【正文】 運(yùn)行和管理尚未形成完整、系統(tǒng)的規(guī)范體系、直流系統(tǒng)事故及其導(dǎo)致的電力系統(tǒng)事故時(shí)有發(fā)生[10]。2．發(fā)展研究直流系統(tǒng)規(guī)范化階段20世紀(jì)80年代中期至20年代末為發(fā)展研究直流系統(tǒng)規(guī)范化階段。在此期間電力設(shè)計(jì)、研究和制造部門進(jìn)行了三件事：（1）編制修訂了一系列直流電源設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備應(yīng)用和運(yùn)行管理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（2）以閥控鉛酸蓄電池和智能高頻開(kāi)關(guān)電源模塊裝置為代表的直流新技術(shù)、新設(shè)備的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，奠定了直流電源技術(shù)的基礎(chǔ)。（3）電力工程直流電源設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，先后三次修訂了全國(guó)性的直流系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)修訂，有效地促進(jìn)了電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化[10]。3．現(xiàn)代電源技術(shù)應(yīng)用階段20世紀(jì)末至今為現(xiàn)代電源技術(shù)應(yīng)用階段。電力工程直流技術(shù)已跨入一個(gè)嶄新的現(xiàn)代電源技術(shù)時(shí)代。電力控制電源正向高頻化、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)用電的有機(jī)結(jié)合[10]。2 高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng) 高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)構(gòu)成高頻開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)部分是功率半導(dǎo)體管，通過(guò)功率管周期性地間斷工作，控制開(kāi)關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓的大小。開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖21所示，其中的核心部分是DC/DC變換器，進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，此外還有起動(dòng)電路、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)電路、噪聲濾波等電路。電阻R1和R2對(duì)輸出進(jìn)行采樣，主要任務(wù)是檢測(cè)輸出電壓的變化，并與基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差電壓Ue經(jīng)過(guò)放大和脈寬調(diào)制（PWM）電路，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制功率管，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)器件的占空比，從而調(diào)整輸出電壓的大小。圖22是一種電路實(shí)現(xiàn)形式[2]。圖21 開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成圖22 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路DC/DC變換器有多種形式，運(yùn)用最多的有PWM變換器和諧振型變換器，其中PWM變換器的工作波形為方波，諧振型變換器的工作波形為準(zhǔn)正弦波。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的輸入端的瞬態(tài)變化很多都表現(xiàn)在輸出端。提高開(kāi)關(guān)頻率后，能改善反饋放大器的頻率特性，也能解決開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題。輸出端的LC濾波電路特性決定了負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)特性，所以提高開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)特性可通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率、減小輸出濾波器LC的乘積來(lái)實(shí)現(xiàn)。 隔離型DC/DC變換器DC/DC變換器在大多數(shù)情況下需要隔離輸入端與輸出端，一般采用變壓器進(jìn)行隔離，這類開(kāi)關(guān)電源稱為隔離型變換器。該變換器把直流電壓或電流變換為高頻方波電壓或電流，通過(guò)變壓器升壓或降壓后，再通過(guò)整流器和濾波器變?yōu)槠交闹绷麟妷夯螂娏?，故該變換器又稱逆變整流型變換器。下面介紹推挽型和全橋型這兩種常見(jiàn)的隔離型變換器。非隔離型變換器用到的場(chǎng)合不多，本文從略。 推挽型變換器推挽型變換器是典型的逆變整流型變換器，電路結(jié)構(gòu)和工作波形如圖23所示。加在變壓器的一次繞組上的電壓幅值為輸入電壓Ui，脈沖寬度為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton的脈沖波形，變壓器的二次側(cè)的電壓通過(guò)二極管V1和V2的全波整流變?yōu)橹绷?。圖23 推挽型變換器電路和工作波形開(kāi)關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，二極管V1處于通態(tài)；當(dāng)S2導(dǎo)通時(shí)，二極管V2處于通態(tài)；當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，V1和V2都處于通態(tài)，各承擔(dān)一半的電流，S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為2Ui[1]。為了避免S1和S2同時(shí)導(dǎo)通引起的變壓器一次側(cè)繞組發(fā)生短路，每個(gè)開(kāi)關(guān)的占空比應(yīng)滿足的條件為：≤50%，并且還要留有死區(qū)。當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是： （21）對(duì)推挽型變換器用PSIM ，電路圖和波形圖見(jiàn)附錄。 全橋型變換器全橋型變換器電路如圖24所示，SS3及SS4是兩對(duì)開(kāi)關(guān)，重復(fù)交互通斷。而兩對(duì)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通存在時(shí)間差。所以變壓器一次側(cè)所加的電壓UAB是脈沖寬度和其時(shí)間差相等的方波電壓。變壓器二次側(cè)的二極管將該電壓整流后變成方波（UF），再經(jīng)濾波電路變?yōu)槠交闹绷麟娊o負(fù)載供電。其工作波形如圖25所示。圖24 全橋型變換器電路圖25 全橋型變換器工作波形當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是： （22）全橋DC/DC變換器的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：一是DC/DC變換器只需一個(gè)原邊繞組，通過(guò)正、反向電壓得到正、反向磁通，副邊繞組采用全橋式全波整流輸出。因此變壓器鐵芯和繞組可得到最佳利用，從而使傳送效率得到提高。二是功率開(kāi)關(guān)管可以在非常安全的情況下運(yùn)行。對(duì)全橋型變換器用PSIM ，電路圖和波形圖見(jiàn)附錄。 PWM控制器模塊脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器就是通過(guò)重復(fù)通、斷開(kāi)關(guān)的工作方式把一種直流電壓（或電流）變換為高頻方波電壓（或電流），再通過(guò)整流濾波電路變成另一種直流電壓輸出。PWM變換器由功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管及濾波電路等器件組成。輸入和輸出間需要進(jìn)行電氣隔離時(shí)，可采用變壓器進(jìn)行隔離和升降壓。PWM控制器的工作原理如圖26所示。隨著開(kāi)關(guān)工作頻率的提高，濾波電感L，變壓器T等磁性元件以及濾波電容C等都可以小型化。對(duì)PWM控制器，加在開(kāi)關(guān)管S兩端的電壓us及通過(guò)S的電流is的波形近似為方波，如圖27所示。圖26 PWM控制器的基本工作原理圖27 PWM控制器開(kāi)關(guān)工作的波形其占空比D定義為： （23）式中：Ts是開(kāi)關(guān)的工作周期；ton是一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間；toff是一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)斷開(kāi)的時(shí)間；對(duì)于這種控制器，有兩種工作方式。一種是保持開(kāi)關(guān)工作周期Ts不變，控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton的脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式，這種方式普遍采用。另一種是保持導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開(kāi)關(guān)工作周期Ts的脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式。3 高頻開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)特性及均流一般原理電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)普遍采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，而對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的冗余備份的關(guān)鍵是模塊之間的電流需平均分配。對(duì)于多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的并聯(lián)系統(tǒng)，提出的基本要求有：（1）系統(tǒng)中的所有模塊電源的外特性必須一致，均流誤差通常規(guī)定不超過(guò)5%；（2）用冗余備份供電系統(tǒng)保證任一高頻開(kāi)關(guān)電源模塊損壞或者過(guò)流保護(hù)停止工作時(shí)，負(fù)載可以從備用模塊中獲得足夠的電量；（3）各模塊承受的電流自動(dòng)均流，為提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能不增加外部均流的控制，減少均流失敗的因素；（4）當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，應(yīng)能保持輸出電壓穩(wěn)定，并使系統(tǒng)具有良好的負(fù)載響應(yīng)特性。負(fù)載突變時(shí)不會(huì)造成電流嚴(yán)重分配不均而停機(jī)。 高頻開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)特性與線性電源相同，開(kāi)關(guān)電源也具有如圖31所示的外特性（輸出特性）。(a) 單臺(tái)開(kāi)關(guān)變換器的外特性(b) 兩臺(tái)開(kāi)關(guān)變換器并聯(lián)的外特性圖31 開(kāi)關(guān)變換器的外特性R為開(kāi)關(guān)電源的輸出電阻，其中包括開(kāi)關(guān)電源模塊接到負(fù)載的導(dǎo)線或電纜的電阻?？蛰d時(shí)模塊的輸出電壓為，當(dāng)電流變化時(shí)，負(fù)載電壓變化，則該模塊的輸出電阻為： （31）對(duì)電源模塊而言，電流增加時(shí)，輸出電壓降落。因此上式也表示開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓調(diào)整率。由圖31(a)可知，開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載電壓與負(fù)載電流的關(guān)系為： （32）如圖31(b)所示，兩臺(tái)容量相同、參數(shù)相同的開(kāi)關(guān)變換器并聯(lián)，負(fù)載電壓分別表示如下： （33） （34）式中、分別為模塊1及模塊2的輸出電阻（包括電纜電阻）。設(shè)為負(fù)載電阻，由基爾霍夫電壓定律，可得： （35） （36）可解得： （37） （38）（1）盡量使用性能和參數(shù)一致的元器件，并使結(jié)構(gòu)和安裝盡量對(duì)稱； （2）利用反饋控制的方式，調(diào)整各個(gè)模塊的外特性，使它們接近一致。后者就是均流技術(shù)的基礎(chǔ)[8]。 均流原理分析與研究多臺(tái)電源并聯(lián)組成的大功率電源系統(tǒng)，應(yīng)像單臺(tái)電源一樣，在輸入總線和輸出負(fù)載變化的情況下，除系統(tǒng)的輸出電壓等電特性始終保持穩(wěn)定不變外，還要能長(zhǎng)期、無(wú)故障地可靠運(yùn)行。這就要求系統(tǒng)在任何時(shí)刻都得確保相關(guān)聯(lián)的各臺(tái)電源承受的電、熱應(yīng)力基本相當(dāng)。也就是說(shuō)，必須采取某種相應(yīng)的措施，保證系統(tǒng)不致因并聯(lián)各電源承載情況的差異，造成電、熱應(yīng)力不平衡而引起惡性循環(huán)，影響系統(tǒng)特性和可靠運(yùn)行。均流技術(shù)就是對(duì)系統(tǒng)中各并聯(lián)電源的輸