通信電源設(shè)計(jì)前景精選(九篇)

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第1篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

本篇文章主要針對(duì)電力通信具體使用情況，論述了通信電源的重要作用，對(duì)通信電源體系的組成以及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了合理的分析，對(duì)配置設(shè)備、應(yīng)急措施、巡視檢查等工作內(nèi)容做出詳細(xì)的討論，從而確保電力系統(tǒng)通信電源能夠順利的運(yùn)作。

關(guān)鍵詞：

電力通信設(shè)備；電源管理；運(yùn)行維護(hù)

就通信系統(tǒng)而言，通信電源的任務(wù)是為了能夠?yàn)橥ㄐ旁O(shè)施提供適當(dāng)?shù)膭?dòng)力，一般可以叫做通信設(shè)備的“心臟”，對(duì)電力系統(tǒng)通信的運(yùn)行有著重要的意義。倘若通信電源發(fā)生了問(wèn)題，那么一定會(huì)對(duì)通信設(shè)備的運(yùn)作帶來(lái)不利影響，甚至可能會(huì)致使電網(wǎng)不能順利的運(yùn)作。因此，為了確保通信電源體系能夠正常的運(yùn)作，對(duì)確保通信系統(tǒng)具有一定的暢通性起著重要的作用。怎樣合理的使用好電源，就目前的情況來(lái)看，成為了需要解決的問(wèn)題。

1.電力系統(tǒng)通信電源的重要性

通信電源是對(duì)電力通信體系來(lái)說(shuō)占有重要的地位，雖然在所有的通信網(wǎng)絡(luò)里面存在較小的分量，但是該部分對(duì)通信網(wǎng)中有著舉足輕重的作用。在最近幾年里，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)也使電網(wǎng)規(guī)模在日益擴(kuò)大，最大程度上推動(dòng)了電力通信行業(yè)的快速進(jìn)步，使電力通信效率大幅度的提升，這同樣也使電力通信行業(yè)面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，通信設(shè)備主要采取直流電電源的形式，通常為光纖、微波等相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行供電。就經(jīng)營(yíng)效益而言，通信單元在通信系統(tǒng)中幾乎不是很主要的組成部分，然而從安全的角度來(lái)看，隨著一些通信設(shè)備的使用，也使其通信電源出現(xiàn)問(wèn)題的概率不斷的增加。因此，通信電源的安全性變得尤為的重要，做好電源系統(tǒng)的維護(hù)工作就變得很迫切。

2.電力系統(tǒng)通信電源的組成和技術(shù)要求

在電力系統(tǒng)中，一個(gè)完整的通信電源系統(tǒng)一般由高頻開(kāi)關(guān)電源、閥控式密封蓄電池兩部分組成，其中高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)備一般集成了交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、監(jiān)控單元等模塊。為了確保電源能夠順利的供電，通常情況下市電輸入普遍都是采取380V三相四線2路，亦或是220V單相交流2路的形式來(lái)供電的。為了進(jìn)一步避免電壓受到自然災(zāi)害的迫害，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在市電輸入端添加適當(dāng)?shù)谋芾自O(shè)備。為達(dá)到通斷互鎖、自動(dòng)切換的目的，相關(guān)單位還應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的切換設(shè)備，采取電氣互鎖的形式，可以叫做交流接觸器。相關(guān)人員在完成切換裝置以后，應(yīng)當(dāng)將交流輸入從不同的線路中輸出。在通信直流電源中，整流器占有非常重要的地位，當(dāng)前隨著電力系統(tǒng)中的整流器通常都利用模塊化的方式進(jìn)行配置的，并且直流電源給的供電品質(zhì)是依賴于相關(guān)的電氣指標(biāo)，它可以將AC-DC進(jìn)行變換并且通過(guò)并聯(lián)均流的形式來(lái)為設(shè)備供電，與此同時(shí)還可以對(duì)蓄電池組采取監(jiān)控模塊的形式進(jìn)行供電。直流配電單元將整流器輸出的直流電壓進(jìn)行分配，一路給蓄電池組充電，其它分配給通信設(shè)備和其它直流用戶供電，直流分配部分決定了設(shè)備的最終分配容量。蓄電池組對(duì)通信直流電源而言，起到了不可缺少的作用，倘若蓄電池組出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是在輸入停電期間，就會(huì)致使全面的通信設(shè)備停止工作，從而使通信出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象。當(dāng)前相關(guān)單位所應(yīng)用的蓄電池組都是采取閥控式密封鉛酸蓄電池（簡(jiǎn)稱VRLA），利用密封的形式，幾乎沒(méi)有發(fā)生酸氣泄漏的情況，并且可以使用立式、臥式等多種安裝形式；該裝置適用于浮充工作制中，這樣可以使供電系統(tǒng)的電壓能夠具有一定的穩(wěn)定性。監(jiān)控單元對(duì)于通信直流電源來(lái)說(shuō)具有智能控制中心的作用，主要有監(jiān)測(cè)功能、控制功能、告警功能，此外，監(jiān)控模塊還可通過(guò)RS232/RS485接口與上級(jí)監(jiān)控中心聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。通信電源系統(tǒng)的基本技術(shù)要求是可靠性和穩(wěn)定性。一般通信設(shè)備發(fā)生故障影響面較小，是局部性的。如果電源系統(tǒng)發(fā)生直流供電中斷故障，影響幾乎是災(zāi)難性的，往往會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)、局、通信樞紐的全部通信中斷，所以要求可靠性高。各種通信設(shè)備都有要求電源電壓穩(wěn)定，不允許超過(guò)容許的變化范闈，尤其是計(jì)算機(jī)控制的通信設(shè)備，數(shù)字電路工作速度高，頻帶寬，對(duì)電壓波動(dòng)、雜音電壓、瞬變電壓等非常敏感，所以要求穩(wěn)定性高。

3.電力系統(tǒng)通信電源的運(yùn)行維護(hù)與管理

（1）重視通信電源系統(tǒng)初期的設(shè)計(jì)及建設(shè)。相關(guān)人員在對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)交流電源、站點(diǎn)的選擇、發(fā)展前景等方面做好全面的思考，從而選用恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)作形式、相應(yīng)的配置，并且對(duì)蓄電池組等有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行合理的選擇，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)提高勘查質(zhì)量、施工流程等環(huán)節(jié)的工作效率。

（2）相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)將巡視檢查工作水平不斷的提升，對(duì)電源的運(yùn)作情況進(jìn)行全面的掌握，倘若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)的解決，并且使電源設(shè)備采取模塊化的形式，為更換工作提供方便。

（3）相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)制定出合理的應(yīng)急方案，落實(shí)切實(shí)可行的應(yīng)急措施，并且依據(jù)模塊故障、交流出現(xiàn)中斷等情況制定可以實(shí)施的方案，從而為設(shè)備供電安全提供保障。

（4）相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)所有通信電源做好集中管理工作，這同時(shí)也是通信網(wǎng)的相關(guān)要求，進(jìn)而將管理效率不斷能的提高。相關(guān)單位采取集中監(jiān)控的管理手段能夠在最大程度上提高相關(guān)人員在運(yùn)作期間對(duì)突發(fā)事情的解決能力。

（5）加強(qiáng)蓄電池維護(hù)。就通信系統(tǒng)而言，蓄電池為順利供電提供重要的保障，在整個(gè)系統(tǒng)中扮演重要的角色。通信系統(tǒng)目前一般是采取免維護(hù)密封的形式供電的，蓄電池的維護(hù)工作相對(duì)比較簡(jiǎn)單。蓄電池在出廠過(guò)程中已經(jīng)完成充電工作，但是在運(yùn)輸或者儲(chǔ)存時(shí)因?yàn)樽苑烹姸魇僭S容量，因此相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在使用的前期階段做好大充大放的工作；可以將鄰近的接線靠近一些，但是有很多并排應(yīng)用的接線應(yīng)當(dāng)保持散熱功能，其距離要保持大約10毫米為宜；當(dāng)相關(guān)人員將線連接完成以后還應(yīng)當(dāng)擰緊絕緣蓋；應(yīng)當(dāng)保持充電電壓精度要保持在不大于±2%范圍內(nèi)為宜；不管使不使用蓄電池，都應(yīng)當(dāng)在一年的時(shí)間內(nèi)做好充放電工作；倘若蓄電池組容量沒(méi)有達(dá)到一半以上的時(shí)候，就已經(jīng)到了壽命終止的時(shí)候。

（6）相關(guān)人員將通信設(shè)備融入到直流配電輸出開(kāi)關(guān)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)確定電源開(kāi)關(guān)的容量應(yīng)當(dāng)大于相應(yīng)的開(kāi)關(guān)容量，要不然就會(huì)發(fā)發(fā)生越級(jí)跳開(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，很有很能致使通信直流系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上內(nèi)容的論述，可以得知：通信電源對(duì)通信系統(tǒng)有著舉足輕重的作用，同時(shí)也很好的說(shuō)明了不管在何時(shí)都不能忽略此設(shè)備。通信電源系統(tǒng)整體品質(zhì)對(duì)通信網(wǎng)運(yùn)作的品質(zhì)以及安全性都對(duì)帶來(lái)直接的影響。對(duì)此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)加大對(duì)電源系統(tǒng)維護(hù)力度，從而確保電源系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)作有著重要的意義。相關(guān)人員在平常運(yùn)作維護(hù)以及管理時(shí)，應(yīng)當(dāng)積累經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才可以確保通信系統(tǒng)能夠順利的運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1.1整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

1.2逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

2.9分布式開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車(chē)牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專(zhuān)用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開(kāi)關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類(lèi)電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開(kāi)關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開(kāi)關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。

總而言之,電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

(l)林渭勛:淺談半導(dǎo)體高頻電力電子技術(shù),電力電子技術(shù)選編,浙江大學(xué),384-390,1992

(2)季幼章:迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998

(3)葉治正,葉靖國(guó):開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998

張國(guó)君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學(xué)測(cè)控博士后流動(dòng)站出站,現(xiàn)從事通信電源和電力直流操作電源系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作,并在清華大學(xué)電力電子研究中心進(jìn)行第二站博士后研究工作。

第3篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1.1整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

1.2逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

2.9分布式開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車(chē)牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專(zhuān)用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開(kāi)關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在

六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在

八、九十年代,對(duì)于各類(lèi)電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

第4篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。

1.1整流器時(shí)代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。

1.2逆變器時(shí)代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時(shí)代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日"能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開(kāi)關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

2.9分布式開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車(chē)牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為"開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)發(fā)了"用戶專(zhuān)用"功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類(lèi)似于微電子中的用戶專(zhuān)用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫(xiě)入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類(lèi)電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開(kāi)了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林渭勛:淺談半導(dǎo)體高頻電力電子技術(shù),電力電子技術(shù)選編,浙江大學(xué),384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998。

[3]葉治正,葉靖國(guó):開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998。

第5篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

一、電子技術(shù)概述

電子技術(shù)是依據(jù)電子學(xué)的基本原理,利用電子元器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué),其中包括電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)兩大分支。在二十世紀(jì)五十年代自從晶閘管問(wèn)世之后,逐漸發(fā)展出電子技術(shù)這門(mén)學(xué)科,緊接著在開(kāi)辟了整流器時(shí)代,在七十年代和八十年代又發(fā)展成為變頻器時(shí)代,八十年代和九十年代電子技術(shù)又迎來(lái)高電壓和高功率為代表的半導(dǎo)體時(shí)代,同時(shí)這一時(shí)期也開(kāi)始了低頻電子技術(shù)像高頻技術(shù)轉(zhuǎn)變的萌芽。如今,電子技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)當(dāng)中,在生活中處處都可以看見(jiàn)他們的身影,在各行各業(yè)都有著非常重要的價(jià)值,它所包含的內(nèi)容逐漸豐富,現(xiàn)如今其技術(shù)已經(jīng)日趨完善,迎來(lái)發(fā)展的高峰期。

僅僅以電子技術(shù)發(fā)展的綜合實(shí)力來(lái)看,我國(guó)電子技術(shù)的開(kāi)發(fā)能力與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距,中國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展要形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,就必須依據(jù)中國(guó)實(shí)際發(fā)展國(guó)情,借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn),走出一條具有中國(guó)特色的道路。從研究并分析國(guó)外先進(jìn)技術(shù),逐步走上自主創(chuàng)新,學(xué)科交叉滲透的創(chuàng)新,從電子器件選擇和電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型上進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新,這是特別有用的電子技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展。同時(shí)也應(yīng)該從新材料科學(xué)的應(yīng)用,設(shè)備制造過(guò)程中技術(shù)的不斷推動(dòng)和促進(jìn)實(shí)際應(yīng)用電子技術(shù),將產(chǎn)品應(yīng)用、技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)三個(gè)部分進(jìn)行有機(jī)整合,并促進(jìn)中國(guó)的電子技術(shù)強(qiáng)有力的發(fā)展和轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力的高度顯著,快速促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

二、電子技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用

(1)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的越來(lái)越完善,電子科學(xué)領(lǐng)域的電氣設(shè)備研究也發(fā)展的較為迅速,在通信行業(yè)中電源技術(shù)運(yùn)用的比較多,現(xiàn)如今已經(jīng)成為通信電源系統(tǒng)的必不可少的部分,一旦電源是單相或三相交流電流轉(zhuǎn)換成直流8V。然而,交換機(jī)使用的一次電源,高頻開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定傳輸,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)供電的分流和效率的提高。目前,在日常生活中通信移動(dòng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的功率容量的使用情況也逐漸增加,通常使用的是從總線上的電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電源模塊的高頻隔離,不僅便于維護(hù),易于安裝,可以大大減少損失。

(2)電子技術(shù)中,DC轉(zhuǎn)換器中的二次電源模塊已經(jīng)非常的商業(yè)化,它使用的是PWM的高頻技術(shù)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,集成電路、電源模塊也越來(lái)越高,其功率密度電源模塊的小型化的主要要求有更高的要求。

(3)變頻器中所包含的電子技術(shù),主要是體現(xiàn)在交流電機(jī)變頻調(diào)速上面,這種技術(shù)在整個(gè)電力系統(tǒng)中起著不可替代的作用,同時(shí)還可以節(jié)能,主電路一般用于從AC到DC交換路由。通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為一個(gè)固定的直流電壓,高頻率逆變器由一個(gè)晶體管具有大的功率,然后,由一個(gè)可變頻率的交流輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出。

(4)電子技術(shù)還運(yùn)用在分布式電源系統(tǒng)。這種分布式電源系統(tǒng)主要是小型電源模塊和大型控制電路圖上,多數(shù)的電源系統(tǒng)都是由這兩個(gè)基本部分組成,采用一定的新技術(shù),完成智能化大功率開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng),強(qiáng)弱電進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,高功率組件的使用耗能、壓力被大大降低,生產(chǎn)效率將得到極大改善。該電源還具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于在各種通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的低電壓電源,分布式電源系統(tǒng)或一個(gè)更合適的電源,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源擁有使用方便、體積小的特點(diǎn),具有良好的發(fā)展前景,被廣泛用于高新技術(shù)領(lǐng)域。

三、電子技術(shù)發(fā)展引用前景

中國(guó)的電子技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能化和高速化,電氣產(chǎn)品的高速發(fā)展不僅可以節(jié)省材料,也能夠進(jìn)行節(jié)能,電子技術(shù)只繼續(xù)開(kāi)拓創(chuàng)新,為了更好地適應(yīng)人們高科技時(shí)代電子技術(shù)的發(fā)展需求。創(chuàng)新和發(fā)展是當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展指引,并積極轉(zhuǎn)向高頻的方向發(fā)展,同時(shí)注重創(chuàng)新和發(fā)展,是電子技術(shù)發(fā)展今后發(fā)展的關(guān)鍵。達(dá)到較高的統(tǒng)一水平。高頻開(kāi)關(guān)電源和模塊化技術(shù)的發(fā)展將帶動(dòng)整個(gè)電子技術(shù)的高速發(fā)展,更好地整合高效率和高品質(zhì)的電力。更多類(lèi)型的電源開(kāi)關(guān)電源,而不是將成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

第6篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

在綠色消費(fèi)與可持續(xù)發(fā)展日益受到關(guān)注的形勢(shì)下，臺(tái)達(dá)以高效節(jié)能為切入點(diǎn)，高調(diào)亮相2013上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)。這家在國(guó)際代工領(lǐng)域久負(fù)盛名的企業(yè)，正在以電源管理與散熱管理解決方案提供商的身份，走在從代工向品牌轉(zhuǎn)型之路上。

綠色成就企業(yè)發(fā)展

像臺(tái)灣很多電子企業(yè)一樣，臺(tái)達(dá)也是從代工切入的。在不斷積累技術(shù)、錘煉內(nèi)功的同時(shí)，臺(tái)達(dá)敏銳地抓住了外部機(jī)遇，從而實(shí)現(xiàn)了從代工低端產(chǎn)品逐步發(fā)展到代工高端產(chǎn)品。

1971年，從美國(guó)TRW公司離職后，鄭崇華創(chuàng)辦了臺(tái)達(dá)。最初，臺(tái)達(dá)只是做電視機(jī)線圈，市場(chǎng)也在島內(nèi)。1973年全球遭遇石油危機(jī)，島內(nèi)市場(chǎng)需求急劇萎縮，逼得臺(tái)達(dá)將目光轉(zhuǎn)向國(guó)際市場(chǎng)，這樣，臺(tái)達(dá)“被迫”完成了重心從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)到國(guó)際市場(chǎng)的轉(zhuǎn)移。

上個(gè)世紀(jì)80年代初，臺(tái)達(dá)又一次抓住了個(gè)人電腦高速發(fā)展刺激了開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)需求的機(jī)遇，企業(yè)實(shí)現(xiàn)了從低端產(chǎn)品代工到高端產(chǎn)品代工的升級(jí)。為了滿足PC跨國(guó)企業(yè)全球交付的要求，臺(tái)達(dá)再次“被迫”實(shí)現(xiàn)了全球化。如今，臺(tái)達(dá)在全球服務(wù)器電源市場(chǎng)的占有率超過(guò)50%，其中白金級(jí)用戶市場(chǎng)占有率超過(guò)90%。谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜這些全球最大的云計(jì)算廠商都是臺(tái)達(dá)的客戶。

在寶島臺(tái)灣，鄭崇華被譽(yù)為第一綠巨人。他為臺(tái)達(dá)定下了“環(huán)保、綠色、愛(ài)地球”的經(jīng)營(yíng)使命。1990年臺(tái)達(dá)成立了環(huán)保教育基金會(huì)，并在1999年開(kāi)始評(píng)估無(wú)鉛焊接，于2001年在臺(tái)達(dá)江蘇吳江工廠建立了重金屬及毒性物質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室。最初，有些同行并不看好，因?yàn)闊o(wú)鉛焊接將提高成本，而代工業(yè)對(duì)成本控制十分嚴(yán)格。這種堅(jiān)持很快就帶來(lái)了回報(bào)，2001年，索尼找到臺(tái)達(dá)洽談?dòng)螒驒C(jī)電源代工。索尼本來(lái)還建議臺(tái)達(dá)逐步改用無(wú)鉛工藝，沒(méi)想到臺(tái)達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)鉛工藝，于是，索尼增加訂單數(shù)量并于2003年將海外首張“綠色伙伴”認(rèn)證證書(shū)頒給了臺(tái)達(dá)。

如今，人們熟知的RoHS（關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令），是歐盟在2002年頒布并于2006年開(kāi)始執(zhí)行的。

2013年，臺(tái)達(dá)連續(xù)三年入選道瓊斯與SAM聯(lián)合的世界可持續(xù)發(fā)展指數(shù)企業(yè)，并且在SAM的《2013可持續(xù)發(fā)展年鑒》中，獲得電子設(shè)備行業(yè)金牌（領(lǐng)先者），三星獲得銀牌，而另一家知名UPS廠商也獲得了電氣部件與設(shè)備行業(yè)銅牌的良好成績(jī)。

打破能耗瓶頸

“節(jié)能環(huán)保的理念不僅體現(xiàn)在從2005年開(kāi)始臺(tái)達(dá)在全球各地的新建設(shè)施都滿足綠建筑的要求，而且體現(xiàn)在其產(chǎn)品生產(chǎn)上。從按照RoHS標(biāo)準(zhǔn)采購(gòu)物料，到生產(chǎn)線低耗能，再到產(chǎn)品包裝，都體現(xiàn)了這一理念?！?臺(tái)達(dá)關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)事業(yè)部總經(jīng)理蔡文蔭博士表示，“更為重要的是，臺(tái)達(dá)高效的產(chǎn)品可以為客戶降低能耗。最近我們推出的電源產(chǎn)品的效率都達(dá)到了96%，通信電源產(chǎn)品還達(dá)到了97%?！?/p>

千萬(wàn)不要小看了電源產(chǎn)品效率百分之幾甚至百分之一的提高。蔡文蔭介紹說(shuō)：“2012年國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心耗電1634億千瓦時(shí)，當(dāng)年三峽水電站的發(fā)電量為981億千瓦時(shí)。預(yù)計(jì)2013年國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的耗電量將增長(zhǎng)到1897億千瓦時(shí)。這幾乎等于兩個(gè)三峽水電站的年發(fā)電總量。”

“如果數(shù)據(jù)中心的生命周期為20年，那么，包括用電和制冷在內(nèi)的能源支出將占到數(shù)據(jù)中心總成本的75%。”蔡文蔭說(shuō)。

通常，人們用PUE來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心的能源效率，即數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比。理想情況是PUE=1，即能源100%用在IT負(fù)載上，沒(méi)有一點(diǎn)浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE在2.2～3.0，美國(guó)數(shù)據(jù)中心在2左右，而臺(tái)達(dá)在上海的數(shù)據(jù)中心PUE達(dá)到了1.5。

今年10月，F(xiàn)acebook毗鄰北極圈的數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造出了PUE=1.04的紀(jì)錄。這個(gè)數(shù)據(jù)中心是基于Facebook倡導(dǎo)的開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）的示范數(shù)據(jù)中心。該項(xiàng)目專(zhuān)注于數(shù)據(jù)中心供電、制冷、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)制定。無(wú)論是作為OCP成員，還是作為Facebook UPS的供應(yīng)商，臺(tái)達(dá)與Facebook都有著深度的合作。臺(tái)達(dá)也是國(guó)內(nèi)天蝎計(jì)劃的核心成員，天蝎計(jì)劃是百度、阿里巴巴和騰訊這三個(gè)互聯(lián)網(wǎng)倡導(dǎo)的基于OCP的項(xiàng)目。

臺(tái)達(dá)做品牌的底氣

做代工與做品牌是兩種差異很大的商業(yè)模式?！爱?dāng)初我們做代工，主要是做ODM（原始設(shè)計(jì)制造商），生意單純，只要把品質(zhì)做好，把成本控制好就行了。但是，隨著UPS市場(chǎng)的品牌集中化，有的廠商開(kāi)始自行制造UPS。這就使得臺(tái)達(dá)的客戶群過(guò)于集中，從而帶來(lái)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)?！辈涛氖a表示，“于是，臺(tái)達(dá)從2010年開(kāi)始嘗試做自有品牌?！?/p>

臺(tái)達(dá)做自有品牌UPS的底氣來(lái)自多方面。

“臺(tái)達(dá)在中國(guó)臺(tái)灣、上海及美國(guó)建有公司級(jí)的研究中心，以周期為10年以上的長(zhǎng)期研究為主。而各事業(yè)部面向周期為3～5年的研發(fā)和當(dāng)前產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)而建立的研發(fā)中心，則分布在亞洲、北美和歐洲，僅在祖國(guó)大陸臺(tái)達(dá)就建有十多個(gè)研發(fā)中心。臺(tái)達(dá)2013財(cái)年總收入為71億美元，臺(tái)達(dá)會(huì)將總收入的5%投入到研發(fā)中?！辈涛氖a表示。

品質(zhì)控制是代工企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。臺(tái)達(dá)成立時(shí)，鄭崇華就把他在TRW力主的“第一次就把事情做對(duì)”的理念繼承下來(lái)?！案鶕?jù)產(chǎn)品的生命周期，臺(tái)達(dá)的質(zhì)量管理分為設(shè)計(jì)質(zhì)量保障（DQA）、材料質(zhì)量保證（VQC）、制造質(zhì)量保證（MQA）和售后質(zhì)量保證（SQA）?！辈涛氖a說(shuō)，“這些書(shū)本上都有，關(guān)鍵是落實(shí)和執(zhí)行。臺(tái)達(dá)在設(shè)計(jì)和制造體系上已經(jīng)相當(dāng)完善了，在與國(guó)際頂級(jí)企業(yè)合作中，臺(tái)達(dá)的執(zhí)行力得到進(jìn)一步強(qiáng)化。臺(tái)達(dá)的電源產(chǎn)品被用于美國(guó)宇航局火星探測(cè)?！?/p>

在亮出自有品牌之前，臺(tái)達(dá)已在祖國(guó)大陸通信市場(chǎng)耕耘多年。中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商都是臺(tái)達(dá)的客戶，電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求很苛刻。當(dāng)臺(tái)達(dá)把這種服務(wù)拓展到其他行業(yè)時(shí)也使得這些用戶感到滿意。

“臺(tái)達(dá)有著豐富的產(chǎn)品線，能夠滿足從小企業(yè)幾平方米的機(jī)房到大中型企業(yè)和銀行，直至百度這樣的互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)UPS和制冷的需求。”蔡文蔭表示，“在為Facebook等互聯(lián)網(wǎng)巨頭提供定制化服務(wù)的過(guò)程中，臺(tái)達(dá)解決方案的能力得到長(zhǎng)足的提升，我們?cè)谧鎳?guó)大陸有一個(gè)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)來(lái)為客戶提供全方位的服務(wù)?！?/p>

此前，臺(tái)達(dá)曾抓住石油危機(jī)和PC崛起的機(jī)遇，使得企業(yè)超常規(guī)發(fā)展。如今，變高耗能的粗放式發(fā)展為可持續(xù)發(fā)展模式已經(jīng)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)于電源管理和散熱管理解決方案供應(yīng)商而言，沒(méi)有比這更好的打造品牌的機(jī)會(huì)了。

鏈 接

《可持續(xù)發(fā)展年鑒》

第7篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

關(guān)鍵詞:節(jié)能降耗;綠色通道;核心網(wǎng)絡(luò)

近幾年來(lái)，全球移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。2007年，全球移動(dòng)用戶數(shù)增長(zhǎng)了25.9%，2008年由于umts3g網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通，用戶數(shù)增長(zhǎng)了14%，2009年3g網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通，用戶將向wimax網(wǎng)絡(luò)和4g網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移?？傊?，全球移動(dòng)市場(chǎng)仍處于快速增長(zhǎng)期。通信產(chǎn)業(yè)是一個(gè)高科技行業(yè)，也是一個(gè)高耗能行業(yè)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及機(jī)房、基站等成倍增加，能耗巨大，目前我國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)有上萬(wàn)臺(tái)的核心交換設(shè)備，有幾十萬(wàn)的基站，大量的設(shè)備不僅需要人員的支撐，而且不間斷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也更需要能源來(lái)保障。據(jù)有關(guān)部門(mén)估計(jì)，2007年我國(guó)it產(chǎn)品的總耗電預(yù)計(jì)為300億—500億千瓦時(shí)。這幾乎相當(dāng)于三峽電站一年的發(fā)電總量（2006年為492.50億千瓦時(shí)）。這些林林總總的it產(chǎn)品，已經(jīng)讓我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，改變著人們的生產(chǎn)和生活狀態(tài)，但是這些it產(chǎn)品功耗大而且數(shù)量眾多，累積起來(lái)所消耗的電能可以說(shuō)是觸目驚心。2008年世界金融風(fēng)暴使得全球能源供給日趨緊張，2009年能源緊張的格局將會(huì)更加嚴(yán)峻，因此節(jié)能降耗的綠色通道對(duì)于通信行業(yè)來(lái)說(shuō)顯得尤為重要。

由于it設(shè)備需要成年累月不間斷地運(yùn)行，除了it設(shè)備自身耗電量巨大外，為滿足機(jī)房環(huán)境溫度、濕度、空氣含塵濃度的要求，機(jī)房?jī)?nèi)要獨(dú)立設(shè)置空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上用于機(jī)房環(huán)境條件技術(shù)保障的其他設(shè)備，這些最終導(dǎo)致機(jī)房成為電力消耗的“大戶”。從機(jī)房用電分配上來(lái)看，其中it設(shè)備占電能總能耗的44%，制冷系統(tǒng)占38%，電源系統(tǒng)占到15%，照明系統(tǒng)占3%。在機(jī)房的it設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大概占30%，即大約占機(jī)房總能耗的13%。同時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗降低，相應(yīng)的空調(diào)等外圍設(shè)備的消耗也會(huì)相應(yīng)降低，因此目前網(wǎng)絡(luò)中心耗能最大的是服務(wù)器，其次是一些主干網(wǎng)采用的大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當(dāng)然其他低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因?yàn)閿?shù)量眾多也是不容忽視的。主設(shè)備是指服務(wù)器、bts（基站收發(fā)臺(tái)），其功耗由接入設(shè)備的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷決定；配套設(shè)備主要指空調(diào)，基站設(shè)備對(duì)環(huán)境溫度、濕度和潔凈度有一定要求，以保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行，空調(diào)占了總功耗的絕大部分，平均下來(lái)約為總功耗的50%，以中國(guó)電信為例，2007年全年消耗電能超過(guò)200億度，各種能耗費(fèi)用超過(guò)100億元人民幣；其它功耗成分來(lái)自配電系統(tǒng)等。

各國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始行動(dòng)以減少能源的消耗、二氧化碳及其他污染物的排放，我國(guó)“十一五”規(guī)劃就明確了節(jié)能減排的工作指標(biāo)：到2010年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右。能源的消耗可以用二氧化碳的排放量來(lái)計(jì)算，1千瓦時(shí)約等于0.658kg二氧化碳排放量，除主設(shè)備外其他設(shè)備的能源消耗也可以用二氧化碳的排放量來(lái)計(jì)算。假設(shè)一個(gè)正?；究墒褂?0年，總二氧化碳排放量為422噸。在所有的影響因素中，主設(shè)備占了總二氧化碳排放量的30.9%。根據(jù)對(duì)二氧化碳排放量的分析，通信產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗的綠色通道可以從以下5方面展開(kāi)：1、打造綠色基站，采用新型的功放芯片和高效功放技術(shù)，提高設(shè)備的能效；2、應(yīng)用綠色基站軟件有效降低靜態(tài)功耗，大幅降低業(yè)務(wù)量少時(shí)的能耗。3、綠色高效的冷卻方案，即減少冷卻能耗和提高電信設(shè)備耐熱能力，這樣設(shè)備可工作在室溫或更大濕度環(huán)境中。4、使用高集成度或分布式方案來(lái)減少基站占用空間，即采用多密度載波和射頻寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)單模塊支持4到6個(gè)載波，同等容量下基站體積更小，重量更輕，ups等配套要求更低。5、綠色能源的使用，即充分利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等綠色環(huán)保能源。

一、建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)

從這么多年從事通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)中，筆者了解到傳統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，不僅一二級(jí)核心網(wǎng)絡(luò)層次多，而且大量的網(wǎng)元導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，整網(wǎng)能耗偏高。以筆者設(shè)計(jì)的機(jī)房為例：機(jī)房空間有限，服務(wù)器的能耗非常高，導(dǎo)致散熱程度差，而且需要加裝空調(diào)，再加上每年擴(kuò)容的需要，交換機(jī)走線和設(shè)備布局的不合理，使機(jī)房無(wú)法實(shí)施更進(jìn)一步的節(jié)能降耗措施。因此建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)勢(shì)在必行。建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)首先應(yīng)該優(yōu)化核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)的扁平化管理，減少核心網(wǎng)中網(wǎng)元的數(shù)量，使核心設(shè)備上移，逐步使用集成度高，電信級(jí)別的平臺(tái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的服務(wù)器，同時(shí)建立專(zhuān)業(yè)的機(jī)房散熱管理方案，如采用自下而上的回風(fēng)流方式提高冷風(fēng)的利用率，尤其是在北方城市，這樣就可以有效減少機(jī)房空調(diào)的使用。

筆者還要強(qiáng)調(diào)一下，在工程前期調(diào)研及初設(shè)階段首先考慮選擇擁有綠色基站技術(shù)的供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商，例如華為和vodafone。他們擁有ip組網(wǎng)、分布式基站、先進(jìn)功放、智能電源管理、多載頻技術(shù)、統(tǒng)一架構(gòu)等關(guān)鍵綠色技術(shù)。這樣設(shè)計(jì)的基站穩(wěn)定性、可靠性高，功耗能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化，而且更有利于網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)升級(jí)。

二、充分利用軟件技術(shù)降低能耗

除提高設(shè)計(jì)水平和利用硬件升級(jí)等手段降低能耗以外，充分利用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗也越來(lái)越重要。隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，大到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，小到cpu超頻。以筆者所在單位為例，通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他單位基礎(chǔ)設(shè)施的更新?lián)Q代，如果頻繁地對(duì)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，將造成大量在線設(shè)備的退網(wǎng)淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術(shù)提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過(guò)對(duì)上網(wǎng)用戶在線時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，全網(wǎng)在忙時(shí)和閑時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變換最大，那么就可以通過(guò)軟件調(diào)整核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主頻，讓它隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化，在閑時(shí)自動(dòng)將設(shè)備處理能力降低，減少電能的消耗。

三、提高空間利用率降低設(shè)備冗余度

隨著通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年入網(wǎng)用戶日益增多，基站和設(shè)備間能夠利用的空間越來(lái)越小，設(shè)備密度也越來(lái)越大，電力消耗明顯提高，因此采用高集成度或分布式設(shè)計(jì)方案來(lái)減少基站和設(shè)備間的空間占用，使用體積更小，重量更輕，支持端口更多的設(shè)備來(lái)有效降低設(shè)備冗余度，對(duì)于降低能耗也是重要的綠色手段。對(duì)于高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)講，性能和功能無(wú)疑是最重要的，功耗降低會(huì)以性能的降低為代價(jià)。一般的情況下，為保證功能、性能、業(yè)務(wù)卡的數(shù)量和運(yùn)行可靠，設(shè)備的功耗也會(huì)較大。這類(lèi)設(shè)備數(shù)量較少，放置位置的環(huán)境情況也比較好。因此，在選擇高端設(shè)備方面我們只是把功耗指標(biāo)作為一個(gè)輔助的參考指標(biāo)。

對(duì)于低端的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如數(shù)量巨大的接入層交換機(jī)，雖然他們的功能都很強(qiáng)大，但是我們實(shí)際應(yīng)用時(shí)只會(huì)用到它的部分功能，完全可以通過(guò)犧牲一些我們不需要的性能來(lái)?yè)Q取設(shè)備的功耗降低。現(xiàn)在有一些接入層交換機(jī)因?yàn)樽陨砉男?，已?jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部無(wú)風(fēng)扇，這類(lèi)產(chǎn)品就能很好地降低設(shè)備的功耗。對(duì)于低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)說(shuō)，采購(gòu)過(guò)程中會(huì)把功耗作為一個(gè)比較重要的指標(biāo)來(lái)考慮

四、推崇綠色環(huán)保能源的使用

利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等混合能源，可更好地保護(hù)環(huán)境，減少污染物排放。在有條件的地區(qū)充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問(wèn)題。在北方城市，利用季節(jié)明顯，冬季日夜溫差較大的特點(diǎn)，優(yōu)化基站、核心機(jī)房、設(shè)備間的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案和溫度控制方案，充分利用自然環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)溫控的目的，減少冷卻系統(tǒng)和大功率空調(diào)的使用，降低能耗，建立更多能源使用的綠色通道，使能源利用率更高。

為了使通信產(chǎn)業(yè)向著更加綠色的方向發(fā)展，節(jié)能降耗勢(shì)在必行，讓我們共同努力，打造出更多的綠色通道，從技術(shù)上提高設(shè)備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實(shí)際行動(dòng)來(lái)保護(hù)環(huán)境，推動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

第8篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

電力電子技術(shù)是以電力為對(duì)象的電子技術(shù)，它將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件組成各種電力變換電路實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制，構(gòu)成了一門(mén)完整的學(xué)科，該學(xué)科被國(guó)際電工委員會(huì)命名為電力電子學(xué)（PowerElectronics）或稱為電力電子技術(shù)。它是一門(mén)綜合了電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科。電力電子技術(shù)包括電力電子器件、電力電子電路和控制技術(shù)三個(gè)部分，它的研究任務(wù)是電力電子器件的應(yīng)用、電力電子電路的電能變換原理、控制技術(shù)以及電力電子裝置的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

1.電力電子器件的發(fā)展

電力電子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，電力電子技術(shù)的每一次飛躍都是以新器件的出現(xiàn)為契機(jī)的。1947年，美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場(chǎng)革命。以此為基礎(chǔ)，美國(guó)在1956年研制出了最先用于電力領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件——硅整流二極管（SemiconductorRectifier，SR），又稱為電力二極管（PowerDiodes，PD）。20世紀(jì)80年代中后期，為了進(jìn)一步減少低壓高頻開(kāi)關(guān)電源中電力半導(dǎo)體器件的管壓降和損耗，同步整流管也應(yīng)運(yùn)而生。1957年，美國(guó)通用電氣公司（GE）發(fā)明了普通反向阻斷型可控硅整流管（SilliconControlledRectifier，SCR），以后稱為晶閘管（Thyristor）。它標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。經(jīng)過(guò)工藝完善和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，到了20世紀(jì)70年代，晶閘管已形成從低壓小電流到高壓大電流的系列產(chǎn)品。以晶閘管為主要器件的電力電子技術(shù)很快在電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機(jī)車(chē)、鋼鐵工業(yè)（感應(yīng)加熱）、電力工業(yè)（直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償）中獲得了廣泛的應(yīng)用。由晶閘管及其派生器件構(gòu)成的各種電力電子系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中主要解決了傳統(tǒng)的電能變換裝置中所存在的能耗大和裝置笨重的問(wèn)題，因而大大地提高了電能的利用率，同時(shí)也使工業(yè)噪聲得到了一定程度的控制。電力半導(dǎo)體器件經(jīng)過(guò)了五十多年的發(fā)展，器件制造水平不斷提高，已經(jīng)歷了以硅整流管（SR）、晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、巨型晶體管（GTR）、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的分立器件時(shí)期，現(xiàn)在已發(fā)展到由驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、傳感電路、保護(hù)電路、邏輯電路等集成在一起的高度智能化的PIC和IPM時(shí)期。電力半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)了器件與電路的集成，強(qiáng)電與弱電、功率流與信息流的集成，成為機(jī)和電之間的智能化接口，它是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)單元。按照其控制特性來(lái)說(shuō)，電力半導(dǎo)體器件可分為以硅整流管（SR）為代表的不可控器件，以晶閘管（SCR）為代表的只能通過(guò)門(mén)極電流控制其開(kāi)通而不能控制其關(guān)斷的半控型器件和以可關(guān)斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的既能控制其開(kāi)通又能控制其關(guān)斷的全控型器件三大類(lèi)。在器件的控制模式上，電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)從電流型控制模式發(fā)展到電壓型控制模式，這不僅大大降低了門(mén)極的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率由工頻中頻高頻不斷提高。在電力電子技術(shù)走向智能化、高頻化、大功率化、模塊化、綠色化的進(jìn)程中，作為其基礎(chǔ)的新型電力半導(dǎo)體器件不斷涌現(xiàn)，為電力電子技術(shù)的發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。電力電子器件已經(jīng)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，在各行各業(yè)發(fā)揮了重要作用，給電力電子技術(shù)注入了強(qiáng)大的生命力。

2.電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

電力電子學(xué)與裝置的市場(chǎng)需求與日俱增，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面。

（1）一般電源。包括不停電電源、電解電源、電鍍電源、開(kāi)關(guān)電源、機(jī)車(chē)輔助電源、微機(jī)及儀器儀表電源、航空電源、通信電源。

（2）專(zhuān)用電源。包括電化學(xué)電源、微弧氧化電源、蓄電池充電放電、電子模擬負(fù)載、電解水電源、交流電子穩(wěn)壓電源、脈沖功率電源、電力測(cè)功機(jī)。

（3）電力牽引及傳動(dòng)控制。包括電力機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)、礦井提升機(jī)、軋鋼機(jī)傳動(dòng)。

（4）電力系統(tǒng)應(yīng)用。高壓直流輸電（HVDC）。

（5）有源濾波器。傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器由于其濾波性能較差，難于應(yīng)付日益嚴(yán)重的電網(wǎng)“公害”。人們從電力電子學(xué)本身找到了解決的途徑，這就是有源濾波器。

（6）新能源利用。包括光電池、風(fēng)力發(fā)電等，電力電子裝置還將用于太陽(yáng)能發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電裝置與電力系統(tǒng)的連接。（7）節(jié)能。采用電力電子裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速可以達(dá)到很高的效率。

（8）電氣工藝應(yīng)用。包括在焊接設(shè)備及感應(yīng)加熱中的應(yīng)用。

（9）家用電器。種類(lèi)繁多的家用電器，小至一臺(tái)調(diào)光燈具、高頻熒光燈具，大至通風(fēng)取暖設(shè)備、微波爐及眾多的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，都離不開(kāi)電力電子交流電路。

（10）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（STATCOM）（串聯(lián)）和典型功率應(yīng)用100MW。用于電網(wǎng)的電壓控制和無(wú)功補(bǔ)償。

（11）柔性輸電技術(shù)。柔流輸電系統(tǒng)（flexibleACtransmissionsystem，F(xiàn)ACTS）是指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強(qiáng)系統(tǒng)可控性和增加功率傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。

（12）電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（EV/HEV）。

二、教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重實(shí)際應(yīng)用、傳授先進(jìn)教學(xué)內(nèi)容

“電力電子技術(shù)”是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)性較強(qiáng)且與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合的課程，自誕生以來(lái)已形成了豐富的器件系列、變換技術(shù)和控制技術(shù)，特別是電力電子裝置在工業(yè)、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)中的應(yīng)用更加廣泛。在教學(xué)中應(yīng)合理選擇內(nèi)容，特別是先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生既要打好理論基礎(chǔ)，又要注重實(shí)際應(yīng)用。知識(shí)是相互聯(lián)系、相互滲透的。在學(xué)習(xí)“電力電子技術(shù)”之前，應(yīng)首先學(xué)好“電路”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門(mén)課程。電力半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)核心。電力電子器件的基本特點(diǎn)之一是能以信號(hào)輸入控制很大的輸出，這就使電力電子設(shè)備成為強(qiáng)、弱電之間接口的基礎(chǔ)。講解器件原理及特性，目的是為了應(yīng)用器件組成電路，故應(yīng)掌握器件外部特性、極限參數(shù)和使用注意事項(xiàng)，三方面的內(nèi)容應(yīng)以電路為主。

三、采用現(xiàn)代化的教學(xué)方法和教學(xué)手段

隨著教學(xué)手段和方法的不斷更新，學(xué)生應(yīng)注重綜合能力的培養(yǎng)。因此，教師在課堂的教學(xué)中，不僅要傳授理論知識(shí)，而且要訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。這樣，學(xué)生畢業(yè)后可通過(guò)實(shí)際鍛煉和自我學(xué)習(xí)來(lái)提高實(shí)際工作能力。由于電力電子技術(shù)涵蓋的知識(shí)內(nèi)容多、難度大、實(shí)用性強(qiáng)，教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)著重基本原理和分析方法的講授，加強(qiáng)知識(shí)的系統(tǒng)性，培養(yǎng)學(xué)生融會(huì)貫通知識(shí)的能力。講授時(shí)采用啟發(fā)式教學(xué)方法，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，有助于學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。在課堂上采用討論式教學(xué)方法讓學(xué)生自己講，自己評(píng)，效果十分理想。由于學(xué)生在入學(xué)時(shí)分?jǐn)?shù)的差異和接收問(wèn)題的能力不同，教師在教學(xué)中應(yīng)注重因材施教，分層教學(xué)。實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段現(xiàn)代化可以加大授課的信息量，節(jié)約課時(shí)，是增強(qiáng)教學(xué)效果的重要措施?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)的最大特點(diǎn)就是借助于波形，分析電力電子器件和電路的工作狀態(tài)，以確定電路中能量的變換和傳遞。在“黑板+粉筆”傳統(tǒng)的授課方式中，教師畫(huà)電路圖和波形圖時(shí)，時(shí)間用的比較多，而運(yùn)用多媒體教學(xué)可以形象地表達(dá)一些語(yǔ)言難以描述清楚的問(wèn)題。對(duì)學(xué)生理解電路的工作原理有事半功倍的效果，因此，將多媒體教學(xué)應(yīng)用到該課程的教學(xué)中，通過(guò)多媒體技術(shù)將實(shí)際應(yīng)用中的電路和電力電子裝置做成影音資料帶到課堂上，可以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，還可以利用網(wǎng)絡(luò)教室開(kāi)展多媒體教學(xué)，是一種更有發(fā)展前景的現(xiàn)代化教學(xué)手段。

四、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重學(xué)生綜合能力培養(yǎng)

電力電子技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的重要手段，因此，應(yīng)精選最基本的也有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)選擇教材上具有代表性的實(shí)驗(yàn)來(lái)組織教學(xué)，例如，選擇在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備及家用電器等廣泛應(yīng)用的半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，介紹典型的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)、元器件和工作原理，使學(xué)生對(duì)開(kāi)關(guān)電源有了深刻的理解，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于電力電子電路具有強(qiáng)、弱電結(jié)合的特點(diǎn)，要特別強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)則、保證實(shí)驗(yàn)安全。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師還可以采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式，即部分實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是具有精度高、重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行科學(xué)研究和教學(xué)的重要手段之一。將仿真軟件引入教學(xué)中，可以讓學(xué)生自己去動(dòng)手設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)實(shí)用電路模型，并對(duì)電路運(yùn)行效果進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生充分發(fā)揮想象力，極大地提高了學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力。

第9篇：通信電源設(shè)計(jì)前景范文

關(guān)鍵詞：通信基站；能耗模型；最小二乘支持向量機(jī)；粒子群；滾動(dòng)時(shí)間窗

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18；TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Modelling of Base Station Energy Consumption System

Based on Sliding Window PSO-LSSVM

ZHANG Yingjie1，2，XU Wei1，2，TANG Longbo1，2， ZHANG Ying1，2，

LIU Wenbo1，2，HU Zuolei1，2，F(xiàn)AN Chaodong3

（1. College of Information Science and Engineering，Hunan University， Changsha 410082， China；

2.Institute for Communications Energy Conservation， Hunan University， Changsha 410082， China；

3.The College of Information Engineering， Xiangtan University， Xiangtan 411105， China）

Abstract：Base station is a major node for communication network's energy consumption. The accurate calculation of the energy-saving amount for the base station under EPC model is a technology bottleneck in this field. This paper proposed a modeling method of energy consumption of the base station based on particle swarm optimization （PSO） and least squares support vector machine （LSSVM） of sliding window， oriented at three kinds of typical scenarios base station. In this approach， a sliding window was established by selecting configuration parameters of base station and real-time data for pretreatment， and then the dynamic energy consumption model was obtained for the base station， which varied in accordance with that of the sliding window by means of the parameters for PSO training model and LSSVM regression training model. Compared with the simulation and test results from the sample base station， the proposed energy consumption model shows high prediction accuracy and generalization ability， and is applicable for the evaluation of energy-saving engineering of the base station.

Key words：base station；energy consumption model；LSSVM（Least Squares Support Vector Machine）；PSO（Particle Swarm Optimization）；sliding window

S著通信業(yè)務(wù)快速發(fā)展，通信業(yè)能源消耗也呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，而通信基站是通信行業(yè)能耗的重點(diǎn)，因此，持續(xù)有效地整體推進(jìn)通信基站節(jié)能降耗已經(jīng)成為通信行業(yè)節(jié)能減排的關(guān)鍵.從目前的形勢(shì)來(lái)看，通信基站的合理設(shè)計(jì)及節(jié)能措施的選擇還未形成一個(gè)完整體系[1]，通信節(jié)能發(fā)展的瓶頸是過(guò)于概念化和粗放型的能源規(guī)劃，不斷增加節(jié)能設(shè)備，缺少綜合信息集成應(yīng)用、運(yùn)行監(jiān)管及評(píng)估體系.所以，研究并建立能夠精確計(jì)算基站能耗的數(shù)學(xué)模型，對(duì)通信企業(yè)節(jié)能減排和基站用電的精細(xì)化管理具有積極的意義.通信基站能耗系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)（包括通信電源、蓄電池組），基站主設(shè)備（包括BTS、天饋系統(tǒng)、BSC），環(huán)境設(shè)備（包括基站空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)）以及輔助系統(tǒng)（包括照明設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)）等部分構(gòu)成.基站總能耗主要集中在通信設(shè)備用電和機(jī)房環(huán)境用電，通過(guò)實(shí)際調(diào)研及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可知，通信基站能耗主要由主設(shè)備能耗和空調(diào)系統(tǒng)能耗構(gòu)成.主設(shè)備能耗主要包括無(wú)線設(shè)備能耗、電源損耗與傳輸設(shè)備能耗等，其中無(wú)線設(shè)備能耗為主要能耗點(diǎn)[2]，而空調(diào)系統(tǒng)耗能與設(shè)備發(fā)熱量以及整個(gè)基站的熱傳導(dǎo)情況直接相關(guān)；同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)能耗還受到氣象條件、建筑環(huán)境及內(nèi)部運(yùn)行設(shè)備等多方面因素的影響.由于通信基站能耗的相關(guān)特征數(shù)據(jù)（包括基站建筑材料及結(jié)構(gòu)屬性、基站所處位置及外部環(huán)境特征、基站設(shè)備參數(shù)、氣象參數(shù)等）復(fù)雜多變，同時(shí)要考慮環(huán)境條件的約束，所以通信基站能耗建模具有一定的復(fù)雜性[3].

在通信行業(yè)，能耗建模相關(guān)研究主要集中在基站主設(shè)備能耗計(jì)量、空調(diào)能耗計(jì)量及空調(diào)節(jié)能量計(jì)算、基站能耗分類(lèi)建模等方面.周小兵[4]以廣東中山地區(qū)90 mm厚彩鋼板結(jié)構(gòu)通信基站為研究對(duì)象，利用基站總耗電量、空調(diào)及新風(fēng)系統(tǒng)耗電量、室內(nèi)外氣溫的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算空調(diào)基準(zhǔn)耗電量的方法，方便準(zhǔn)確地得到了空調(diào)基準(zhǔn)耗電量，對(duì)核定通信基站節(jié)電量具有一定的參考價(jià)值.楊蘋(píng)等人[5]根據(jù)基站內(nèi)外部特征，分析了外部環(huán)境因素和內(nèi)部設(shè)備構(gòu)成對(duì)基站能耗的影響，建立了基于建筑能耗分析軟件DeST的基站能耗模型；通過(guò)DeST進(jìn)行通信基站能耗分析具有一定的局限性，且模型準(zhǔn)確率低，不能作為理想的能耗預(yù)測(cè)模型.楊天劍等人[6]通過(guò)多元線性回歸確立影響基站耗電量的主要因素，然后通過(guò)聚類(lèi)算法將大量基站能耗數(shù)據(jù)分類(lèi)，最后通過(guò)能耗標(biāo)桿得到了通信基站的耗能預(yù)測(cè)模型；該方法通過(guò)多元線性回歸和聚類(lèi)分析得到基站能耗標(biāo)桿，在設(shè)備環(huán)境參數(shù)和能耗關(guān)系上具有一定研究意義，但對(duì)基站整體能耗預(yù)測(cè)尚有不足.李陽(yáng)[7]以基站的熱平衡模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用Simulink仿真軟件對(duì)基站能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真建模，同時(shí)，對(duì)基站當(dāng)前使用的主要節(jié)能技術(shù)進(jìn)行建模，構(gòu)建出一個(gè)較完整的基站能耗動(dòng)態(tài)仿真模型；該研究模型主要應(yīng)用于仿真模擬，實(shí)際應(yīng)用到通信基站能耗計(jì)量方面仍有缺陷.雖然眾多研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者在通信基站能耗建模方面做了大量的工作，但建立起來(lái)的概念型與統(tǒng)計(jì)型的能耗模型也只能在基站能耗預(yù)測(cè)預(yù)警與節(jié)能措施選擇時(shí)起到一定的輔助決策作用，仍然缺乏一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)精確計(jì)算基站能耗的模型.

基于此，本文綜合考慮了通信基站總耗電量、主設(shè)備耗電量、空調(diào)耗電量、電源系統(tǒng)耗電量、外部氣象參數(shù)、室內(nèi)外溫度、基站環(huán)境特征、建筑材料及結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型典型場(chǎng)景基站進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，分析基站能耗與時(shí)間、空間、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)間的多維關(guān)系，找出基站能耗的主要影響因素，并采用基于滾動(dòng)時(shí)間窗的PSO-LSSVM算法建立準(zhǔn)確計(jì)量基站能耗的多輸入復(fù)雜系統(tǒng)能耗模型.

1 基于滾動(dòng)時(shí)間窗的最小二乘支持向量機(jī)

1.1 支持向量機(jī)理論

支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）是Vapnik于20世紀(jì)90年代初依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論提出的一種基于數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法.支持向量機(jī)的基本原理是通過(guò)非線性映射把輸入向量映射到一個(gè)高位特征空間，在該空間用線性學(xué)習(xí)機(jī)方法以解決原空間的非線性分類(lèi)和回歸等問(wèn)題.SVM最初是用來(lái)解決模式識(shí)別中的分類(lèi)問(wèn)題，后來(lái)Vapnik通過(guò)定義ε不敏感損失函數(shù)提出了支持向量機(jī)回歸算法（SVMR），用于解決非線性回歸問(wèn)題[8].

支持向量機(jī)能夠?qū)⑺惴ㄞD(zhuǎn)化為線性規(guī)劃或二次規(guī)劃問(wèn)題，從而解決局部極小問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)；用核函數(shù)代替高維特征空間的內(nèi)積運(yùn)算，使得高維空間問(wèn)題得到很好的解決.同時(shí)，它可以通過(guò)容量調(diào)節(jié)懲罰參數(shù)來(lái)平衡擬合能力和泛化能力間的權(quán)重關(guān)系，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、稀疏性好等優(yōu)點(diǎn)[9].支持向量機(jī)能夠較好地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則，也能很好地處理非線性、高維數(shù)、局部極小以及過(guò)學(xué)習(xí)等實(shí)際問(wèn)題.在建筑、水利、氣象、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域支持向量機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用到分類(lèi)、預(yù)測(cè)及預(yù)警中.

1.2 LSSVM算法介紹

支持向量機(jī)在計(jì)算時(shí)每增加一個(gè)樣本數(shù)據(jù)就需要求解一個(gè)二次規(guī)劃問(wèn)題，不僅增加了運(yùn)算量而且實(shí)時(shí)性較差.為了解決這種問(wèn)題，Suykens等人[10]提出了最小支持向量機(jī)（Least Squares Support Vector Machines，LSSVM）理論.

給定訓(xùn)練樣本集D={xi，yi}Ni=1，其中N為訓(xùn)練樣本量，xi∈Rm為m維輸入，yi∈R為一維目標(biāo)輸出.將樣本空間中的非線性函數(shù)估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為高維特征空g中的線性函數(shù)估計(jì)問(wèn)題[11-12].

f（x）=wTφ（x）+b （1）

式中：w=[w1，…，wn]T為權(quán)值系數(shù)向量；φ（?）=[φ1（?），…，φn（?）]T為映射函數(shù).這一回歸問(wèn)題可以表示為一個(gè)等式約束優(yōu)化問(wèn)題，其優(yōu)化目標(biāo)為：

minw，b，eJ（w，e）=12wTw+λ2∑ni=1e2i（2）

s.t. yi=wTφ（xi）+b+ei，i=1，…，n（3）

然后，用拉格朗日法求解上述優(yōu)化問(wèn)題：

L（w，b，e，a）=J（w，e）-∑Niai（wTφ（xi）+

b+ei-yi）（4）

式中：ai（i=1，…，n）為拉格朗日乘子.

根據(jù)優(yōu)化條件對(duì)式（4）求偏導(dǎo)可得：

Lw=0w=∑Ni=1aiφ（xi）

Lb=0∑Ni=1ai=0

Lei=0ai=γei

Lw=0wTφ（xi）+b+ei-yi=0（5）

再根據(jù)Mercer條件，定義核函數(shù)：

k（xi，yi）=φT（xi）φ（yi）.（6）

由方程式（5）和（6）消去ei，w后，得到

0 1 … 1

1 k（x1，x1）+1/γ … k（x1，xn）

1 k（xn，x1） … k（xn，xn）+1/γ×

ba1 an=0y1 yn（7）

最后得到最小二乘支持向量機(jī)非線性模型：

f（x）=∑Ni=1aik（x，xi）+b（8）

1.3 滾動(dòng)時(shí)間窗原理描述

應(yīng)用一個(gè)固定范圍并隨時(shí)間滾動(dòng)的數(shù)據(jù)區(qū)間來(lái)進(jìn)行能耗建模能夠很好地解決模型時(shí)效性問(wèn)題，由于這個(gè)固定范圍的數(shù)據(jù)區(qū)間隨時(shí)間不斷滾動(dòng)，所以稱其為滾動(dòng)時(shí)間窗.滾動(dòng)時(shí)間窗方法是以樣本選擇方式來(lái)處理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新對(duì)能耗模型影響的基本方法，它通過(guò)一個(gè)不斷向前移動(dòng)并把最近時(shí)間段的新樣本包括在內(nèi)的“時(shí)間窗口”來(lái)不斷進(jìn)化基站能耗預(yù)測(cè)模型[13].該方法中，新樣本數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地更替舊樣本數(shù)據(jù)，滾動(dòng)的當(dāng)前時(shí)間窗內(nèi)樣本數(shù)據(jù)的變化需要重新構(gòu)建更優(yōu)的預(yù)測(cè)模型.

假設(shè)有一組n維時(shí)變向量數(shù)據(jù)，某時(shí)段擬合樣本數(shù)據(jù)從時(shí)間點(diǎn)t逐漸滾動(dòng)到（t+p），而構(gòu)建預(yù)測(cè)模型時(shí)可獲得建模樣本的最早時(shí)間點(diǎn)為（t-q）.此時(shí)，對(duì)于t′∈[t，t+p]的任意時(shí)間段，都有（t′-q）到t′之間的樣本數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行建模，將（t′-q）到t′之間的樣本數(shù)據(jù)記為當(dāng)前時(shí)間窗數(shù)據(jù)，隨著t′的增長(zhǎng)，時(shí)間窗數(shù)據(jù)也隨之變化更新.圖1為時(shí)間窗的滾動(dòng)示意圖，可以看出建模時(shí)間窗不斷向后移動(dòng)，即新數(shù)據(jù)不斷加入，并對(duì)下一時(shí)刻進(jìn)行擬合建模，這是一個(gè)滾動(dòng)優(yōu)化的過(guò)程[14].

2 PSO優(yōu)化的LSSVM算法

支持向量機(jī)在精度和效率上的優(yōu)越性跟其參數(shù)的取值密切相關(guān)，但是其參數(shù)數(shù)量很多而且參數(shù)的選擇范圍很大，這樣就使得最優(yōu)參數(shù)的選取變得困難.同時(shí)，由于最小二乘支持向量機(jī)模型是非線性的，采用解析的方法得到其模型參數(shù)幾乎不可能，使用數(shù)值計(jì)算也很難得到真正的最優(yōu)參數(shù)，所以，必須選擇一個(gè)合適的模型參數(shù)優(yōu)化方法.

2.1 基于PSO算法優(yōu)化模型參數(shù)

LSSVM模型中徑向基核函數(shù)的選用需要確定兩個(gè)參數(shù)：核參數(shù)σ和懲罰因子γ.γ越小，模型泛化能力越強(qiáng)，平滑性越好，但是擬合能力會(huì)降低；而σ越大，所得訓(xùn)練模型就會(huì)越平滑，泛化能力也越強(qiáng)；同時(shí)，粒子也是由這兩個(gè)參數(shù)所決定，所以他們的優(yōu)化必不可少.通常我們采用參數(shù)空間窮盡搜索法對(duì)LSSVM參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，但其缺點(diǎn)是較難確定合理的參數(shù)范圍.而本文采用PSO優(yōu)化LSSVM參數(shù)能夠很好地解決這種問(wèn)題，且能夠快速準(zhǔn)確地選取到最優(yōu)參數(shù).

粒子群算法PSO（Particle swarm optimization，PSO）是1995年由Kennedy和Eberhart[15]提出的一種啟發(fā)式搜索算法.最初，PSO算法從鳥(niǎo)群覓食行為中得到啟發(fā)，然后圖形化模擬鳥(niǎo)群的不可預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)，并以此作為算法的基礎(chǔ).然后引入近鄰的速度匹配、慣性權(quán)重w，并考慮多維搜索和距離的加速，形成了最初的PSO算法[16].

與其他進(jìn)化算法類(lèi)似，粒子群算法采用“種群”的方式不斷“進(jìn)化”自己的搜索模式.在PSO算法中，可以將優(yōu)化問(wèn)題的每個(gè)潛在解看成是多維空間中的一個(gè)“點(diǎn)”，將各異的“點(diǎn)”稱做“粒子”，多個(gè)“粒子”就組成一個(gè)群體.當(dāng)PSO初始化生成一群隨機(jī)粒子（即隨機(jī)解）后，粒子即開(kāi)始不斷迭代來(lái)找到最優(yōu)解，在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)粒子都有自己運(yùn)動(dòng)的方向及速率，即粒子都有一個(gè)矢量速度，不同粒子間會(huì)通過(guò)協(xié)作競(jìng)爭(zhēng)來(lái)逐漸搜索出復(fù)雜空間中的最優(yōu)解[17].

粒子迭代第t次時(shí)，其位置信息可用式（9）表示，運(yùn)動(dòng)速度用式（10）表示.

Xi（t）=（Xi1（t），Xi2（t），…，Xid（t））（9）

Vi（t）=（Vi1（t），Vi2（t），…，Vid（t））（10）

在每一次迭代過(guò)程中，粒子會(huì)通過(guò)跟蹤兩個(gè)“極值”來(lái)不斷更新優(yōu)化自己的速度及位置.其中，跟蹤的第一個(gè)“極值”即為當(dāng)前粒子在多維空間中經(jīng)歷的最優(yōu)值，稱為個(gè)體極值pBest，用公式表示為：

Pi（t）=（Pi1（t），Pi2（t），…，Pid（t））（11）

而另一個(gè)“極值”則是整個(gè)種群所有粒子經(jīng)歷的最優(yōu)值，稱為全局極值gBest，用公式表示為：

Pg（t）=（Pg1（t），Pg2（t），…，Pgd（t））（12）

另外，如果將種群一部分作為粒子的鄰居而不是全部，那么在該粒子的所有鄰居中搜索到的極值則稱為局部極值l Best，表示為：

Pl（t）=（Pl1（t），Pl2（t），…，Pld（t）） （13）

粒子迭代更新自身速度和位置公式如下：

Vik（t+1）=ωVik（t）+c1r1（Pik（t）-Xik（t））+

c2r2（Pgk（t）-Xik（t））（14）

Xik（t+1）=Xik（t）+Vik（t+1）（15）

式中：t櫚鼻笆笨塘W擁牡代次數(shù)；ω為粒子的慣性權(quán)重系數(shù)；c1，c2為學(xué)習(xí)因子，表示粒子向pBest和gBest運(yùn)動(dòng)的加速度權(quán)重；r1，r2是介于（0，1）的隨機(jī)數(shù)；k=1，2，…，d.

本文選取模型預(yù)測(cè)結(jié)果的均方誤差MSE作為PSO適應(yīng)度函數(shù)，然后通過(guò)求解LSSVM模型的最小均方誤差來(lái)得到最優(yōu)參數(shù)γ，σ2.優(yōu)化的具體步驟如下：

1）初始化粒子群各參數(shù)（學(xué)習(xí)因子c1=1.5，c2=1.7，最大進(jìn)化代數(shù)maxgen=1 000，種群規(guī)模sizepop=30）；

2）通過(guò)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算出各個(gè)粒子的適應(yīng)度值；

3）比較粒子當(dāng)前適應(yīng)度值與自身個(gè)體最優(yōu)值pBest，若前者更優(yōu)，則把粒子當(dāng)前位置作為目前的個(gè)體最優(yōu)值gBest；

4）對(duì)粒子當(dāng)前適應(yīng)度值與全局最優(yōu)值gBest進(jìn)行比較，若前者更優(yōu)，則把當(dāng)前粒子位置作為目前的全局最優(yōu)值gBest；

5）根據(jù)式（14）和式（15）對(duì)粒子速度及位置進(jìn)行更新；

6）判斷是否滿足結(jié)束條件（到達(dá)最大循環(huán)次數(shù)或者誤差滿足要求），若滿足條件則退出循環(huán)，否則，回到步驟2）繼續(xù)循環(huán).

2.2 基于PSO優(yōu)化的滾動(dòng)時(shí)間窗LSSVM改進(jìn)算法

基于滾動(dòng)時(shí)間窗的LSSVM回歸估計(jì)方法的動(dòng)態(tài)建模過(guò)程如下：

1）設(shè)置各參數(shù)初始值；

2）對(duì)采集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

3） 應(yīng)用PSO優(yōu)化算法尋優(yōu)模型參數(shù)γ和σ2；

4）選取當(dāng)前時(shí)刻t到（t-q）時(shí)刻的樣本作為當(dāng)

前區(qū)間時(shí)間窗數(shù)據(jù)；

5）采用基于LSSVM回歸估計(jì)算法訓(xùn)練模型；

6）利用建立好的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；

7）有新數(shù)據(jù)集進(jìn)入時(shí)，數(shù)據(jù)窗進(jìn)行滾動(dòng)，形成新的時(shí)間窗數(shù)據(jù)；

8）選取新的時(shí)間窗數(shù)據(jù)重新建模并進(jìn)行預(yù)測(cè)；

9）返回步驟7）.

圖2為基于PSO優(yōu)化的滾動(dòng)時(shí)間窗LSSVM改進(jìn)算法的基站動(dòng)態(tài)能耗建模流程圖.

隨著樣本數(shù)據(jù)的更新，上述建模過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，模型也不斷隨之更新，這樣就能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤基站系統(tǒng)的能耗變化.建模過(guò)程中，選取了徑向基RBF （Radial Basis Function，RBF）核函數(shù)，其中核參數(shù)γ和σ2的化必不可少.γ越小，模型泛化能力越大，平滑性越好，但是擬合能力會(huì)降低；同時(shí)，σ2越大，所得訓(xùn)練模型就會(huì)越平滑，泛化能力也越強(qiáng).

3 基站能耗預(yù)測(cè)模型試驗(yàn)仿真

試驗(yàn)樣本主要選取2013年1月至2016年1月湖南張家界、邵陽(yáng)地區(qū)某運(yùn)營(yíng)商的典型場(chǎng)景基站數(shù)據(jù)，基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包括基站每月總耗電量（kW?h）、基站圍體面積（m2）、室內(nèi)外溫度（℃）和載頻數(shù)（個(gè)數(shù)）.基站總耗電量以月?度為單位可以有效過(guò)濾由單日能耗異常產(chǎn)生預(yù)測(cè)偏差的影響，故本文以月?度基站總耗電量為輸出，其他變量為輸入.同時(shí)，以3個(gè)月新出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作為時(shí)間窗數(shù)據(jù)的更新數(shù)據(jù)，并隨時(shí)間不斷推移，以更新的時(shí)間窗數(shù)據(jù)作為能耗動(dòng)態(tài)模型的輸入數(shù)據(jù).

本文采用均方根誤差RMSE、相關(guān)系數(shù)R和決定系數(shù)R2 3種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).均方根誤差能夠很好地反映出預(yù)測(cè)值的精確度，而相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值可以用來(lái)反映預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值關(guān)系的方向和密切程度，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大，說(shuō)明預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值線性關(guān)系越好；決定系數(shù)為相關(guān)系數(shù)的平方，能很好的反映模型的擬合程度，其值越接近1，模型的擬合程度越好[18].設(shè)Xi為模型預(yù)測(cè)值，為預(yù)測(cè)平均值，Yi為對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)值，為實(shí)測(cè)值的平均值，其中i=1，2，…，N，定義：

RMSE=1Nσ2∑Ni=1（Xi-Yi）2（16）

R=∑Ni=1（Xi-）（Yi-）∑Ni=1（Xi-）2?∑Ni=1（Yi-）2 （17）

試驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)CPU為AMD Athlon（tm）Ⅱ X2255 Processor 3.10 GHz，內(nèi)存為4 GB，工具為MATLAB R2011a.將采集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和歸一化處理后，取前240組數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練模型，后120組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試.測(cè)試結(jié)果如圖3-圖5所示.

對(duì)比圖3，圖4和圖5，觀察表1可以看出，基于標(biāo)準(zhǔn)LSSVM建立的能耗模型擬合效果較差，而基于PSO-LSSVM和基于滾動(dòng)時(shí)間窗PSO-LSSVM得到的通信基站能耗模型均能夠較準(zhǔn)確地?cái)M合出能耗的變化，且后兩種模型擬合相關(guān)系數(shù)高，各參數(shù)均表現(xiàn)出較好的泛化能力.采用滾動(dòng)時(shí)間窗，可反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前能耗狀況的數(shù)據(jù)快速更新，模型也隨之不斷更新，從而使得建立的能耗模型更加精確.

基于測(cè)試樣本的模型預(yù)測(cè)效果及誤差圖分別如圖6和圖7所示，擬合效果相關(guān)參數(shù)如表2所示.

從圖7可以看出，基站能耗預(yù)測(cè)誤差基本穩(wěn)定，九成以上的預(yù)測(cè)值準(zhǔn)確度都在90%以內(nèi)，誤差沒(méi)有隨數(shù)據(jù)變化而較大幅度的增大，而呈現(xiàn)逐步縮小穩(wěn)定的趨勢(shì).從圖6，圖7和表2可以看出，基站能耗模型能夠較好地跟蹤實(shí)測(cè)能耗值的變化趨勢(shì)，且基站能耗預(yù)測(cè)精度較高.

目前，通信基站在未采取節(jié)能措施的情況下，基于現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)通信基站能耗模型的研究，文獻(xiàn)[19]采用二元一次線性回歸建立了基站能耗模型，其空調(diào)耗電模型及設(shè)備耗電模型單站試算平均誤差分別為18.87%～30.2%及12.32%～19.4%.而文獻(xiàn)[7]基于建筑行業(yè)的Dest軟件模擬建模的預(yù)測(cè)精度為82%～87%.文獻(xiàn)[7]基于Simulink仿真技術(shù)建立的動(dòng)態(tài)基站能耗模型仿真精度為86.64%～98.4%.可以看出，在各個(gè)不同的典型場(chǎng)景下，基站能耗預(yù)測(cè)值都普遍不高，雖然文獻(xiàn)[7]建立的模型精度偏差不大，但是其超過(guò)1/3的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度低于90%，其整體預(yù)測(cè)精度仍然較低.相比來(lái)說(shuō)，本文的研究預(yù)測(cè)模型整體預(yù)測(cè)精度更高，使用前景更大.

4 結(jié) 論

本文首先綜合分析了通信基站總耗電量、主設(shè)備耗電量、空調(diào)耗電量、電源系統(tǒng)耗電量、外部氣象參數(shù)變化、室內(nèi)外氣溫等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)，對(duì)不同類(lèi)型典型場(chǎng)景基站的動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析，得到基站能耗與時(shí)間、空間、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)間的多維關(guān)系，計(jì)算出影響基站能耗的主要因素，然后，采用基于滾動(dòng)時(shí)間窗的PSO-LSSVM方法建立準(zhǔn)確計(jì)算基站能耗的多輸入復(fù)雜系統(tǒng)能耗模型.將該模型與其他相關(guān)研究模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，本文方法具有更高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，且整體預(yù)測(cè)精度在90%以上.綜上，本文研究模型具有預(yù)測(cè)精度較高，穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)通信基站能耗以及更準(zhǔn)確地計(jì)算節(jié)能量，具有良好的應(yīng)用前景.

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