直流系统智能高频开关电源系统设计

我厂350MW超临界供热机组的直流电源由高频开关电源模块、蓄电池等设备组成，智能高频开关电源系统具有体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N+1冗余等特点，而在发电厂、变电站逐步取代了传统的硅整流型直流操作电源得到了广泛的使用。但调试期间，我厂#2机组的直流电源模块两次发生了充电电流波动的缺陷，原因为#2机组高频开关电源模块近邻热风口，温度高引起调节特性变化。直流系统设备维护的好坏，不仅关系到智能高频开关电源系统的可靠性和寿命，而且直接涉及到机组的控制和保护系统能否正常运行。可见，维护和使用好智能高频开关电源系统是非常重要的。

2 高频开关电源的结构和工作原理：

2.1高频开关电源的结构

2.1.1主电路

2.1.1.1输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2.1.1.2整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

2.1.1.3逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

2.1.1.4输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

2.1.2控制电路

控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

2.1.3检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。

2.1.4辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

2.2开关控制稳压原理

开关控制电路如图2，开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量;当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开

关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

EAB=TON/T*E

式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为"时间比率控制"(Time Ratio Control,缩写为TRC)。

我厂采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM)的方式即开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

我厂350MW机组高频电源共有11个模块，设有9个工作模块，2个备用模块。并联运行的高频电源模块具有均流功能及均流接口，在并机应用时使用，并联工作的整流模块采用硬件低差自主均流技术，使整流模块的输出实现负荷均担，具有很高的均流精度。完全支持热插拔的结构设计，使整流模块在不需要切断电源的情况下，可以自由插拔更换，维护更换特别方便。而且采用统一的高频开关整流模块，具有良好的可互换性。

3 高频开关直流设备的基本要求及注意事项

由高频开关电源的控制原理可知，智能高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用免维护蓄电池，虽然给我们带来了许多便利，但在使用过程中要注意以下几个方面，以确保使用安全。

高频开关电源系统在环境温度-5～+40℃能正常工作，温度超过规定值，电子元件的特性将发生变化，因此冬季不得开启空调运行。局部温度升高，将导致调节特性变化。表现为充电电流晃动。

高频开关要求室内清洁、少尘，否则，灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。因此应做好直流开关室的封堵工作，保持室内清洁。

蓄电池对温度要求较高，标准使用温度为25℃，建议温度范围+15～+30℃。若温度太低，会使蓄电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1%;蓄电池放电容量会随温度升高而增加，使用寿命降低，如果在高温下长期使用，温度每增高10℃，电池寿命约降低一半。

高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内，在使用中不能随意改变。

蓄电池不论是在浮充