直流系統中高頻開(kāi)關(guān)電源與相控電源的比較

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(kāi)關(guān)電源系統和晶閘管相控電源系統進(jìn)行了比較，使讀者對高頻開(kāi)關(guān)電源系統有進(jìn)一步的認識和了解。

關(guān)鍵詞：高頻開(kāi)關(guān)電源；晶閘管相控電源；性能比較

1 引言

眾所周知，用于變電站和發(fā)電廠(chǎng)的直流電源系統，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，性能穩定。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，為保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行，實(shí)現電力系統的自動(dòng)化，對直流電源系統提出了更高的要求。為了更好地選用和用好電力系統中的直流操作電源系統，現將晶閘管相控電源直流系統與高頻開(kāi)關(guān)電源直流系統作一比較。

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，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(jìn)行整流。并通過(guò)移相控制以保持輸出電壓的穩定。

高頻開(kāi)關(guān)電源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(guò)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換為穩定的直流輸出電壓。因其采用脈沖寬度調制（PWM）電路來(lái)控制大功率開(kāi)關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）的導通和截止時(shí)間，故可以得到很高的穩壓和穩流精度及很短的動(dòng)態(tài)響應時(shí)間。高頻開(kāi)關(guān)電源內部還應用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和無(wú)源功率因數校正（PFC）技術(shù)，所以開(kāi)機浪涌基本消除，功率因數大幅提高，是晶閘管、磁飽和類(lèi)直流電源系統的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

3 技術(shù)性能比較

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

表1 兩種電源系統的技術(shù)性能對照表

4 供電可靠性比較

1）晶閘管相控電源采用硅堆調壓，響應速度慢，反應時(shí)間為幾十ms，輸入電壓突變時(shí)在輸出端會(huì )產(chǎn)生沖擊，容易燒壞二次設備。高頻開(kāi)關(guān)電源直流系統采用無(wú)級調壓方式，響應速度快，輸入電壓突變時(shí)，模塊在200μs內調整完成，過(guò)沖小于5％。

2）晶閘管相控電源采用硅堆調壓，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(kāi)關(guān)電源直流系統采用無(wú)級調壓方式，輸出電壓穩定，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仍能夠輸出穩定的220V。

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

4）高頻開(kāi)關(guān)電源直流系統能夠滿(mǎn)足更多變化的系統運行方式，徹底解決了人們長(cháng)期以來(lái)對直流系統的種種顧慮。

5 對蓄電池壽命影響的比較

發(fā)電廠(chǎng)和變電站的直流系統目前主要使用的是鎳鎘蓄電池或免維護鉛酸蓄電池，這2種蓄電池對充電設備的要求較高。高頻開(kāi)關(guān)電源直流系統對蓄電池壽命的影響比晶閘管直流電源系統要小，這是因為晶閘管直流電源系統輸出紋波大，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(kāi)關(guān)電源由于輸出紋波小、輸出穩定，再加智能化管理能延長(cháng)電池的使用壽命。

6 效益比較

高頻開(kāi)關(guān)電源的設備容量和運行成本比相控電源要低得多。

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

P_λ1=P₀/(0.7×0.7)=2.041P

若采用高頻開(kāi)關(guān)電源功率因數為0.92，效率為94％，則需輸入功率為

P_λ2=P₀/(0.92×0.94)=1.156P

顯然，采用高頻開(kāi)關(guān)電源比相控電源節省了電力增容投資。

對于負載為50A的220V直流電源系統來(lái)說(shuō)，負載功率P=220V×50A=11kW。電價(jià)按0.5元/kW·h計算，不考慮無(wú)功損耗，則采用高頻開(kāi)關(guān)電源相對于相控電源而言，每年節省的電費為0.5×11×8760(1/0.7－1/0.94)=17573.3元

另外，智能化的特點(diǎn)也能節省很多維護費用，所以，高頻開(kāi)關(guān)電源的經(jīng)濟效益是顯而易見(jiàn)的。

7 結語(yǔ)

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