很短的動態(tài)響應時間。高頻開關(guān)電源內(nèi)部還應用了軟開關(guān)技術(shù)和無源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù),所以開機浪涌基本消除,功率因數(shù)大幅提高,是晶閘管、磁飽和類直流電源系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

3 技術(shù)性能比較

高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)與晶閘管直流系統(tǒng)的技術(shù)性能對照如表1所列。

表1 兩種電源系統(tǒng)的技術(shù)性能對照表

技術(shù)性能高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)晶閘管直流系統(tǒng)
穩(wěn)壓精度≤±0.5%≤±1%
穩(wěn)流精度≤±0.5%≤±2%
紋波系數(shù)≤0.05%≤2%
效率≥94%≤75%
功率因數(shù)≥0.9≤0.7
動態(tài)響應較差
可靠性
噪音
開機浪涌
微機監(jiān)控智能電池管理、“四遙”功能
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)柜結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)通信接口RS232、RS485

4 供電可靠性比較

1)晶閘管相控電源采用硅堆調(diào)壓,響應速度慢,反應時間為幾十ms,輸入電壓突變時在輸出端會產(chǎn)生沖擊,容易燒壞二次設(shè)備。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)采用無級調(diào)壓方式,響應速度快,輸入電壓突變時,模塊在200μs內(nèi)調(diào)整完成,過沖小于5%。

2)晶閘管相控電源采用硅堆調(diào)壓,一般6~10V為一級降壓,因而輸出最少有3~5V的誤差。而高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)采用無級調(diào)壓方式,輸出電壓穩(wěn)定,輸出精度高;降壓范圍大,輸入電壓可到320V,可降壓100V;當輸入電壓低到180V仍能夠輸出穩(wěn)定的220V。

3)晶閘管相控充電裝置發(fā)生故障時,必須將整臺充電裝置退出運行,然后進行維護和檢修,降低了系統(tǒng)的可靠性。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)由于采用模塊化結(jié)構(gòu)和N+1備份方式,使系統(tǒng)的可靠性得到大大提高,并為系統(tǒng)擴容提供了極大方便。當運行的電源系統(tǒng)中某一整流模塊出現(xiàn)故障時,該模塊自動退出,其它模塊繼續(xù)均衡工作,對系統(tǒng)供電不產(chǎn)生影響,且模塊可以帶電插拔。當用戶需要擴展電源系統(tǒng)容量時,只需增加整流模塊即可以實現(xiàn)。

4)高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)能夠滿足更多變化的系統(tǒng)運行方式,徹底解決了人們長期以來對直流系統(tǒng)的種種顧慮。

5 對蓄電池壽命影響的比較

發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)目前主要使用的是鎳鎘蓄電池或免維護鉛酸蓄電池,這2種蓄電池對充電設(shè)備的要求較高。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)對蓄電池壽命的影響比晶閘管直流電源系統(tǒng)要小,這是因為晶閘管直流電源系統(tǒng)輸出紋波大,輸出電壓含有的交流成分較大,影響了蓄電池的使用壽命,而高頻開關(guān)電源由于輸出紋波小、輸出穩(wěn)定,再加智能化管理能延長電池的使用壽命。

6 效益比較

高頻開關(guān)電源的設(shè)備容量和運行成本比相控電源要低得多。

如果直流電源系統(tǒng)的負載功率為P,若采用相控電源,其功率因數(shù)為0.7,效率為70%,則需輸入功率為

Pλ1=P0/(0.7×0.7)=2.041P

若采用高頻開關(guān)電源功率因數(shù)為0.92,效率為94%,則需輸入功率為

Pλ2=P0/(0.92×0.94)=1.156P

顯然,采用高頻開關(guān)電源比相控電源節(jié)省了電力增容投資。

對于負載為50A的220V直流電源系統(tǒng)來說,負載功率P=220V×50A=11kW。電價按0.5元/kW·h計算,不考慮無功損耗,則采用高頻開關(guān)電源相對于相控電源而言,每年節(jié)省的電費為0.5×11×8760(1/0.7-1/0.94)=17573.3元

另外,智能化的特點也能節(jié)省很多維護費用,所以,高頻開關(guān)電源的經(jīng)濟效益是顯而易見的。

7 結(jié)語

高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)的技術(shù)性能、可靠性、所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益以及系統(tǒng)構(gòu)造都遠遠優(yōu)于晶閘管相控直流系統(tǒng),必將成為電力行業(yè)直流電源的主流換代產(chǎn)品。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)的廣泛應用,將使我國電力行業(yè)直流電源系統(tǒng)設(shè)備跨入一個全新的時代。



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