电力系统开关在电力系统中的应用分析

电力系统开关在电力系统中的应用分析

刘傲

深圳供电局有限公司， 广东省深圳市 518000

摘要：科技逐渐融入了我国的各个领域，就开关电源在电力系统中的应用而言，其科技的应用使电力系统的各个板块得到了充分的优化。在电力系统中使用开关电源是一种具有先进性的做法，电力系统的变革适应了科技时代的发展潮流，电源在电力系统中扮演着非常重要的角色，充足的电源可以支撑电力系统的整个运作过程，开关电源可以避免能量的浪费，从而使电力系统在节约和高效的情况下完成。

关键词：电力系统；开关；应用；分析

1导言

随着电力系统稳定性、可靠性的不断发展，继电保护技术也取得了迅速发展，而开关电源犹如人体的心脏，是微机型继电保护装置的动力，是继电保护装置能够正常工作的基本保证。从现场继电保护装置发生故障的统计资料可以看出与开关电源性能不良有关的占了较大一部分。本文从开关电源的原理入手，以测试的角度，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，并分析了其故障原因，最后对改进后的开关电源进行了对比验证。

2开关电源工作原理

用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一形态，用闭环控制稳定输出，并有保护环节的模块，叫做开关电源。进入电源的高压交流电，先经滤波器滤波，再通过全桥整流电路，高压交流电由此正六位直流电；高压直流电经由开关电路被调制成高压脉动直流；再在高频开关变压器对得到的脉动直流电进行降压处理，最后通过低滤波电路的的整流和滤波就可获得与装置要求相符的低压直流电。应用大功率半导体器件，在一个电路中运行于“开关状态”，按一定规律控制开关，对电能进行处理变换而构成的电源，被称为“开关电源”。这种变换有AC-DC,DC-DC,DC-AC,AC-AC形式，分别构成高频开关整流、直流功率变换、逆变、变频，以满足不同用电场合。

3电力系统直流操作电源

直流操作电源系统是发电厂、变电站中不可缺少的二次设备之一，由整流电源、蓄电池组和馈电部分组成。通常情况下，整流电源进行AC-DC变换.对蓄电池组充电的同时，通过馈电部分向直流负荷供电。在交流停电时，蓄电池组通过馈电部分向直流负荷供电，可以保证直流负荷不停电。直流操作电源虽然在二次设备中所占比例很小，但它的可靠性直接影响发电厂和变电站设备的安全可靠运行。我国早期的直流电源系统多为相控式充电装置，配套防酸隔爆蓄电池组或辐镍碱性蓄电池组，需要对蓄电池组和直流电源进行定期维护。上世纪90年代末，借鉴开关电源在通信领域的成功应用技术，电力用直流开关电源应运而生。直流开关电源采用模块并联运行方式，其技术指标优异，如稳压、稳流精度高，纹波系数低，与阀控密封铅酸蓄电池组易组成直流电源成套装置。

4电力用直流开关电源的组成和特点

4.1电力用直流开关电源的基本原理

电力用直流开关电源的基本原理和传统电源模式的基本原理大致相同，首先通过波流器进行交流输入，然后对输入的交流进行一次整流，随着功率因数的变化再改善电路的运行，然后进行DC－DC变换，变换后进行二次整流最后进行直流输出。在二次整流完后可以进行取样电路，然后以此为依据进行比较，同时参考通断时间比例然后选择出最佳的控制电路，随后再次进行DC－DC变换，最后进行二次整流以及直流输出，这是一个循环的过程。这种电路模式自身具有一定的保护程序，不仅有附加电路的保护还有主回路的控制，这样的方式可以使性能得到充分的保护，而且在电源改变以往的旧模式后，其直流电源的输出可达到220V或110V，相比之前传统的电源模式电压等级和输出功率都提高了一个等级，所以，在电力用直流开关电源的时候会使用高电压大电流的元器件。

4.2电力用直流开关电源的运行方式

电力用直流开关电源工作的时候会根据负荷大小的实际情况，并联数个电源模块形成模块的方式，从而进行设备的充电工作。电力系统在使用传统的直流相控电源的时候，一般会在中、低压站中使用1组蓄电池配2组充电装置，主备方式的充电装置可以在设置出现问题的时候进行灵活的切换，这是传统直流相控电源的优点之一，但是它也有一些缺点，比如可靠性没有达到理想程度。采取开关电源后为了调成设备的可靠性对组成方式进行了一定的调整，以负荷和蓄电池容量为实际依据调整蓄电池设置的组成，并且在一定情况下重新调整了充电装置、自动调压装置。自动调压装置设置在合闸母线和控制母线之间，母线的设置情况包括三种，分别为单母线方式、单组模块方式电源模块与动力母线并联、双组模块方式。这几种方式可以帮助设备在不同的情况下找到最优的设置方案，从而提高电力系统的运行效率和质量。

4.3电力用直流开关电源的重要技术指标

均流不平衡度是电力用直流开关电源的重要技术指标之一，因为开关电源模式中电力多用并联的方式，从而促进均流电路在模块中功率的均匀分配，在电源模块中如果其负载均分不平衡度不大于5%，那么该设备技术指标良好。交流输入范围也是衡量重要技术指标的一种方式，如果交流电压波动范围符合我国规定指标，那么该设备技术良好，但是我国地区发展不平衡所以在一般情况下交流电压波动范围较大，特别是西北地区，在这种情况下应该在开关电源模块方面适当扩大交流波动范围。同时，开关电源在电力系统的应用中还要考虑功率因数和稳压、稳流精度和纹波系数，要综合多种因素不断完善设备。

4.4电力用直流开关电源的散热方式

开关电源由电阻、电容、电力电子器件等组成，有利也有弊，它的优点可以从上文中发现，但是与此伴随的缺点也非常明显，那就是散热问题。如果不能够很好地解决此问题，那么功率会有很大的消耗，不能够使设备有效工作，传统的散热模式多采用自冷方式，这种方式在电压等级较低的时候还比较受用。但是，当电压等级升高而且直流系统容量变大的时候，这种方式就会失效，所以这种方式在技术发展的过程中逐渐被温控风冷大功率电源模块所替代，这种模块体积小可以充分解决散热问题，处于轻载的时候该设备会处于自冷状态，当热度超过自冷所控制的范围后，会启动风机进行散热，从而有效解决散热问题和机器寿命问题。

5电力用直流开关电源的发展方向

5.1软开关技术

为了使开关电源的结构更加简便化，应该使用软开关技术帮助开关电源实现轻、小、薄的目标。目前，我国国内已经有一些公司进行了软开关技术的研发，而且研究成果也取得了一定的成效，但是还没有被广泛应用，未来应该加大研发和创新的力度，在研发过程中可以借鉴国外的经验和技术，并与实际情况相结合，从而使软开关技术不断地完善。

5.2热插拨一体化

开关电源在工作的时候，电力一般会在直流电源屏内，其中的安全问题还有待优化。在国外已经有热播拔一体化使用的例子，并且使用效果较好，可以适当借鉴，使屏内走线更加安全，促进开关电源先进化。

5.4电源模块智能化

电源模块的智能化发展逐渐成为一种趋势，在直流系统中匹配监控系统，可以通过监控系统加剧直流系统的智能化，并且蓄电池组也能够在一定能够程度上得到维护。在不同等级的电压站采取与其相匹配的监控系统，有利于促进数据交换和命令传递的运作效率。

6结论

本文简单介绍了开关电源在电力系统中的应用，其相关问题的叙述可以帮助人们更加深刻了解开关电源，同时开关电源需要及时进行优化和调整，从而促进其功能的不断完善。

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