直流双电源切换装置均流利弊分析
供电系统中交流与直流传输方式的利弊分析
供电系统中交流与直流传输方式的利弊分析F0403012 孙逸翔 5040309349 授课教师张峰摘要：交流高压输电和直流高压输电是现今两种较为成熟的远距离输电模式。
前者已经有了很长的发展历史，技术相对成熟，在人们的日常生活中得到广泛应用；后者自五十年代起，开始被人们重视，在海底电缆等情况下相较交流输电有着无可替代的优势。
本文针对两种输电方式的原理和利弊做出一定的分析和讨论，并结合国家重大工程运用现有的基电知识进行大致的了解和研究。
并在最后对二者的发展前途进行了科学的展望。
关键词：高压直流，高压交流，有功功率，无功功率，变压器，耦合，整流，滤波，换流，三峡水利枢纽概述编写说明编写目的：通过对于交流和直流供电系统的简要分析，掌握交流和直流输电的相关初步知识，同时和书本学习的内容相结合，巩固书本知识。
并且联系实际（三峡水电站等），关注国家重要工程。
适应对象：电院二年级拥有基电知识的同学。
定义变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压大小的电路元件。
在电气设备和无线电路中常用来升降电压匹配阻抗等。
整流器：利用电子管或晶体管把交流电变成单方向流动的电流的电路元件。
滤波器：由线圈和电容器组成，用以把不同频率的电磁振荡分离开，只让所需要的频率通过的电路元件。
换流站：采用半控型的晶闸管器件，利用相控进行交—直和直—交两种变换的电力系统。
绪言从80年代中期开始，著名的发明家爱迪生就开始致力于将各种关于电力的设想化为现实的研究工作中，并取得了丰硕的成果。
但爱迪生一直都倾向于采用直流电来处理和考虑问题，以至于在爱氏1887年年满40之际有人提出用交流电取代直流电的设想的时候，他非但嗤之以鼻，还在以后的长久日子中引发了关于到底应该采取直流还是交流的激烈争论。
从当时的情况看来，如果采用直流电输送电力，由于功率在传导电线的内阻中迅速损耗，以至于发电厂输送电力的距离最远不超过一英里。
如果这种状况继续下去，那么除了大城市外，别的地方也许就得不到电力。
双电源均流
对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。
冗余电源设计是其中的关键部分，在高可用系统中起着重要作用。
冗余电源一般配置2个以上电源。
当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。
这类似于UPS电源的工作原理：当市电断电时由电池顶替供电。
冗余电源的区别主要是由不同的电源供电。
电源冗余有交流220 V及各种直流电压的应用，本文主要介绍低压直流(如DC 5 V、DC 12 V等)的冗余电源方案设计。
1 冗余电源介绍电源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份、冗余热备份等方式。
容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载，这对提高可靠性意义不大。
冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块组成，正常时由其中一个供电，当其故障时，备份模块立刻启动投入工作。
这种方式的缺点是电源切换存在时间间隔，容易造成电压豁口。
并联均流的N+1备份方式是指电源由多个相同单元组成，各单元通过或门二极管并联在一起，由各单元同时向设备供电。
这种方案在1个电源故障时不会影响负载供电，但负载端短路时容易波及所有单元。
冗余热备份是指电源由多个单元组成，并且同时工作，但只由其中一个向设备供电，其他空载。
主电源故障时备份电源可以立即投入，输出电压波动很小。
本文主要介绍后两种方案的设计。
2 传统冗余电源方案传统的冗余电源设计方案是由2个或多个电源通过分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至电源总线上。
如图1所示。
可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。
当其中1个电源出现故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。
在实际的冗余电源系统中，一般电流都比较大，可达几十A。
考虑到二极管本身的功耗，一般选用压降较低、电流较大的肖特基二极管，比如SR1620～SR1660(额定电流16 A)。
通常这些二极管上还需要安装散热片，以利于散热。
直流输电和交流输电各自优缺点
直流输电和交流输电各自优缺点交流输电由来已久,交流输电线路中,除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。
为了解决交流输电电阻的损耗,采用高压和超高压输电来减小电流来减小损耗。
但是交流电感损耗不能减小。
因此交流输电不能做太远距离输电。
如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上。
交流输电并网还要考虑相位的一致。
如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。
直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术。
直流输电克服了上述电感的损耗。
只有导线电阻的损耗。
主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。
直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。
随着电力系统技术经济需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的注意并得到不断的发展。
与直流输电相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等的发展为直流输电开辟了广阔的应用前景。
直流输电的优点：线路架设成本较低。
直流输电只需要两根导线，甚至一根导线就可以，而交流输电需要三根导线。
这样可以节省大量的线材和杆塔，减少线路走廊的宽度和占地面积。
线路损耗较小。
直流输电没有感抗和容抗引起的无功损耗，没有集肤效应导致的截面利用不充分，没有空间电荷效应引起的电晕损耗和无线电干扰。
因此，直流输电的效率比交流输电高。
传输容量和距离更大。
直流输电不受同步运行稳定性的限制，可以在不同频率的系统之间进行互联，实现非同步联网。
这样可以提高系统的灵活性和可靠性，避免故障扩大。
控制系统更先进。
直流输电可以通过换流器和逆变器对直流电压和电流进行精确控制，实现多目标控制。
例如，可以调节有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数，以满足不同的运行要求。
直流输电的缺点：技术要求较高。
直流输电需要使用换流器和逆变器等设备，要求技术水平较高，需要专业技术人员进行维护和操作。
投资成本较高。
虽然直流输电的线路架设成本较低，但是由于其需要使用特殊的设备，因此整个投资成本相比交流输电而言还是较高。
直流双电源自动切换器原理
直流双电源自动切换器原理直流双电源自动切换器原理在现代社会中，电力已成为人们生产和生活不可或缺的能源。
然而在供电系统中，往往存在着不可避免的电力中断或者电力跳闸的问题，这时需要进行电源的切换操作，以确保电力的持续供应。
直流双电源自动切换器就是为了解决这一问题而设计的。
一、直流双电源自动切换器的组成结构直流双电源自动切换器主要由电源控制单元、直流功率单元、直流负载单元、手动控制单元等组成部分。
1. 电源控制单元电源控制单元主要由电源控制器、电源开关等组成，它的功能是检测直流电源的状态，并将信号传递给手动控制单元和直流功率单元。
当一个电源故障时，电源控制单元将警报信号传递给手动控制单元，手动控制单元在接收到信号后，会将直流开关切换到备用电源上，并通过电源控制单元将切换信息传递给直流功率单元。
2. 直流功率单元直流功率单元主要由两个直流开关和两个直流负载组成，它们分别与两个直流电源相连。
在正常情况下，两个直流开关都处于关闭状态，直流负载接在首选电源上。
备用电源与直流负载通过保护二极管相连，备用电源处于断开状态。
当首选电源电压下降或故障时，控制信号传递给直流功率单元，首选直流开关打开，备用直流开关闭合，直流负载切换到备用电源上。
3. 直流负载单元直流负载单元根据使用需求，可设计为单一负载或多个负载组合。
这些负载通过负载开关与直流功率单元相连，到达电气集成的目的。
4. 手动控制单元手动控制单元主要由选择开关、故障指示灯、运行指示灯等组成，可以手动控制电源的切换和检测电源状态，以及进行报警状态等。
二、直流双电源自动切换器的原理在直流双电源自动切换器中，是通过电源控制单元检测电源状态，实现切换控制和传递切换指令给直流功率单元实现的。
最常见的切换模式可以分为以下三种：(1) 自动切换模式在自动切换模式下，直流双电源自动切换器会自动检测首选电源的状态。
如果首选电源出现故障，则备用电源会自动接替，并切换到备用电源上。
直流配电网的优势及发展现状
科技风2016年11月上水利电力DOI:10.19392/ki.l671-7341.201621108直流配电网的优势及发展现状孙希盈河北工业大学电气工程学院天津300130摘要：交流配电网是当前配电网的主要形式，未来配电网将大量接入分布式发电和多样化的负荷，这对交流配电网的供电可靠性、电能质量、经济环保运行提出了更高要求。
直流的配电网可作为未来配电网发展方向，应用直流配电技术对传统交流配电网进行升级，解决当前配电网面临的 问题。
本文通过对比交流配电网，总结了直流配电网的优势，并介绍其发展现状a关键词：直流配电网；优势;发展现状未来以风力、光伏等发电为主的新能源发电将以分布式方式广泛接人配电网，新能源发电成为解决能源危机的重要途径。
分布式发电接入交流配电网，会引起的各种问题。
直流配电网通过各种变流器将分布式电源和负荷连接到同一直流母线上，组成独立可控的系统，可避免交流配电网出现的很多问题。
直流配电技术可解决当前问题以满足未来配电网的发展需求_。
1交流配电网面临的问题经济性方面，配电网供电侧将有多种分布式发电接入，直流发电单元经DC/AC变换、交流发电单元经AC/DC/AC变换，均需大S换流器才能接入交流配电网;用电侦直流电机、电动汽车等直流负荷，以及电冰 箱、空调等采用变频技术的交流负荷,需AC/DC变换或AC/DC/AC变换接入交流配电网;输电侧，城市用电负荷增长迅速，交流配电网要通过架设新的输电线路来提高输电容量，供电容量与城市用地的矛盾加剧。
系统供电侧和用电侧都将增加换流器投资和换流损耗，输电走廊建设成本增高，降低配电网的经济性。
稳定性方面，各种分布式发电接入交流电网需要经过电压、频率、相位的同步过程，易造成对配电系统振荡:;分布式发电具有随机性和不确定性，其接入会造成系统电压偏移、频率波动、高次谐波污染等问题，降低电能质量，影响负荷正常工作。
环境保护方面，由于交流电本身的特点和部分配电网规划的不合理性，交流配电网产生的噪音和电磁污染严重影响电网附近人们的身心健康。
双电源自动转换开关的发展现状及应用探讨
双电源自动转换开关的发展现状及应用探讨摘要：随着国民经济的飞速发展，各种应用场所的用户对供电的连续性、可靠性要求越来越高，双电源自动转换开关产品得到了快速发展，并被广大设计人员认可和使用。
关键词：双电源自动转换开关；发展、现状；应用；前言双电源自动转换开关快速发展后，被广泛用于高层建筑、医院、商场、银行、消防、化工、冶金、军事设施等不允许断电的重要场所，完成双回路供电系统的电源自动转换，从而保证重要用户供电的可靠性。
本文将就双电源自动转换开关的发展、现状及应用进行探讨，以供参考。
一、双电源自动转换开关作用和主要分类双电源自动转换开关简称ATSE。
为保证重要场合供电连续性一般会由两路电源供电，一路主用电源，另外一路为备用电源，ATSE的作用是当主用电源出现断电或电源不合格时，将电源由主用切换至备用，反之亦然。
ATSE一般由：开关本体+控制器两部分组成。
按照“短路能力”方式分类可分为PC级和CB级两大类：PC级：能够接通和承载，但不用于分断短路电流的TSE。
CB级：能够接通和承载并分断短路电流的，配备过电流脱扣器的TSE。
即由断路器作为开关本体的TSE。
二、我国双电源自动转换开关的发展和现状我国双电源类产品的研制和生产是自90年代中期国内市场急需高性能、高可靠自动转换开关电器，日、法、德、美等产品先后打入中国市场开始的，后来国内企业陆续发展起来，现已发展到第四代。
双电源产品按结构的不同主要分为CB 级和PC级两大类。
现在行业内生产的主要有：①第二代：CB级双电源—以断路器为主体开关，除具有转换功能外，还具有过载和短路保护功能；产品由电机驱动，转换速度较慢（1.0s-3s）。
②第四代（4.1代）以负荷隔离开关为主体开关的PC级双电源。
此类产品采用双列复合式触头，横拉式机构，结构简单，但无引弧装置，短时耐受电流偏低，常用于一般负荷，三、四级场合使用。
其优势：用于民用市场，价格相对便宜，性价比较高。
开关采用电机驱动，本体转换时间为500ms至1.5s。
直流输电换流器比较及分析HVDC
直流输电换流器比较及分析HVDC直流工程换流器比较及分析高压直流(HVDC)输电以其在长距离大容量输电、海底电缆输电和非同步联网等领域的独特优势而得到了广泛应用。
换流器是高压直流输电的核心设备，它是影响HVDC系统性能、运行方式、设备成本以及运行损耗等的关键因素。
一、换流器概述换流器是实现交直流电相互转换的设备，当其工作在整流(或逆变)状态时，又称为整流器(或逆变器)换流器容量巨大、可控性强，对可靠性的要求很高。
传统晶闸管换流器容量很大，但投资大、谐波严重。
电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点，其发展十分迅速。
较典型换流器有传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等。
长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景，是未来高压直流输电技术的重要发展方向。
二、换流器的分类换流器以实现功率变换的关键器件划分，可分为晶闸管换流器和全控器件换流器。
前者指由半控器件晶闸管组成的换流器，后者指由全控器件(又称自关断器件，如IGBT、IGCT)组成的换流器；以换流方式划分，换流器分为电网换相换流器（LCC）和器件换相换流器(DCC)。
前者采用晶闸管器件，由电网提供换相电压而完成换相，后者由全控器件组成，通过器件的自关断特性完成换相；根据换流器直流侧特性划分，换流器又分为电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)。
电流源换流器的直流侧通过串联大电感而近似维持直流电流恒定，电压源换流器的直流侧通过并联大电容而保持直流电压近似不变。
电压源换流器依据其拓扑结构进一步分为两电平和模块化多电平换流器（MMC）等结构。
针对晶闸管换流器，还可根据换流器基本单元结构的不同而分为三种:每极1组12脉动换流器(简称12脉动换流器)，每极2组12脉动换流器串联式换流器和每极2组12脉动换流器并联式换流器。
其中，12脉动换流器是常规高压直流输电的典型换流器，每极2组12脉动换流器则适用于特高压直流(HVDC)输电。
直流输电与交流输电相比优点有哪些
直流输电与交流输电相比优点有哪些（1）不存在稳定问题。
由于直流输电并不要求它所联接的两端同步，输电线路上也没有电抗，因而不存在稳定问题，也不存在因此引起的对输电距离及容量的限制问题。
（2）直流输电不仅本身无稳定问题，而且可以提高它两端交流系统的稳定性。
因为对交流系统来说，直流系统等于是增加了一个没有功角限制的电源，它可以改善与它联接的交流系统的静稳定和动稳定。
（3）直流线路造价低，约为同级电压交流线路的65%，有色金属消耗量小。
（4）输送容量大。
交流输电时最大电压为额定值的21/2倍，直流输电下两者相等，交流输电无功电流对有功电流有限制。
直流无此限制，因此在一样的绝缘水平及线路建造费用条件下，直流输电可输送的功率约为同等电压交流输电功率的1.5倍。
（5）线路损失小。
直流输电没有无功电流及电力，在传输一样功率下，线路的电流及功率损耗比交流输电小，也不产生需要补偿的无功功率。
另外，导线周围没有交变电磁场，其电晕损耗也小。
（6）在系统扩大并与其他系统相连接时，采用交流输电往往由于系统短路容量的增大，造成原系统中开关断路容量缺陷，需要更换大容量开关。
而利用直流输电则可隔开交流系统的故障电流，使之不进入健全系统，因而不增大系统短路容量，同时也可使交流系统的电压不致过分降低。
直流系统本身故障时，其电流即被切断，也不影响交流系统。
（7）直流输电对功率及输电电压增高的适应性强。
由于直流输电线路建设费用低而换流站造价高，所以可采用线路一次按最终规划目标建设，换流装置则采用随系统输电规模加大而逐步增加串并联组数，使直流电压及电流逐步增大的方法建设，使系统规划获得最好的规划期整体效果。
（8）输电可靠性高。
直流输电下一极线路故障时，另一极利用大地作回路还可送出一半功率。
如果采用高速的换流器控制及开关操作使全极换流器并联运行，以二倍的线路电流单极运行，还可继续保持输送额定功率。
（9）直流输电下潮流的控制比交流容易。
当交流输电下系统形成网孔形电力网时，由于电抗及无功潮流的影响，往往不易控制各线路的功率分配，造成某些线路带不上负荷，另一些线路则过载，甚至出现因某些线路过载跳闸引起连锁反应，使全网跨掉。
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直流双电源切换装置
均流利弊分析
目前，直流双电源切换装置市场鱼龙混杂，充斥着诸多假冒伪劣产品，切换时间达不到要求，产品质量性能让人担忧。
使用上类似产品发电厂的DCS,DHE,MEH,AST,BPS等重要系统都将要面临停机风险。
今天就将阐述风险由来，并带来风险的化解之方，无需均流能做到两机三机运行的上海知进ZJ-ATSDC220v/110v智能直流双电源切换装置。
几种常见的均流电路工作原理及优缺点分析：
先说说为什么需要均流电路：
我们知道，当一个模块无法提供负荷需要的电流的时候，可以采用多个模块并联的方式来提供总的负荷，但由于每个模块的输出电压无法完全一致，输出阻抗特性也会有所区别，简单的将模块并联在一起，并不能保证各模块输出电流完全一致，很可能会出现有的模块全负荷工作，有的模块却空载运行的情况，我们知道，模块空载及满负荷运行，都不是最佳运行状态，对于系统的整体寿命也就可想而知了。
所以，就需要额外的电路来实现均流的功能，让所有模块均分负载。
再说说如何实现均流，其实，模块为什么不均流原因也很简单，就是输出电压不一致，有人可能要问，我都将电压调整一致直接并联可以不？如果你能保证所有模块输出电压完全一致且模块的阻抗特性也完全一致，那么直接并联应该是没有问题的，但是我们能将所有模块电压调整的完全一致而且随着负载的变化，模块输出电压的变化趋势也一致吗？如果你有方法，欢迎指点，但大多数情况下，这种情况是无法实现的。
那么我们如何实现均流呢？简单的说，就是通过外加的均流电路，让模块输出电压一致，电流大的，将电压调低，电压小的，将电压调高，就可以实现均流了。
缺点是几个电源并联成一个电源,由于每个电源的性能不可能完全相同,不采取措施会造成每个电源输出的电流不同.在一定的负载电流时,有的模块可能工作在过载状态,而另一些模块则工作在空载状态。
均流即是恒流，恒流输出即是是恒功率输出，这在电路中是非常不现实的。
1：负载阻抗法
负载阻抗法，你可以简单的理解成，对于模块来说，输出电流越大，模块输出电压会越低，这样两个模块并联在一起，原来输出电压高的模块，由于输出电流的增加，模块输出电压降低，自然就无法输出更多的电流，那么电流就由其余模块提供了。
具体的电路可以由上面的电路来实现，前级放大电路对输出电流信号进行放大，然后与反馈信号进行叠加送入电压环，随着电流的增加，就可以降低输出电压。
可别叠加错了，如果你叠加到基准端，那逻辑就反了，电流越大输出越高。
弊端：因为这种方式随着电流的增加，输出电压是变化的，有时候可能变化比较大，对于有稳压精度要求的模块来说，肯定是不合适的，高电压总是被低电压拉低，或者可能电压低的装置被反灌入电流，易烧坏模块。
2：主从设置法：
就是人为设置一个主模块，所有模块以该模块为参考，输出电流。
下图为网上摘录的一个主从设置均流法的工作示意图。
从上图可以看出，在这种工作方式下用n个单元，其中一个单元（主控单元）工作在电压源（CV）方式，其余n－1个单元工作于电流源（CC）方式。
它实际上是由电压环（外环）和电流环（内环）构成电流控制型的双环控制，或说成是电压控制的电流源。
弊端：主模块是我们设计过程中指定的，如果工作过程中主模块发生问题，那么整套系统将瘫痪。
3：平均电流法：
平均电流法首先要得到一个平均电流，也就是总负载电流除以模块总数得到的电流值，各模块电流与该平均电流比较，如果模块电流大于平均电流就调低模块输出电压，反之调高模块输出电压，从而实现各模块输出电流一致。
在平均电流法中，将所有模块的输出电流，通过一个电阻接到一起，就可以得到所有模块输出电流的平均值，这个点我们称之为均流母线。
弊端：负载在空载和半载，全载的情况下，装置输出的电压差别大，精度低。
比如全载情况下均流精度小于3%，半载有可能5%，空载8%，这和电子元件的特性有关，标称100欧姆的电阻每个去实际测量也是有差异的。
需要均流直流双电源切换装置最大缺点：
1，采用了大量的二极管，MOS管，稳压模块，抗短路能力差，波纹系数大。
2，负载的变化影响均流精度，严重情况导致其中一装置过载。
假如：两台并机运行的直流双电源装置，带载时调整好均流精度3%以内，若负载变化减去一半或者直到空载，精度就会变大。
3，直流双电源能2台并联能均流，3台，4台甚至更多就无法均流，先天的缺陷只能2台均流限制。
4，随着装置工作时间的越长，在不同载的条件下，均流的效果不一样。
内部元件的老化，特性的线性飘逸导致均流最终崩溃，设备损坏。
5，电流环一定要比电压环慢，均流对公共地要求非常高，示波器看静噪干扰非常大，均流越好，稳压性能变差。
本公司生产的ZJ-ATSDC220V/110V直流双电源切换装置两台，三台甚至更多并机运行无需均流即可达到理想的均流效果工作，使得每台装置的输出功率相同，可靠性，安全性比需要均流的装置大大提高。
ZJ-ATSDC220V-30A并机运行无需均流现场图片：
现场波形图：。