(西安电子工程研究所 陕西西安 710100)
摘要：现阶段，科学技术开始慢慢渗透到我国的各个领域，随着开关电源在电力系统中的应用，其技术的应用使电力系统各部分得到了充分的优化。开关电源在电力系统中的使用是适应科技时代的发展趋势。电力系统的变革适应了科技时代的发展潮流，电源在电力系统中起着非常重要的作用，电源在电力系统中支持过程是足够的，开关电源可以避免能源的浪费，这样一来就能够使得电力系统在节约和高效的情况下完成。
关键词：开关电源；电力系统；应用
引言
上世纪80年代、90年代初的开关电源由于半导体工艺技术的不成熟，电子设备终端系统的供电方式一般采用笨重、低效率的线性电源，到了90年代后期开始大量使用开关电源，但是那时代的开关电源效率低、电磁干扰大、待机功耗高。但是随着微电子与半导体技术的飞速发展，各种电子产品终端设备对开关电源提出更加严格要的技术指标，要求开关电源效率高、待机功耗低、可靠性高、功率密度高、电磁干扰要小等特点，这就对开关电源有了更高的要求。众所周知，开关电源的应用非常广泛，本文主要探讨开关电源在电力系统中的应用，叙述如下。
1 开关电源概述
开关电源其具体体的工作原理是在电力系统中使用大功率半导体器件，使电力系统中的电路处于“开关状态”，以控制其规律性，使其能够根据自身的处理能力掌握实际情况。电源被称为开关电源。对大功率高频电源模式，可以促进柔性直流电压大小不同的转换到一定程度，从而抑制了高频变压器的繁琐操作，该装置还可以在体积和重量上有一定程度的简化的电源装置，以充分发挥电力系统性能。
2 开关电源结构分析
图1开关电源系统结构图
随时开关电源技术的发展，衍生了十多种的开关电源拓扑，每个拓扑都有其优缺点。不同拓扑的开关电源，其工作原理存在明显的区别，但是开关电源的基本系统框架是不会变的，通常有六部分组成，如图1所示。第一部分是输入滤波电路，它包含电磁干扰抑制电路、一次整流滤波电路，其中电磁干扰抑制电路作用为：一是防止电网噪声、电网浪涌通过电源输入线串入，影响开关电源的稳定性；二是抑制开关电源内部由于高频通断产生的噪声通过电源线向电网反馈的噪声；第二部分功率因数校正控制电路，该电路可以提高开关电源的输入功率因数，减少对电网的电磁污染。一般分为有源功率因数和无源功率因数两种；第三部分为PWM控制电路，也可以描述为功率转换控制电路，该电路把高功率因数的直流电压转换受控制的高频PWM脉冲电压，由变压器T磁通耦合到输出端；第四部分为保护电路，提高开关电源的可靠性，满足各种恶劣环境；第五部分为输出滤波和输出控制电路，该电路实现平滑输出电压和稳定输出电压。
3电力系统开关电源运行方式
当直流开关电源工作时，电源模块将根据负载大小的实际情况与多个电源模块连接，从而实现设备的充电工作。电力系统在使用传统的直流相控电源的时候，一般会在中、低压站中使用1组蓄电池配2组充电装置，主备方式的充电装置可以在设置出现问题的时候进行灵活的切换，这是传统直流相控电源的优点之一，但是它也有一些缺点，比如可靠性没有达到理想程度。采取开关电源后为了调成设备的可靠性对组成方式进行了一定的调整，以负荷和蓄电池容量为实际依据调整蓄电池设置的组成，并且在一定情况下重新调整了充电装置、自动调压装置。在交换总线与控制总线之间设有自动调压装置，母线组包括单总线模式、单模块功率模块和功率模块三种，两种并行总线。这些方法有助于设备在不同情况下找到最优方案，从而提高电力系统的运行效率和质量。
4如何使得开关电源在电力系统中进行有效的应用
开关电源想要在电力系统中得到良好的应用，需要解决开关电源的电磁兼容问题。
4.1解决差模干扰
差模干扰产生的原因。差模干扰中的干扰是起源在同一电源线路之中（直接注入）。如同一线路中工作的电机，开关电源，可控硅等，他们在电源线上所产生的干扰就是差模干扰。分析差模干扰对影响设备的影响。差模干扰直接作用在设备两端的，直接影响设备工作，甚至破坏设备，表现为尖峰电压，电压跌落及中断。如何滤除差模干扰。主要采用差模电感和差模电容。差模电感的工作原理：当电流流过差模线圈之后，线圈里面的磁通是增强的，相当于两个磁通之和。线圈特性低频率低阻抗高频率高阻抗决定了在高频时利用它的高阻抗衰减差模信号。当频率为50Hz时，线圈阻抗接近于0，相当于一根导线，不起任何衰减作用。当频率为500kHz时，阻抗达到5kΩ，而理想状态下此时负载阻抗一般考虑为50Ω。根据上面公式，此时差模线圈分得了99%的差模干扰电压。而负载只分得了1%的差模干扰电压。同时，电流也有很大的衰减，可以算出此时线圈的差模插入损耗。
4.2解决电磁干扰源
在开关电源中，干扰源的问题主要发生在二极管、开关管或者高压变频器等电流、电压变化都比较大的元器件上。在系统运行过程中，输入和输出整流电路会产生电磁干扰。二极管网侧的电流的瞬时流量比较大，在电容充电的过程中，非正弦性波流会呈现出脉冲电流的形式，电流峰值比较高，大约是输入电流有效值的2～3倍。其中，脉冲电流中的高频谐波电流会干扰传输电路，造成电压电流失真的现象，产生比较严重的谐波污染干扰。
4.3使用滤波技术解决设备问题
对于其他设备来说，开关是一种干扰源，但是开关本身也是比较敏感的，容易受到外界的干扰。滤波技术的重点在于滤波设备，在开关电源设备中滤波器主要包括了电感、电阻、电容以及铁氧元件构成。滤波设备的工作是为了避免在开关电源中出现差模污染，进而对整个电网系统造成影响，因此需要在电源输入部分设计专门的滤波器。当前在选择正确的滤波设备时需要从损耗情况、设备功率、漏电情况以及相关参数这四个方面进行考虑。首先是损耗情况，通常从滤波设备的频率中得出的都是其静态的损耗，但是在实际使用时需要对滤波器的动态损耗进行分析。其次需要对滤波器的相关分布参数进行分析，在滤波设备实际的使用过程中频率在增加到固定的数值后就不再增加，因此需要考虑其中的分布参数。当前国际上对于滤波设备的漏电情况做出了明确的标准，其中漏电情况不得超过3.5mA。
结束语
综上所述，城市的建设和经济的发展，都离不开电力的支撑，随着社会的发展，城市中的电力网络国模不断扩大，电力用户的负荷等级不断提供，负荷密度不断增加，造成城市电力网络越来越密集，这就需要用到很多开关电源来控制电力输送情况。本文从开关电源的相关概念出发进行研究分析，阐述了开关电源在电力系统中的应用，以供参考。
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论文作者:王利民1,郭军辉2,陈同林3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：开关电源论文; 干扰论文; 电力系统论文; 设备论文; 电压论文; 电源论文; 电力论文; 《电力设备》2017年第29期论文;