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1、高频开关电源与传统相控电源之比较摘 要: 通过对高频开关电源与传统相控电源的技术经济比较，结合工程实践，提出在水电站机电设计选型中不断消化、吸收新产品、新技术，不断优化产品设计，提高勘测设计产品质量，在市场竞争中始终立于不败之地。关键词: 高频开关电源；相控电源；直流系统；整流装置；充电；浮充电；稳压精度；稳流精度；阀控式蓄电池引言从 80 年代以来，我国水电行业直流操作电源几乎一直沿用体积庞大，且操作、维护复杂的可控硅相控式电源。从 80 年代后期，国外许多厂家纷纷推出结构轻巧且功能其全，性能优越且维护简便的高频开关电源，这一产品一经问世，便受到广大工程技术人员的热切关注，高频开关电源首先在
2、国外水电工程中得到应用。我国发展较慢，直到 90 年中期才接受和引进这一技术，经过近十年努力，高频开关电源设备选型几经更新换代，目前这一技术日异成熟，已在我国大中型水电建设中得到广泛应用。1. 高频与相控的技术性能比较随着水电站无人值班，少人值守的实施、普及和阀控式密封铅酸蓄电池(免维护蓄电池)的应用，电力部门对直流系统的性能要求越来越高，传统的相控整流装置已不能满足要求。大多数阀控式蓄电池在传统的相控充电设备下运行 1-2 年后，均不同程度出现电池胀裂(电池相体膨胀)和电池失较(电池开路)。出现这种情况的根本原因在于传统相控充电设备输出电压、电流不稳。这种现象在电源小电流输出时最为明显，这时
3、系统纹波增大，电流谐波含量增多。由于相控电源响应速度慢(1/50s)，无法及时调整，当交流电网电压变化时，浮充电压忽高忽低、浮充电流忽大忽小，密封铅酸蓄电池长时间处于过充电状态，电池内部的化学平衡被打破，过量气体无法与海绵铅发生化合作用，结果导至电池损坏。高频开关电源由于具有高质量的直流输出，其稳压稳流精度0.5%，纹波系数0.1%，其响应速度200s，即使电源电压有20%的大幅度变化或负载端有大电流冲击，亦能迅速进行调整。始终保持稳定的浮充电压和很低的纹波系数。从而保证了阀控式蓄电池的内部化学反映的平衡，为这类新型电池的安全运行和长寿命提供了保障。传统的相控整流电源不能容忍其输出端发生任何情
4、况的短路(长时间或多次瞬时短路)，高频开关电源允许负载发生短路，且短路电流不超过系统的定值。这一点在蓄电池因事故深度放电或大电流放电后再进行充电时显得更为重要。当蓄电池充电时选用相控充电装置，在充电初期，由于蓄电池电压过低，充电电流则会过蓄电池安全充电倍率，对蓄电池形成冲击，严重影响蓄电池寿命。而高频开关电源最大输出电流不受负载的影响，只取决于出厂前设置的设备容许最大输出值，这一数值是根据设计计算的蓄电池容量来确定的。通过这下限制，确保了蓄电池在深度放电后仍按照安全充电倍率逐渐恢复其容量。直流 220V 操作系统使用数量众多的单体蓄电池，长期运行不可避免会出现某一电池提早失效，即相当于蓄电池开
5、路。此时，相控电源是不允许蓄电池脱离单独运行的，因相控直流电压不稳等诸多因数，将直接导致继电保护、自动装置的误动作，给电力系统带来无法预料的损失。而高频开关电源，由于直流输出电压稳定且质量很高，即使发生蓄电池脱离系统运行仍可以单独带负荷供电，大大提高了系统运行的稳定性。由于高频开关电源逆变频率大幅度提高，使得电感、电容等元器件体积大幅度减小，一般相控电源所配置的工频变压器大略在几十公斤到数百公斤，而高频开关电源的每个电源模块内的高频隔离变压器仅为 2 公斤左右。并且每个模块就是一立的充电器，可以相互并联组成容量不同的系统。由于体积减小、重量轻，充电柜与馈电柜可做在一起，模块与模块之间可以彼此互
6、换，可带电插拨，更换时无时间限制，使得直流系统的维护变得简便而从容。2. 高频与相控的可靠性比较相控电源发生故障时，需将整台充电装置退出系统运行，且故障修复难度大，周期长，影响系统正常供电。而高频开关电源的模块化结构与(N+1)备份形式，使直流系统供电的可靠性大幅度提高，当系统(以 40A 充电装置为例，4 台 10A 电源模块并联)中任一模块故障时，该模块自动退出，其它模块继续运行。充电容量减少到30A，而其它电气性能不受任何影响，由于故障模块可带电更换，无须整台充电装置停电，故系统可靠性大大提高。只要事先准备好备品模块，当发生故障时，先在线替换，然后再将故障模块细致修复，使维护运行管理工作变得更加简便、轻松自如。3. 高频与相控的技术参数比较技术指标内容 高频开关电源 相控电源稳压精度 0.5% 2%稳流精度 0.5% 2%输出纹波电压有效值 0.1% 2%电网调整率 0.5% 2%负载调整率 0.5% 2%效率 90% 0.9 中国电力工业出版社，1998 年
