高频开关直流电源系统运行及维护一、直流电源系统概述2、我国电源技术的发展我国电源技术的发展起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电源技术已经进入现代电力电子时代。硅整流时代：在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。逆变器时代：七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电源向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。二、直流电源设备的选择及配置110V控制回路电缆截面较220V大。特别在大型发电厂的变电站，超高压配电装置面积大，距离控制室又远，采用110V直流时控制电缆截面大约是220V的4倍，往往还不能满足要求。这使得选择8mm2以下控制电缆较困难，有时要选用多根电缆芯并联，给回路监视带来困难，同时还要增加控制电缆投资。因此，宜采用220V系统。48V系统：弱电控制和弱电信号接线系统，如微机监控系统、载波通信等，一般都是功率小，电流也小，所以，宜采用48V及以下电压。高频开关整流模块的配置：【Kk=Kt×Kd×Ka:式中：Kt——温度补偿系数，取1.10；Kd——设计裕度系数，取1.15；Ka——老化系数，取1.10；Kk=1.10×1.15×1.10=1.39，取1.40.】举例：220V直流，蓄电池300AH，最大经常性负载20A，选用20A模块。模块的配置个数：N=1.40×[1.0×30+20]/20=3.5，4台20A模块即可满足要求，考虑加一个备用模块，模块总数为5个。注：国家电网公司规定：合闸母线与控制母线之间设有降压装置的系统，必须防止降压装置开路造成控制母线失压。我公司的直流系统现有及将来的改进设计方案能够很好的解决这个问题：①专门为控制母线供电的供电模块。当交流电源正常时，降压硅链断路，控制母线电压可以由供电模块提供。但此时正常运行中无法看出降压硅链是否断路损坏；②降压硅链继电器能够实现自动投切。在交流断电由蓄电池供电时出现降压硅链断路现象；或者交流供电正常，但供电模块与降压硅链同时故障的极端情况下，出现降压硅链断路现象；上述两种情况发生时，控制母线会失去电压。我公司直流监控单元IDC-200A在监测到UKM电压为零时，会自动陆续切除降压硅链，通过降压硅链继电器的闭合将合闸母线与控制母线连接，保证控制母线获得直流电压。（见下图）蓄电池组数及容量的选择：蓄电池容量的选择：蓄电池容量选择的基本要求包括以下两点：变电站站用电事故停电时间一般按1h计算，对于远离市区的系统终端无人值守变电站宜按2h计算。蓄电池容量选择计算的条件，应满足变电站事故停电时间内的放电容量要求，应计及事故初期直流电动机起动电流和其它冲击负荷电流，并应计及蓄电池组持续放电时间内的随机负荷电流。蓄电池容量的计算：直流负荷的分类。按用电性质分为二类：一是经常性负荷，约占直流总负荷的5%；二是事故负荷，约占直流总负荷的95%。在蓄电池容量计算中，事故负荷起决定作用。在事故负荷中，可分为事故初期负荷和事故持续负荷。事故初期负荷通常指交流电源消失后蓄电池开始放电的最初1min内的全部负荷；事故持续负荷指各事故放电阶段由蓄电池持续提供的负荷。事故负荷的持续时间，国家规定为1h。蓄电池容量估算：C10=经常负荷电流*事故停电时间(1~2h)/20%*Kk（1.4~2）【经常负荷电流X（15~20）】3）各类变电工程直流负荷及蓄电池容量范围蓄电池组