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2023年一种电力用高频开关电源的性能评价摘要：文章介绍了我国当前电力系统中直流系统大部分采用传统的相控电源的基本情况，阐述了国内相控电源的技术现状。结合市场上流行GKP系列智能化开关电源，具体分析了一款主要用于电力直流系统的高频开关电源。首先叙述了电源的性能要求。其次，从主电路出发，结合控制和保护功能，分析硬件电路模块结构设计的思路，介绍输入、输出保护，桥式整流，滤波谐振控制等模块。最后利用示波器测试，测试其输出波形，同时经过高、低温实验测试它的各项性能指标。经过多次测试，得出这款电源是性价比相当高的电力用高频开关电源。关键词：智能化；高频开关电源；模块结构；保护功能。中图分类号：TM91文献标识码：A文章编号：1006-8937（2023）16-0123-01当前我国电力系统使用的直流系统大部分采用传统的相控电源，但相控电源在效率、纹波、电磁辐射、噪声等方面不尽人意，监控系统不完善，采用主备工作方式，对于二次回路越来越先进的仪器仪表、继电保护、控制、自动化设备很难满足其技术要求。此外，现今大量采用密封阀控式铅酸电池，由于相控电源的纹波系数大，浮充电压易波动，会出现蓄电池脉动充放电现象，对蓄电池损害极大，降低电池使用寿命。智能化高频开关电源由于其体积小，重量轻，技术指标优越，模块化设计，N+1热备份方式，便于“四遥”等优点，已在诸多领域得到广泛应用，如计算机、航空航天、仪器仪表等方面。21世纪90年代以后，国外先进工业国家新建或改造电厂和变电站已全部采用高频开关电源，其蓄电池亦全部采用密封阀控式铅酸蓄电池。基于现在发展趋势，各种智能化开关电源发展迅速，这里所要介绍的GKP系列智能化开关电源，是专为电力系统研发的新型“四遥”高频开关电源，模块采用世界领先的“谐振电压型双环控制的谐振开关电源技术”，具有体积小重量轻、效率高、高可靠等优点。输出标称电压为220 V或110 V，配有标准RS-485接口，易于与自动化系统对接。适于各类变电站、发电厂及水电站使用。1系统性能设计要求模块化设计，N+1热备，可平滑扩容。监控功能完善，高智能化，采用大屏幕液晶汉字显示，声光告警。全智能设计，对系统的各组成部分：交流配电、整流模块、直流馈电实现全参数本地及远端监控，（主要监控量有：模块的开/关机、充电方式、输出电压调节、输出限流点整定、双路交流自动切换、电池自动管理）。监控系统配有标准RS-485接口，方便接入自动化系统，实现“四遥”及无人值守。对蓄电池自动管理及自动维护保养：实时检测蓄电池组的端电压，充、放电电流，自动控制均、浮充以及定期维护性均充。具有电池温度补偿功能。模块可带电插拔，更换安全方便。2硬件电路设计根据上面性能要求，按照电源的功能设计原理，电源设计中，主电路和控制电路是设计的关键。经过设计者研究，在本设计中安排由IGBT管的控制是由单片机反馈控制完成。在主电路设计没有太大的难点，一般可以利用传统成熟的技术思想，再次，考虑全桥拓扑结构,结合主要的控制保护电路，其主电路模块如图1所示。3模块的主要功能输出过压保护：输出电压过高对用电设备会造成灾难性事故，为杜绝此类情况发生，我公司的应用的这款智能高频模块内有过压保护电路，出现过压后模块自动锁死，相应模块故障指示灯亮，故障模块自动退出工作而不影响整个系统正常运行；过压保护点设为320 V±5 V。输出限流保护：每个模块的输出功率受到限制，输出电流不能无限增大，因此每个模块输出电流最大限制为额定输出电流的1.05倍，如果超负荷，模块自动调低输出电压以保护模块。短路保护：本模块采用回缩下垂限流方式，输出短路时模块在瞬间把输出电压拉低到零，限制短路电流在额定输出电流的15%以下，此时模块输出功率很小（几十瓦），以达到保护模块和用电设备的目的。模块可长期工作在短路状态，不会损坏，排除故障后模块可自动恢复工作。模块并联保护：每个模块内部均有并联保护电路，绝对保证故障模块自动退出系统，而不影响其它正常模块工作。过温保护：过温保护主要是保护大功率变流器件，这些器件的结温和电流过载能力均有安全极限值，正常工作情况下，系统设计留有足够的余量，在一些特殊环境下，如环境温度过高，模块检测散热器温度超过85时自动关机保护，温度降低到75时模块自动启动。过流保护：过流保护主要保护大功率变流器件，在变流的每一个周期，如果通过电流超过器件承受电流，关闭功率器件，达到保护功率器件的目的。过流保护可自动恢复。4性能测试在使用前和使用中，我们测试，该电源的效率高，模块效率可达到95%96%，满足采样和反馈控制算法的需求，最后的得到负载适应性强，能保证输出高质量、高可靠性的电能，满足通信系统基站的交流设备的供电需求，实践证明，所采用的控制策略具有输出电压稳态精度高（偏差不超过2%），动态响应快，输出电压总谐波畸变率底（总THD值不超过<1%）。同时采用“三相无源功率因数校正电路”，输入无中线，功率因数可达0.94.采用隔离自主均流，并机不均流度<±3%,可保证二十台以上模块良好并机。模块内置直流输出隔离二极管，用户无需外设。模块具有RS-485接口，122*32双行汉字液晶显示，键盘操作，人机界面友好，具有通信，数据显示，数据校准，均浮充转换，稳流和故障报警等功能。参考文献：1 夏天伟,丁明道.电器学M.北京:机械工业出版社,1999.2 谷水清,李风荣.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版 社,2023.3 Klaus Kosack著.胡明忠译.低压开关电器和开关设备手 册选用准则与设计指南M.北京:机械工业出版社, 1999.4 黄先进,蒋晓春,叶斌,等.智能化IGBT驱动电路研究J.电 工技术学报,2023,20(4):89,93.5 赵异波,何湘宁.电力电子电路的数字化控制技术J.电源 技术应用,2023,5(11):557-559.6 龙锋利,胡伟,程健,等.加速器磁铁电源数字化逻辑控制电 路的设计J.核电子学与探测技术,2023,28(3):567-570.