1 引言

    在我國(guó)高頻開(kāi)關(guān)電源模塊作為一種主要的直流電源，被廣泛地使用在電力,、通訊,、鐵路,、化工等行業(yè)，為了節(jié)約成本,，提高開(kāi)關(guān)電源模塊的效率就成了一種普遍而迫切的需求,。各模塊生產(chǎn)廠家也投入大量資金用于研發(fā)新的電源模塊，極力提高模塊轉(zhuǎn)化效率和降低電源模塊的自身?yè)p耗,。而出于安全性和可靠性的考慮,，模塊的用戶(hù)通常采用電源模塊冗余配置，并且預(yù)留蓄電池的容量在正常工作狀態(tài)下并不使用,。這就使開(kāi)關(guān)電源模塊長(zhǎng)期處于低負(fù)載率工作狀態(tài),，轉(zhuǎn)換效率很低，造成資源的浪費(fèi),。

    2 節(jié)能技術(shù)研發(fā)背景

    2.1 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),，它一刻不停地向社會(huì)提供清潔、高效的能源,。隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)力的不斷提高,，電力以及和電力相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本所占的比重正大幅增長(zhǎng)。為了提高效率,、減少損失,、降低運(yùn)營(yíng)成本，供電企業(yè)和用戶(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的要求也越來(lái)越高,。在國(guó)際能源與氣候議題持續(xù)進(jìn)行下,，各國(guó)大力推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，期望能透過(guò)實(shí)時(shí)控制及需求端管理,，來(lái)促進(jìn)電力資源最佳化配置與運(yùn)行,，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo),。節(jié)能降耗已成為我們的工作重點(diǎn)及專(zhuān)門(mén)研究課題,。

    2.2 在電力行業(yè)，無(wú)論在發(fā)電廠還是變電站等所有的直流電源系統(tǒng)中,，通常高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)備在采購(gòu)過(guò)程中,，都會(huì)考慮系統(tǒng)整流模塊N+1備份及后期擴(kuò)容等需求，往往開(kāi)關(guān)電源的容量選型大于當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備實(shí)際負(fù)載,，沒(méi)有對(duì)冗余開(kāi)關(guān)電源模塊進(jìn)行識(shí)別,、休眠軟關(guān)斷和智能控制功能，結(jié)果導(dǎo)致電源實(shí)際工作負(fù)載率較低,，造成能耗的浪費(fèi),。

    3 高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的節(jié)能分析

    高頻開(kāi)關(guān)電源模塊轉(zhuǎn)換損耗主要包括輸出功耗、帶載損耗和空載損耗,。輸出功耗是根據(jù)負(fù)載電流大小決定的,，無(wú)法降低能耗,。帶載損耗主要決定因素是模塊的轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率越高則帶載損耗越少,?？蛰d損耗則是模塊內(nèi)部各器件的正常工作損耗。

    高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的效率特性,，是在一定區(qū)間內(nèi)效率隨負(fù)載電流的增加而增加,，系統(tǒng)的最佳效率區(qū)間一般是負(fù)載率在40%—80%之間。所以,，我們可以通過(guò)調(diào)整負(fù)載率來(lái)提高模塊效率,，從而降低帶載損耗?？蛰d損耗則可以通過(guò)采集實(shí)際負(fù)載大小,，計(jì)算需要的模塊數(shù)，關(guān)閉適當(dāng)?shù)哪K來(lái)降低,。根據(jù)以上所述,，模塊休眠技術(shù)可以在不增加成本的情況下有效地提高轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能,。

    4 高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的休眠技術(shù)

    模塊休眠技術(shù)是一種基于軟件實(shí)現(xiàn)的,。通過(guò)采集實(shí)際負(fù)載大小，計(jì)算負(fù)載率和實(shí)際需要開(kāi)啟模塊數(shù)量,，由監(jiān)控下發(fā)指令,，控制模塊定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，把負(fù)載率調(diào)整到40%—80%之間,，從而實(shí)現(xiàn)提高模塊轉(zhuǎn)換效率的技術(shù),。由于模塊總是處于一段時(shí)間工作和一段時(shí)間休息的狀態(tài)，也可以延長(zhǎng)模塊的使用壽命,。而且由于各模塊的工作和休息時(shí)間平均,，這樣可以實(shí)現(xiàn)模塊的同步老化，從而延長(zhǎng)整個(gè)直流電源系統(tǒng)的使用壽命,。

    4.1 模塊休眠技術(shù)的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程

    （1）通過(guò)AD轉(zhuǎn)換采集電池組電流,，判斷電池充電狀態(tài)為浮充。

    （2）通過(guò)AD轉(zhuǎn)換采集開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)際輸出電流,，通過(guò)設(shè)置得到系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源模塊理論最大輸出電流,，計(jì)算得出電源系統(tǒng)當(dāng)前負(fù)載率。

    （3）調(diào)整模塊數(shù)量,，使負(fù)載率調(diào)整到40%—80%之間,，計(jì)算當(dāng)前所需開(kāi)啟模塊數(shù)量，延時(shí)一段時(shí)間后進(jìn)入輪休狀態(tài)。

    （4）監(jiān)控下發(fā)指令控制模塊開(kāi)關(guān),，調(diào)整模塊開(kāi)啟數(shù)量為上一步計(jì)算得到的值,，并開(kāi)啟延時(shí)。

    （5）延時(shí)時(shí)間到,，開(kāi)啟一臺(tái)新模塊,，然后關(guān)閉一臺(tái)原有模塊，并開(kāi)啟新的延時(shí),。重復(fù)執(zhí)行步驟5,，實(shí)現(xiàn)輪休。

    （6）實(shí)時(shí)計(jì)算負(fù)載率,，如果超出40%—80%區(qū)間,，則重新計(jì)算需開(kāi)啟的模塊數(shù)量，然后在新的模塊數(shù)量的條件下,，繼續(xù)以上（4）步和（5）步工作,，實(shí)現(xiàn)輪休。

    軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程流程圖如圖1所示,。

圖1 軟件實(shí)現(xiàn)輪休過(guò)程流程圖

    4.2 高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的休眠技術(shù)實(shí)現(xiàn)原則

    為了在提高模塊轉(zhuǎn)換效率和節(jié)約能源的同時(shí),，保證整個(gè)直流電源系統(tǒng)的可靠性和安全性，在休眠技術(shù)中還應(yīng)該加入以下原則,。

    （1）先開(kāi)后關(guān)原則,。即在輪休狀態(tài)下要關(guān)閉1臺(tái)本來(lái)開(kāi)啟的模塊前，必須先開(kāi)啟1臺(tái)本來(lái)關(guān)閉的模塊,。并通過(guò)單獨(dú)采集新開(kāi)啟模塊的電壓,，來(lái)判斷該模塊確實(shí)開(kāi)啟后，才能關(guān)閉原有模塊,。

    （2）模塊故障跳出原則,。發(fā)現(xiàn)模塊上傳故障，或判斷模塊通訊故障,，都要立即結(jié)束輪休狀態(tài)恢復(fù)模塊浮充狀態(tài),。發(fā)現(xiàn)故障解除則重新倒計(jì)時(shí)進(jìn)入新的輪休狀態(tài)。

    （3）最少模塊數(shù)原則,。不論何時(shí)都要保證處于開(kāi)啟狀態(tài)的模塊數(shù)不少于2臺(tái),。

    （4）充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換原則,。輪休只有在浮充狀態(tài)下才進(jìn)行,。當(dāng)充電狀態(tài)從浮充轉(zhuǎn)為均充時(shí)，立即跳出輪休狀態(tài),。當(dāng)充電狀態(tài)重新轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)后,，重新倒計(jì)時(shí)進(jìn)入新的輪休狀態(tài)。

    （5）交流異常保護(hù)原則。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流供電狀況,，當(dāng)發(fā)現(xiàn)交流出現(xiàn)超限,、缺相等異常狀態(tài)時(shí)，立即跳出輪休狀態(tài),。當(dāng)檢測(cè)交流電恢復(fù)正常,，重新倒計(jì)時(shí)進(jìn)入新的輪休狀態(tài)。

    隨著網(wǎng)絡(luò)智能化的日益普及,，電源的智能化已經(jīng)成為必然的發(fā)展方向,。智能化的電源不但可診斷自身的各種故障，而且可根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合,，自動(dòng)調(diào)整,、設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)行模式，以滿(mǎn)足不同的需求,。九洲電氣的JZE-MC-V系列智能監(jiān)控系統(tǒng)就是一種智能化管理的監(jiān)控系統(tǒng),。管理人員可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置，設(shè)置電源模塊的工作狀態(tài),、充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件,、輪休狀態(tài)、輪休延時(shí)時(shí)間等,，真正的實(shí)現(xiàn)電源的智能化管理,。既增加了系統(tǒng)的靈活性又節(jié)約了能源。

    5 結(jié)束語(yǔ)

    電力用高頻開(kāi)關(guān)電源智能控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,，解決了高頻開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際使用中效率低,、浪費(fèi)能源的現(xiàn)狀，平均約提升10％的工作效率點(diǎn),，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本,，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。該技術(shù)科學(xué)先進(jìn)可實(shí)施性強(qiáng),、可靠性高,、投資成本低、效果顯著,，適合在直流電源系統(tǒng)中推廣應(yīng)用,。在履行企業(yè)節(jié)能減排的社會(huì)責(zé)任中，節(jié)約大量的電費(fèi)開(kāi)支,，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益,。