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通信电源系统承担着向电力系统交换机、光端设备、PCM设备、微波设备等通信设备供电的任务,是所有通信设备的“心脏”,一旦发生供电中断,通信系统、超高压输电线路高频保护及电网安全稳定装置通道、调度自动化远动信息通道将无法运行,将极大地威胁电力系统的安全稳定运行。下面可以从以下几个方面来分析通信电源的稳定安全。
1 选用高可靠电源系统
电源系统是否稳定,关键在于设备是否可靠,设计是否合理。一套电源设备只有在原理设计合理、设备选用可靠的情况下,才能确保其稳定性。
由于以前的电源系统多采用分立电子元件,如可控硅等元件,给运行维护带来很多不便。高频开关电源具有体积小、噪声低、效率高、功率因素高、动态性能好、均流特性好、可靠性高、可带电热插拔、电磁兼容性极好、对电网污染小的优点,必将取代相控整流器,此外,还易于监控、扩展、实现“N+1”备份的功能。
选用安全、稳定的硬件设备是实现通信电源可靠性的第一要素,合理的接线方式也非常重要。为了保证电源系统的独立性,每套通信设备的两路电源分别接到高可靠电源系统的独立直流母排上,每个直流母排上的输出端均带有隔离装置,即双电源/双母排概念;而蓄电池分别接入各自母排,组成完全独立又互不干涉的独立供电系统。
2 建立通信电源监控系统
为了保证通信系统的畅通,提高设备运行水平,尽量缩短维修时间,使系统管理由局部、临时监测,变为系统、全天候管理,必须实施监控。通信电源监控系统是对通信设备进行遥测、遥信和遥控,能实时监视和显示其运行参数,自动监测和处理系统各种故障的设备,并且还能监测机房温度,并根据环境温度实时对蓄电池浮充时进行温度补偿。
2.1单套电源的监控
对于单套电源系统的监控,一般在整流屏配备本机监控装置,实时监测交流单元,整流单元、直流单元、蓄电池等工作状态,包括系统电压、系统工作状态显示,负载电流及各整流模块的输出电流,蓄电池的充放电电流及安时数、系统的各项运行参数设定值、蓄电池温度及环境温度,根据各项设定值发出各类告警信息,并且具有RS-232接口,对于紧急故障具有电话回叫功能,在第一时间通知运行人员。其组成如图1所示。
图1 监控系统组成
2.2多套电源系统的监控
一般来说,一个供电局有多套通信电源,而且大多通信电源无人值班,因此,必须采用独立的通信电源监控系统,并且把各站的电源监控系统纳入通信设备总的监控系统。
根据通信电源集中维护、统一管理的基本模式,监控系统是一个多级的分布式计算机监控网络,分为监控单元、监控站、区域监控中心、中心局监控中心。四级结构如图2所示。
图2 通信电源监控系统组成
一般以地调监控中心为中心局监控中心,各县调监控中心为区域监控中心。各级的功能为:
(1)设备监控单元完成周期性的采集数据,接收和执行命令,接受上一级下达的配置信息、刷新配置文件;
(2)监控站实现数据采集和处理,向下与各设备单元监控单元传送数据,进行处理后,向上级传送,实时监视各监控单元的工作状态,同时与监控中心通信,实时向监控中心转发告警信息,并接受各监控单元的参数,显示各监控单元采集的各种监测数据和告警信息;
(3)监控中心(包括区域监控中心)具有监控站的功能,还能实现各监控站工作状态显示和打印各种数据和信息。电源监控系统的基本原则应把可靠性放在第一位,监控系统本身的可靠性必须高于被监控设备的可靠性,监控系统要以监为主、控为辅,并且逐渐向智能化、规范化方向发展。
3 加强对设备的维护工作
对通信电源的维护,主要是对蓄电池的维护。目前,通信电源大多采用免维护蓄电池(阀控式密封蓄电池),但其所谓的免维护其实是指使用过程中不需要加蒸馏水等工作。但在日常的工作中,还需对其进行精心维护。
3.1环境温度的稳定
阀控式蓄电池适合在清洁、干燥、通风、避免阳光直射的环境中运行,环境温度控制在15~35℃,最好是标准室温25℃。因此,必须安装空调,确保蓄电池室温度控制在25℃。
3.2对蓄电池的维护
蓄电池作为通信电源的后备电源,是确保设备不间断运行的最后一道防线,必须对其精心维护。在维护过程中,首先要经常观察其外观,检查有无活性物质脱落、极板变形、电解液外漏,栅极有否腐蚀和硫化,及时做好充放电,根据《电信电源维护规程》中规定:
(1)蓄电池应每年做1次放电试验,放电额定容量的30%~40%,每3年做1次容量实验,使用6年后应每年1次,蓄电池放电期间应每小时测量1次端电压和放电电流;
(2)还要引进先进的测试方法对蓄电池进行定期测试。根据研究,蓄电池的真正等效内阻是由其金属电阻和电化学电阻组成,内阻的增加导致蓄电池实际容量的减少。现在市场上蓄电池测试仪很多,通过选用合适的蓄电池测试仪对蓄电池进行日常维护,再加上目前电源都对蓄电池装有巡检、监控功能,更加能保证蓄电池的日常工作效率。
4 高度重视防雷接地
雷电是对电力系统产生较大影响的一种自然灾害,现在很多通信设备发生雷电事故,大多是由电源系统进入,因此必须重视电源系统的防雷接地工作。
4.1 防雷
根据YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》以及各通信站内主要电源配套设备的耐压冲击指标和防雷器残压要求,电力系统雷害的防护可采取分级协调的防护措施进行电源设备的保护。图3为三级防雷保护措施。
图3 三级防雷保护措施
(1)市电引入端安装OBO电源防雷模块,可以预先引雷;
(2)在交流输入到整流器中间安装一组低压避雷器,确保整流设备及有关低压设备;
(3)直流电源的“正极”在电源设备侧和通信设备侧均应接地,“负极”在电源机房侧和通信机房侧均应接氧化锌压敏电阻。
4.2 接地
对于通信等弱电设备的防雷,接地系统的良好与否,直接关系到防雷的效果和质量。当有直接雷时,尽管接地电阻很小(1.0Ω左右),但地网上还会产生很大的地位抬升。因此,应该采用联合接地,通信机房和电源机房还要形成环形地网并多点入地。
5 加强人员培训管理工作
现代电源技术大量应用电力电子半导体器件,采用自动控技术、计算机技术、电磁技术的多学科交叉技术,是现代电力电子的具体应用。积极让专业人员参与、把关工程设计,方案审查,工程实施、竣工验收;加大培训力度和搞好技术练兵;积极让专业人员学习新的专业知识;积极引进高素质的电源专业人才等各方面来实施,确实提高维护水平。
6 结束语
关键词: 通信稳压电源;稳定;可靠
Key words: communication regulated power supply;stability;reliable
中图分类号:TN913文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)09-0146-01
0引言
电源对于通信线路的意义,就像心脏对人类的意义一样,供给的是能量,联通的是整个机体,是保障整个通信线路运转的基础条件,是最不可或缺的。在实际应用中,几乎每条电子设备都在使用直流电源,直流稳压电源则被广泛应用。
1通信电源的现状
通信电源是通信系统中的源头保证,体积虽小其意义非凡。当前,采用模拟电路控制的模拟方法,以及通过数字电路进行自动控制的数字方法,是最为常用的维持电源电压的方法。市场对电源的需求即将攀升,随着电信技术的迅猛发展,电信网络日益复杂,各种业务层出不穷,电信服务的要求越来越高,因此作为整个通信系统动力之源的通信电源系统的重要性日益突出。
2保持通信电源稳定性措施
2.1 选用高可靠电源系统电源的稳定可靠是保证整条线路的基础,而电源系统设计的科学合理、可靠则是保证电源系统稳定的基础条件。因此,选用高可靠的电源系统,和合理的接线方式是保证通信电源稳定的首要条件。
分立电子原件是最为传统的电源,但是却有着维护困难的缺陷。而新产品高频开关电源,不仅体积小、功率低、效率低,而且维护简单、易于监控,已逐渐占领了当今市场。另一方面,为了保证电源系统的独立性,每套通信设备的两路电源分别接到高可靠电源系统的独立直流母排上,每个直流母排上的输出端均带有隔离装置,即双电源/双母排概念;而蓄电池分别接入各自母排,组成完全独立又互不干涉的独立供电系统。
2.2 建立通信电源监控系统电源监控可以实现系统、自动、全天实时掌握电源运行及其环境的状况,及时发现隐患,减小维修频率,将安全隐患扼杀在摇篮之中。具体流程为,电源监控系统安装后,可通过远程数据端显示的数据及参数变化,得知电源环境的温度是否正常,蓄电池电量是否充足,是否存在安全故障等问题,并可及时通知电源所在地工作人员采取相关弥补措施,进行修补。单套电源和多套电源的监控方法有所不同,但是总体来说,遥测、遥信和遥控是最为常用的三种方法,三者可交叉使用,互相补充。
其一, 单套电源的监控主要控制在电流、蓄电池两个方面。具体包含直流单元、交流单元、系统电压等模块的负载电流及各整流模块的输出电流,蓄电池的充放电电流及安时数,蓄电池温度及环境温度,以及系统电压、系统工作状态显示等。对于紧急故障具有电话回叫功能,在第一时间通知运行人员。
其二,供电局等大型通信单位,电源数量种类多,且多无人值班,在此种多套电源系统中安装独立的通信电源监控系统则是尤为重要。多套电源的监控系统是呈网络逐层分布形式,监控单元、监控站、区域监控中心、中心局监控中心每个层次级别均应安装电源监控设备,并且要把各站的电源监控系统纳入通信设备总的监控系统,以便可以统一采集数据进行监控。监控单元负责定期采集数据、刷新配置,并向上级监控站传送数据。监控站在接收到数据之后则对进行数据处理工作,向上区域监控中心发送处理结果,向下监控每个单元的工作状态。监控中心则需将下级单位发送的数据进行打印、分析,并要严格控制好下级监控单元的安全性能。
2.3 加强对设备的日常维护结合检修工作虽然通信电源设备的含金量一直在上升,但是如果因此而省去日常维护及检修工作,则会大大减弱设备运行机能,还会大大加重设备日后维修的负担。通信设备日常的维护及检修工作主要集中在主机和蓄电池各个模块,其中蓄电池的工作量更大、其长远意义也更为显著。
防潮、防尘与定期除尘是维护主机设备的手段,当主机出现击穿、断保险或烧毁器件的故障需要检修时,则务必要查明故障原因,在进行维修重启。
检查进行时,工作人员需注意蓄电池是否保持在浮充状态,其容量是否满额,是否有冒气泡、漏电、腐蚀等现象发生,是否有金属物搁置在电池上方等。蓄电池种类不同,其日常维护所需注意的电池排列方式、电解液添加比例、充电频率、放电次数以及周边温度也有所区别的。
2.4 高度重视防雷接地雷电事故大多通过电源系统进入,防雷接地是维持电源稳定性的另一项有效措施。而接地系统的良好与否,直接关系到防雷的效果和质量。联合接地可使得通信系统各部分形成环网,降低雷电击中的频率。电力系统雷害的防护可采取分级协调的防护措施进行电源设备的保护。介绍如下:①市电引入端安装OBO电源防雷模块,可以预先引雷;②在交流输入到整流器中间安装一组低压避雷器,确保整流设备及有关低压设备;③直流电源的“正极”在电源设备侧和通信设备侧均应接地,“负极”在电源机房侧和通信机房侧均应接氧化锌压敏电阻。
3结论
通信电源始终是通信行业运转的能量源头,只有保持电源工作性能的安全可靠性,才能为整条通信线路提供基础。随着科技的发展,通信电源的科技含量也是越来越高,因此,相关技术人员也要不断进修,学习先的技术理论并运用到实际操作中,为高科技电源设备发挥效益做好后备工作。
参考文献:
中图分类号:E968文献标识码: A 文章编号:
在通信系统中,电源象征着通信系统的“心脏”,是给各个设备提供动力的重要环节。从平时系统的运行角度来看,通信电源似乎显得并不十分抢眼,但从微观和电源专业本身来看,从确保通信质量、生产安全和财产安全的角度提出密切关注通信电源的运行管理,极具重要意义。本文根据通信电源的特点、现状及存在的问题,提出了具体的在通信电源运行管理中,保障通信生产质量和安全的措施和做法。
一、通信电源概述 从远古时代以来,阳光、空气、食物和水一直是人们赖以生存的必需品,而今在科学技术飞跃发展的时代,电也已成为人们的必需品。正是由于通信系统的安全优质运转,无处不在的通信电源则是坚实的基础和根本保障。实施集中监控管理是网络技术发展的必然趋势,是现代通信网的要求,也是企业减员增效的有效措施。各种电源设备要智能化、标准化,符合开放式通信协议。若电源系统不能输出规定电流,电压超出允许波动范围,杂音电压高于允许值时间并持续10s以上者均判定为系统故障。原交流系统中的电压、频率或波形畸变超出规定范围持续时间大于60s者均判定为故障。为此,要保证通信电源系统的可靠性,有条件的通信部门应尽量从两个不同的地方引入2路市电输入,并设置2路市电电能自动倒换装置;所用设备要选用可靠性高的高频开关整流设备,采用模块化、热插拔式结构以便于更换,并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证、试运行前均不得进入供电系统。为了尽量缩短设备的平均故障修复时间,要经常分析运行参数,预测故障发生的时间并及时排除。还要提高技术维护水平,采用集中维护、远程遥信、遥测维护。在实施过程中,要以可靠性、实用性为基本原则,宜简勿繁。
二、通信电源的现状问题
2.1供电系统的现状。通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分,其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能,从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
2.2通信电源设备的更新换代。近年来,随着技术的进步,特别是功率器的更新换代,新型电磁材料的不断使用,功率变换技术的不断改进,控制方法的不断进步,以及相关学科的技术不断融合,通信电源在系统的可靠性、稳定性,电磁兼容性,消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
2.3现行通信电源的电路模型和控制技术。目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路,半桥电路和全桥电路,各有优缺点。一般认为,在中、小功率场合,采用双单端电路或半桥电路是适宜的;在大功率场合则采用全桥变换电路。
三、重视通信电源的管理要加强运行管理,减少通信事故,预防、杜绝恶性事故发生;对于庞大的设备资产,要科学使用。优化组合;在抓节能降耗方面,电源专业有着很大责任,需加强管理;要抓好通信电源、机房专用空调和环境监控系统的完善研究推广应用,抓好通信电源的维护规程、技术规范和安全操作等方面的研究与推广应用;要进行电源专业维护体制改革的研究与推广;要对新的先进供电技术与设备进行应用验证研究,防止盲目性;要培养及配备有一定水平的通信电源管理、维护专业技师。我管道通信企业内部应建立具有高水平、高素质的通信电源技术维护中心及维护队伍。
四、具体应对措施
4.1保持通信电源系统稳定对策
(1)选用高可靠电源系统。电源系统是否稳定,关键在于设备是否可靠,设计是否合理。一套电源设备只有在原理设计合理、设备选用可靠的情况下,才能确保其稳定性。由于以前的电源系统多采用分立电子元件,如可控硅等元件,给运行维护带来很多不便。高频开关电源具有体积小、噪声低、效率高、功率因素高、动态性能好、均流特性好、可靠性高、可带电热插拔、电磁兼容性极好、对电网污染小的优点,必将取代相控整流器,此外,还易于监控、扩展、实现“N+1”备份的功能。选用安全、稳定的硬件设备是实现通信电源可靠性的第一要素,合理的接线方式也非常重要。为了保证电源系统的独立性,每套通信设备的两路电源分别接到高可靠电源系统的独立直流母排上,每个直流母排上的输出端均带有隔离装置,即双电源/双母排概念;而蓄电池分别接入各自母排,组成完全独立又互不干涉的独立供电系统。 (2)建立通信电源监控系统。为了保证通信系统的畅通,提高设备运行水平,尽量缩短维修时间,使系统管理由局部、临时监测,变为系统、全天候管理,必须实施监控。通信电源监控系统是对通信设备进行遥测、遥信和遥控,能实时监视和显示其运行参数,自动监测和处理系统各种故障的设备,并且还能监测机房温度,并根据环境温度实时对蓄电池浮充时进行温度补偿。
(3)加强人员培训管理工作。现代电源技术大量应用电力电子半导体器件,采用自动控技术、计算机技术、电磁技术的多学科交叉技术,是现代电力电子的具体应用。积极让专业人员参与、把关工程设计,方案审查,工程实施、竣工验收;加大培训力度和搞好技术练兵;积极让专业人员学习新的专业知识;积极引进高素质的电源专业人才等各方面来实施,确实提高维护水平。
4.2通信电源的日常维护和检修
通信电源是通信系统重要的组成部分,人们常把它形象的比喻成通信系统的心脏,况且再好的设备也有寿命期,也会出现故障,所以电源系统的日常维护与检修就显得尤为重要,不要因为高智能、免维护就忽略了本应进行的预防与维护工作。下面从主机和电池两个方面的维护给以简要叙述: (1)主机。在正常使用情况下,对主机的维护主要是防潮、防尘与定期除尘,在除尘时要注意检查各连接件和插接件有无松动工接触不好的情况;对主机出现击穿、断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后,重新启动。 (2)蓄电池。由于蓄电池能供给通信设备纯直流,又不受市电突然中断的影响,工作可靠,所以在我们电力通信部门得到广泛的应用。但蓄电池是一种化学反应装置,内部的化学反应既看不到又摸不着,并且日常维护中的缺陷不会立即反映出来,看起来维护工作很简单,但真正要维护好却是比较困难的。因此我们维护人员都要认真负责,加强管理,使电池经常处于良好的状态。 我们维护的蓄电池大体上分三种:一种是固定型防酸铅酸蓄电池(普通型)。这种电池存在着许多缺点,所以这种电池将逐步淘汰。另一种是阀控式密封铅酸电池。它在维护中不需要添加蒸馏水和测量电解液的比重、温度,维护方便,能量密度高,基本无酸雾逸出,可任意放置等优点,所以被广泛的采用。第三种是富液式胶体电池。由于这种电池性能指标较好,所以日常维护以测电池的电压为主,来发现各电池间电压是否均匀和有没有落后电池。 为保证电池的安全使用,平时电池的运行方式是与充电器并列运行,处于浮充状态,要使电池在浮充状态下保持满容量,我们在维护工作中应注意: ①电池不可过放电,放电后应立即充电,同时不应经常充电不足,也不应经常充电过量,冒气剧烈。②对阀控密封电池检查极柱安全阀周围有无酸雾逸出,连接有无松动和腐蚀,壳体有无渗漏和变形。对普通型电池调酸时不可将水到入硫酸内,液面要高出极板1―2CM,液面低时要注意加水。柱头等零部件应经常保持一层凡士林,如有氧化物必须刮除。③电池事应保持清洁,事内干燥,通风良好,避免阳光直射电池。室内严禁存放食品和易燃,易爆,易腐蚀物品,更不能将任何明火带入。④做好日常维护运行记录,在电池上不准存放任何金属物品,以免发生短路。
参考文献:
通信电源系统承担着向电力系统交换机、光端设备、PCM设备、微波设备等通信设备供电的任务,是所有通信设备的“心脏”,一旦发生供电中断,通信系统、超高压输电线路高频保护及电网安全稳定装置通道、调度自动化远动信息通道将无法运行,将极大地威胁电力系统的安全稳定运行。下面可以从以下几个方面来分析通信电源的稳定安全。
1 选用高可靠电源系统
电源系统是否稳定,关键在于设备是否可靠,设计是否合理。一套电源设备只有在原理设计合理、设备选用可靠的情况下,才能确保其稳定性。
由于以前的电源系统多采用分立电子元件,如可控硅等元件,给运行维护带来很多不便。高频开关电源具有体积小、噪声低、效率高、功率因素高、动态性能好、均流特性好、可靠性高、可带电热插拔、电磁兼容性极好、对电网污染小的优点,必将取代相控整流器,此外,还易于监控、扩展、实现“N+1”备份的功能。
选用安全、稳定的硬件设备是实现通信电源可靠性的第一要素,合理的接线方式也非常重要。为了保证电源系统的独立性,每套通信设备的两路电源分别接到高可靠电源系统的独立直流母排上,每个直流母排上的输出端均带有隔离装置,即双电源/双母排概念;而蓄电池分别接入各自母排,组成完全独立又互不干涉的独立供电系统。
2 建立通信电源监控系统
为了保证通信系统的畅通,提高设备运行水平,尽量缩短维修时间,使系统管理由局部、临时监测,变为系统、全天候管理,必须实施监控。通信电源监控系统是对通信设备进行遥测、遥信和遥控,能实时监视和显示其运行参数,自动监测和处理系统各种故障的设备,并且还能监测机房温度,并根据环境温度实时对蓄电池浮充时进行温度补偿。
2.1单套电源的监控。对于单套电源系统的监控,一般在整流屏配备本机监控装置,实时监测交流单元,整流单元、直流单元、蓄电池等工作状态,包括系统电压、系统工作状态显示,负载电流及各整流模块的输出电流,蓄电池的充放电电流及安时数、系统的各项运行参数设定值、蓄电池温度及环境温度,根据各项设定值发出各类告警信息,并且具有RS-232接口,对于紧急故障具有电话回叫功能,在第一时间通知运行人员。
2.2多套电源系统的监控。一般来说,一个供电局有多套通信电源,而且大多通信电源无人值班,因此,必须采用独立的通信电源监控系统,并且把各站的电源监控系统纳入通信设备总的监控系统。
根据通信电源集中维护、统一管理的基本模式,监控系统是一个多级的分布式计算机监控网络,分为监控单元、监控站、区域监控中心、中心局监控中心。一般以地调监控中心为中心局监控中心,各县调监控中心为区域监控中心。各级的功能为:(1)设备监控单元完成周期性的采集数据,接收和执行命令,接受上一级下达的配置信息、刷新配置文件;(2)监控站实现数据采集和处理,向下与各设备单元监控单元传送数据,进行处理后,向上级传送,实时监视各监控单元的工作状态,同时与监控中心通信,实时向监控中心转发告警信息,并接受各监控单元的参数,显示各监控单元采集的各种监测数据和告警信息;(3)监控中心(包括区域监控中心)具有监控站的功能,还能实现各监控站工作状态显示和打印各种数据和信息。
3 加强对设备的维护工作
对通信电源的维护,主要是对蓄电池的维护。目前,通信电源大多采用免维护蓄电池(阀控式密封蓄电池),但其所谓的免维护其实是指使用过程中不需要加蒸馏水等工作。但在日常的工作中,还需对其进行精心维护。
3.1环境温度的稳定。阀控式蓄电池适合在清洁、干燥、通风、避免阳光直射的环境中运行,环境温度控制在15~35℃,最好是标准室温25℃。因此,必须安装空调,确保蓄电池室温度控制在25℃。
3.2对蓄电池的维护。蓄电池作为通信电源的后备电源,是确保设备不间断运行的最后一道防线,必须对其精心维护。在维护过程中,首先要经常观察其外观,检查有无活性物质脱落、极板变形、电解液外漏,栅极有否腐蚀和硫化,及时做好充放电,根据《电信电源维护规程》中规定:(1)蓄电池应每年做1次放电试验,放电额定容量的30%~40%,每3年做1次容量实验,使用6年后应每年1次,蓄电池放电期间应每小时测量1次端电压和放电电流;(2)还要引进先进的测试方法对蓄电池进行定期测试。根据研究,蓄电池的真正等效内阻是由其金属电阻和电化学电阻组成,内阻的增加导致蓄电池实际容量的减少。现在市场上蓄电池测试仪很多,通过选用合适的蓄电池测试仪对蓄电池进行日常维护,再加上目前电源都对蓄电池装有巡检、监控功能,更加能保证蓄电池的日常工作效率。
4 高度重视防雷接地
雷电是对电力系统产生较大影响的一种自然灾害,现在很多通信设备发生雷电事故,大多是由电源系统进入,因此必须重视电源系统的防雷接地工作。
4.1 防雷。根据YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》以及各通信站内主要电源配套设备的耐压冲击指标和防雷器残压要求,电力系统雷害的防护可采取分级协调的防护措施进行电源设备的保护。
三级防雷保护措施:(1)市电引入端安装OBO电源防雷模块,可以预先引雷;(2)在交流输入到整流器中间安装一组低压避雷器,确保整流设备及有关低压设备;(3)直流电源的“正极”在电源设备侧和通信设备侧均应接地,“负极”在电源机房侧和通信机房侧均应接氧化锌压敏电阻。
4.2 接地。对于通信等弱电设备的防雷,接地系统的良好与否,直接关系到防雷的效果和质量。当有直接雷时,尽管接地电阻很小(1.0Ω左右),但地网上还会产生很大的地位抬升。因此,应该采用联合接地,通信机房和电源机房还要形成环形地网并多点入地。
5 加强人员培训管理工作,重视通信电源的管理
现代电源技术大量应用电力电子半导体器件,采用自动控技术、计算机技术、电磁技术的多学科交叉技术,是现代电力电子的具体应用。积极让专业人员参与、把关工程设计,方案审查,工程实施、竣工验收;加大培训力度和搞好技术练兵;积极让专业人员学习新的专业知识;积极引进高素质的电源专业人才等各方面来实施,确实提高维护水平。
【中图分类号】 E965【文献标识码】B【文章编号】1672-5158(2013)07-0296-02
智能电网(smart power grids),就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
一、通信电源
通信电源是整个通信网络的关键基础设施,但是通信电源在整个通信行业中占的比例并不大。电信运营商在电源产品上的采购主要是每年的设备维护和系统设,其中电源设备的维护通常占采购量的比重更高。电信运营商每年用于电源系统的建设上的费用相对较少,除非电信系统需要大规模的升级或者扩建,运营商才会增加电源设备的采购量。电力通信电源是智能电网的通信系统的关键设备,通信电源系统的质量好坏关系到通信网的安全和质量,如果电源出现故障,对电网的安全和运行带来了极大的危害,还能产生严重的后果。所以,在只能电网通信电源的管理和维护应该被重视。在智能电网中,采用先进的、集中、自动化的管理的方式进行。采用先进、可靠性高的电源电池和稳定的供电方式对构建强大的通信供电系统尤为重要。通信电源供电系统中,一般采用DC-DC转换器对通信设备供电。蓄电池可采用免维护电池,寿命长且密封性较好。建议采用双蓄双充模式,可适当加大直流蓄电池组的容量,采用两组DC-DC转换器为通信设备供电,可以保证通信设备供电可靠性。在保证通信设备安全可靠供电的同时,不仅降低了设备投资,实现了资源共享,还可降低工作人员的维护量。
二、数字变电站通信需求及满足
数字化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。伴随着网络通信技术的发展,数字化变电站乃至数字化电网的逐步建立,为构建智能电网的建设提供了技术基础。初步统计,国家电网公司系统已有70多座数字化变电站投入运行,在数字化变电站研究和应用领域取得的成果,使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了建设智能电网的条件,对智能电网的发展将起到重大推动作用。推广数字化变电站,促进电网的智能发展,需要考虑现有通信网络改造和构建新兴通信网络,以满足变电站的数字化建设。
2.1 通信开放、标准化
数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备,这是变电站实现数字化的基础。智能设备需具备可与其他设备交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。构建开放的通信架构,形成一个“即插即用”的环境,使电网元件之间能够进行网络化的通信。统一技术标准,数字化变电站可以对传感器、智能电子设备(IEDs)还有应用系统实现无缝通信,就是信息在设备和系统这两个之间得到完全的理解,这样才能实现设备和设备时间、设备和系统之间、系统和系统之间的相互操作的功能。实现这个功能,必须依靠电力公司、设备知道企业和标准制定机构之间的相互沟通和各做,才能实现。
2.2 通信网络化
数字化变电站内设备之间的连接全部采用高速的网络通信设备,通过网络真正实现资源共享?并要求通信具备实时性、安全性。目前的通信需求主要是系统物理量的传递,主要足四遥:遥测,遥信,遥控,遥调。测量数据、遥控命令等都要求实时传送,一旦出现故障,则需要传送大量的数据,要求信息能在站内通信网络上快速传递。通信的安全问题也是至关重要的,可采取只读访问以及密码和防火墙等策略。
2.3 信息集成化
高速通信系统使得各种不同的智能电子设备(IEDs)、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信,同时,这中间产生的数据和信息都集中采集、统一传送,实现电网信息的高度集成和共享,采用统一的平台和模型,实现标准化、规范化和精细化管理。
三、信息管理
3.1 数据采集
在实时数据采集上,智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统(SCADA)的数据采集范围和数量,提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类:电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。电网企业应该加强对设备状态监测数据和更加详细的客户计量数据的采集,为企业提供更多有价值的信息和更有力的决策支持。设备状态数据的采集有利于推进电力行业设备状态检修的发展。电网企业目前在开展状态检修和状态评估的初期工作,设备状态数据的获取是状态检修和状态评估的重要基础。同时,电网企业应该根据不断更新与变化的设备情况,花大力气制定和更新设备状态评估的标准。
3.2 数据传输
智能电网需要采集大量的设备状态数据和客户计量数据。这两类数据的特点是:数据量大,采集点多且分散,对实时性要求比电网实时运行数据低,数据需要被多个系统和业务部门使用。在智能电网中,对这部分数据的采集是采用基于开放标准的数字通信网,即基于IP的实时数据传输方式。它是基于开放标准(TCP/IP)的数据网络通信,提供协议转换器,可以兼容现有设备,多通道共用,提高通道利用率,多通道容量可以被其他数据通利用,更适合对大量的设备状态数据和计量数据的采集。采用基于IP的实时数据传输,各后台系统通过订阅方式直接获取所需数据,减少了数据通道压力,避免在实时系统和管理系统之间开发多个数据接口,有利于实现实时数据的共享。
3.3 信息集成
针对电力企业已经存在的信息“孤岛”和“烟囱”问题,智能电网尤其强调建立企业信息总线(ESB),实现企业级信息集成。智能电网中,需要集成的信息包括自动化系统的实时数据、电网公司内部管理应用系统产生的管理数据、外部应用系统数据。为了实现企业级的信息集成,需要建立企业信息集成总线,实现应用系统之间的数据流动,各应用系统的数据集成到统一的分析数据仓库。企业信息集成总线中信息交换以及数据中心数据模型参照/遵循CIM标准。
3.4 分析信息
信息分析是智能电网的核心内容,是电网智能化的根本体现,有利于支持电网企业的业务改进与创新。数据分析的水平很大程度上取决于信息集成程度。根据智能电网信息集成程度,将分析优化分为四个层次:实时事件、闭值、通知、屏幕显示、邮件、传呼;指标计算、趋势分析;数据分析、事件的实时或事后诊断处理、数据挖掘;高级优化、业务建模和规划、决策支持。针对电网企业不同的业务主题,建立完整的分析结构层次,指导对数据的深度利用;电网企业内部不同层次的人员,可以从这个完整的分析结构中订阅自己需要的分析功能;这样一个分析结构层次中,实际上包含了电网企业的重要运营和管理指标体系,能够清楚地表征电网企业的整体运营状况。
3.5 信息显示
通过门户系统,能够从多个数据源获取数据,将经过分析优化处理后的信息,以用户定制的门户和仪表盘方式呈现给用户。门户系统为用户提供一站式信息访问,不同层次的用户获得自己关注的信息,用户能够配置需要显示的信息和表现方式,还能够实现对分析结果的企业级分发。
3.6 信息的安全管理
电力系统存在大量的数据信息,包括发电商,电力企业,电网,用户的资料信息。智能电网中,必须明确各个主题的权限和保护程度,确保各个利益主体的切身利益。信息传输过程必须能抵御外部干扰和恶意的窃取,加强主动实时防护和信息的安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。
创新智慧配电
在突破电气的工业品板块,智能PDU产品占据其业务量的首位,其智能PDU产品在市场上的占有率超过10%,成为领导品牌。
作为高能耗的大户,通信基站和数据中心对配电系统的要求都随着技术的发展、设备的更新换代越来越高。目前,通信基站的数量以及规模都以前所未有的速度不断增加。同时,数据中心更加趋向高密度、大型化。据相关机构的数据显示,预计到2016年,超过100个机架以上的数据中心在整个数据中心市场中的占比将超过60%。
在基站和机房里,用电设备的密度和复杂度提升的同时,要保证设备用电运行的可靠和可控,用于保障设备用电安全和管理的PDU正从基本功能型加速迈向智能型产品。
正是意识到末端配电的智能化是创新的关键所在,近年来,突破电气为通信行业的基站与数据中心等大、中、小型机房研发了一系列智能化的末端电源产品和解决方案,实现对用电系统的全面、专业的智能管理。其最新一代的远程智能PDU更是打破了距离和地域的限制,可远程监控数据中心设备用电状况。
在对用电设备进行实时监控、安全预警、智能管理的基础上,魏琪透露,未来,智能PDU产品将从“一控多”向“一控一”演进,提供更多种类的、定制化能力更强的计量型、分位计量型、可控型的智能PDU产品。除了提供总线计量的功能外,还提供分位计量功能,对每一支路的输出可见,可以为管理者提供更为精准的用电测量、统计与分析,进而为能耗的优化提供直观、准确的依据。
双路ATS“利旧迎新”
ATS(双电源自动转换)PDU是突破电气工业产品板块的另一大组成部分。
对于重要的通信基站和数据中心来说,ATS PDU是其用电保障的关键模块。近年来在数据中心的建设中,越来越意识到双电源切换的重要性,通过两路供电保障在供电出现问题时能够及时进行切换,从而保障用电设备及业务的连续性。
针对数据中心在电源功能选择上的专业性与针对性,突破电气推出了具备ATS功能模块的PDU产品,让用户依靠这一产品来简化管理维护过程中的问题。在双路供电的环境中,通过监测电源运转的同时,对相应逻辑进行判断,从而在出现供电问题时,双电源提供冗余选项,在最快速度切换电源后,保障将损失降至最低点,加强了机房供电的灵活性与可靠性,同时供电系统的维护成本进一步降低。
但是必须看到,近年来,在供电架构的创新方面,一直不断涌现新的思潮,高频UPS、低频UPS、高压直流、低压直流等等多种电源设备不断推出,特别是高压直流电源在通信行业的应用获得巨大突破。阿里巴巴、百度、腾讯等互联网企业的数据中心里,均已大规模使用高压直流电源。而在运营商2014年的集采中,高压直流电源也全面取代传统UPS,成为首选。
众所周知,通信电源设备的更新换代速度相当慢,必然使得已在使用中的大量传统UPS电源与新建或改造后引入的高压直流电源同时存在。新旧设备共存,让管理者面临不能弃之不用、又无法协同管理的尴尬局面。
基于这些方面,突破电气对其ATS PDU产品进一步改进和优化,推出其独有的可实现传统UPS电源与高压直流电源协同管理的新型双路ATS PDU设备,通过硬件、软件与控制层面的创新,可实现毫秒级的无缝切换,保障设备用电的同时,进一步提升数据中心的节能水平,同时对数据中心的既有投资有效保护。
专注与变通
中图分类号:[E968]文献标识码:A文章编号:
1 引言
在通信局房中,大量UPS设备、整流设备及变频空调等非线性设备的应用致使电源系统中产生较多的谐波。过多的谐波严重影响了电源系统电能质量,并对现网运行的通信设备产生危害,同时谐波通过在电源系统内流动发热,浪费电能。所以非常有必要对通信局房电源系统进行谐波治理。
本文通过对通信局房中现网运行的电源设备的谐波数据进行归纳分析,依据国标及企标指出现网电源设备存在的问题并提出谐波治理方案。
基本概念
2.1谐波
周期性非正弦波可以利用傅立叶级数分解为基波和谐波两部分。
基波—指频率为F(中国为50Hz)的正弦波
谐波—指频率为F正整数倍的正弦波
谐波次数n——谐波频率与基波频率的比值(n=/)
基波与三次谐波基波与五次谐波
2.2谐波含量(电压或电流)
从周期流量中减去基波分量后所得的量。
2.3谐波含有率
周期流量中含有的第h 次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。
2.4总谐波畸变率
周期流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率以 表示;电流总谐波畸变率以表示。
谐波的产生及危害
3.1谐波的产生
所有非线性负载都能产生谐波电流,尤其是开关电源、静态变换器、UPS不间断电源、调速装置、电子镇流器、荧光灯、焊机和铁磁性设备等。
当工频电压或电流作用于非线性负载时,就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流,这些不同于工频频率的正弦电压或电流,用富氏级数展开,就是人们称的谐波。
3.2谐波的危害
3.2.1 对电网的危害
(1)增大线损,降低安全;
(2)对于采用电缆的输电系统,谐波除了引起附加损耗外,还可以使电压波形出现尖峰,加速电缆绝缘老化,使温升增高,缩短电缆的使用寿命。
3.2.2 对旋转电机的影响
(1)使电机的转子绕组过热,危及绝缘,增大附加损耗;
(2)使感应电动机的转矩发生变化,引起机械振动、噪声及谐波过电压,降低使用寿命。
3.2.3对供电变压器的影响
(1)谐波电流流入变压器,增加了变压器的铜损和铁损,有可能引起变压器的局部严重过热,同时在谐振条件下会使铁心严重饱和,励磁中的谐波电流会大大增加可能损害变压器;
(2)使变压器噪声增大。
3.2.4 对换流装置的影响
可使整流器的工作不稳定,对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作,甚至损坏换相设备。
3.2.5 对电容器组的影响
谐波电流或谐波电压叠加在电容器的基波电流或基波电压上,可降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。
3.2.6 对并联补偿电容器的影响
可产生并联谐振或串联谐振。谐波电流被电容器直接补偿引起的谐波放大后可致使一些供电设备中的电器件(变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器等)经常损坏。
3.2.7 对通信的干扰和影响
干扰通讯系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正确传递,甚至损坏通信设备。
3.2.8 其它影响
(1)谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动和拒动;
(2)可导致过零设备的误动作,中线的过电流会造成中线过热和中线压降的增加,严重时造成电缆火灾。
谐波畸变率指标要求
4.1 GB/T 14549-1993公用电网谐波指标
(1)公共电网谐波电压(相电压)限值见表4-1。
表4-1
表4-2
4.2中国移动通信局房电源系统谐波治理建设指导意见
(1)变压器出线处及油机出线处电压总谐波畸变率
(2)-48V通信用高频开关组合电源谐波电流畸变率需满足表4-3限值:
表4-3
表4-4
现有通信局房的谐波源及相应谐波数据分析
现有通信局房中产生谐波的电源设备主要有整流器、UPS、变频空调等,经对哈尔滨29号楼、 学府局、和兴局、进乡局及齐齐哈尔局变压器出线处(低压配电屏交流进线侧)及开关电源、UPS出线处谐波测试数据进行分析,发现通信局房中主要谐波源为电源机房中的开关电源及UPS设备,其次为机房专用空调,开关电源及UPS主要以5、7次谐波为主,6脉冲UPS设备5、7次谐波尤为严重,表5-1为6脉冲UPS谐波电流测试数据,可看出40%负载时,5次谐波电流畸变率达52.9%。
表5-1
通信电源机房谐波治理方案
6.1 治理原则
依照《中国移动通信局房电源系统谐波治理建设指导意见》相关指标的要求对不满足谐波限值的开关电源及UPS应及时进行谐波治理。
新建通信局房新增开关电源设备、UPS供电系统应提高输入谐波的指标要求,对于不满足谐波指标(见表4-3、表4-4)的设备,应限制使用或要求配置相应的滤波设备(就近),如因投资问题不能同期新增滤波设备,可为其预留安装位置;新建低压供电系统建议同期新增消谐设备或为其预留安装位置,并应同期建设电能质量管理系统。
现有通信局房不满足表4-3、4-4谐波限值的开关电源、UPS设备应就地治理、逐步更新,尽量采用脉动数多电源设备,例如采用12脉UPS替代6脉UPS,采用新型开关电源设备等;对于变频空调的治理建议在低压电源系统采用就地或区域相结合的谐波治理方案,并预留有源滤波器、电流互感器安装位置及接线端子。
为使滤波设备能够安全可靠运行,在滤波设备故障时能够及时处理故障,不影响其它设备的运行,要求监控系统应能实时监测、显示滤波设备的工作状态、运行参数等性能数据;并且在滤波设备发生故障时发出声光告警信息。
6.2 治理方法
现有需要进行谐波治理的机房,建议采用分散治理和区域治理相结合、有源治理与无源治理相结合的方法,即在UPS系统和开关电源系统交流输入屏前并联有源滤波器,UPS设备采用闭环三相三线制,开关电源设备采用闭环三相四线制,从而有效减小谐波对通信电源系统的污染。对于部分机房也可并联无源滤波器或集中治理的方法,变压器低压侧集中治理采用闭环三相四线制。
6.3 采用减小谐波影响的技术措施
1)增加换流装置的相数或脉动数;2)加装交流滤波装置;3)改变谐波源的配置或工作方式;4)加装静止无功补偿装置;5)增加系统承受谐波能力;6)避免电容器对谐波的放大;7)提高设备抗谐波干扰能力,改善谐波保护性能;8)采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施。
结束语
电力电子设备正被广泛应用,非线性谐波源也在迅速增加,谐波治理也正经历着从量变到质变的发展过程。随着我国工业的快速发展,电力谐波正在成为一种日益严重的公害,对谐波的治理将更加广泛的展开,谐波污染的研究和治理,通过改善无功功率、保障安全生产、提高电能质量,保护精密并联补偿电容器通信数据设备等,将逐步形成独立的理论体系,随着国家的日益重视,政策、法规的不断出台,谐波治理势在必行,节能降耗、提升电能使用价值,使我们的用电环境日趋优质。
参考文献:
中华人民共和国国家标准(GB/T 14549-1993)
公用电网谐波的评估和调控-许遐编著
中国移动通信企业标准-(QB-W-018-2008、QB-W-008-2008)
中图分类号:TM46 文献标识码:A
电源是现代生活必需品,衣食住行离不开电源,文化娱乐、办公学习、科学研究、国防建设、交通运输都离不了电源。计算机、电视机、X光机等虽然也是打开开关就能工作,但是这些机器里面都已经做了电能变换处理,将正弦的交流市电转换成各自需要的直流电、高压电、脉冲电。另外用蓄电池经过电能变换可获得电能。卫星、飞行器,把太阳能收集起来,再经过电能变换获是需要的各种电能来维持长期运行。近年来,通信技术发展迅速,通信产品日趋小型化、绿色化,这对其供电模块,即通信电源模块,提出了越来越高的要求。通信电源模块的发展趋势为高效率、高功率密度、高可靠性,与此同时,它还要有良好的动态性能和适应宽输入范围的能力,这些对通信电源模块的设计提出了很大的挑战,尤其是宽输入范围。由于通信电源模块大多数时间工作在额定电压下,因此保证额定输入电压时的高效率十分重要,它是高功率密度和高可靠性的保障。针对宽输入电压范围,选择合适的电路拓扑十分重要。Buck 型拓扑结构的变换效率最高点一般在输入电压较低时,而Boost 型则恰恰相反,因此很难在额定输入电压时取得最高的效率。
1直直变换器概述
1.1直直变换器源头
要想探究变换器的源头,我们就要先来了解一下开关电源的分类。现代开关电源分为直流开关电源和交流开关电源两类,前者输出质量较高的直流电,后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。电力电子变换器是应用电力电子器件将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置,按转换电能的种类,可分为四种类型:直流-直流变换器,它是一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器,是直流开关电源的主要部件;逆变器,是将直流电转换为交流电的电能变换器,是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件;整流器,是将交流电转换为直流电的电能变换器;交交变频器,是将一频率的交流电直接转换为另一种恒定频率或可变频的交流电,或是将变频交流电直接转换为恒频交流电的电能变换器。这四类变换器可以是单向变换的,也可以是双向变换的。单向电能变换器只能将电能从一个方向输入,经变换后从另一个方向输出;双向电能变换器可实现电能的双向流动。近些年还有人提出一种新颖的四开关Buck-Boost 变换器及其控制策略,该变换器由Buck变换器和Boost变换器级联等效而成,其可以将宽范围的输入电压高效率变换到额定电压附近,这样对后级变换器而言输入就是一个窄范围,从而保证了后级变换器的优化设计;与此同时,四开关Buck-Boost变换器的滤波工作模式还保证了额定输入电压附近效率的最高。之后,推导出输入与输出电压关系式和电感电流纹波理论值。设计并制作出样机,经实验证明理论分析的正确性,并给出详细的实验数据,包括MOSFE T驱动时序、漏源极波形、电压纹波、输入与输出电压关系验证表和开关占空比与主电路效率关系曲线图。它以TI的MSP430F6638芯片为控制核心,主电路以四开关单电感Buck-Boost结构为拓扑,采用同步整流控制,外扩驱动电路和电压、电流检测电路。MOSFET驱动信号是由430片内两个PWM 模块发出的四路PWM 波提供,通过430片内12位ADC采集输入电压、电流和输出电压、电流,通过数字PI 算法来调节PWM 占空比即可实现电源的恒压、恒流输出和恒定功率输出。系统外接了键盘和液晶屏可进行人机交互。另外其通信端口可以和其它设备进行通信,可根据系统要求进行电源参数设定。高效性、灵活性和宽范围的输入、输出电压是数字开关电源的重要性能指标。对于主电路拓扑的选择考虑在不需要隔离的电源系统中,尽量不采用有变压器的拓扑,以提高效率;在非隔离型的基本变换器中具有升降压功能的拓扑Buck-Boost、Cuk、Zeta 和Sepic,但Buck-Boost 和Cuk的输出电压与输入电压极性相反,使检测电路设计复杂化;而Cuk、Zeta 和Sepic所需储能元件多,不利于电源参数的灵活调节。本系统主电路采用同步整流方式控制的四开关单电感Buck-Boost 结构。它是由一个同步Buck 电路通过电感桥接到一个同步Boost 电路。此电路具有升降压功能,把原有的Buck电路和Boost电路的续流二极管用低导通电阻的MOSFET管代替,利用其反向导电特性降低了导通损耗,提高了转换效率。
1.2直流变换器的分类
直流变换按输入与输出间是否有电气隔离可分为两类:没有电气隔离的称为非隔离的直流变换器,有电气隔离的称为隔离的直流变换器。非隔离型的直流变换器按所用有源功率器的个数,可分为单管、双管、和四管三类。隔离型的变换器可以实现输入与输出间电气隔离,通常采用变压器实现隔离,变压器本身具有变压的功能,有利于扩大变换器的应用范围。非有隔离型的变换器和隔离型的变换器组合得到单个变换器不具备的特性。按能量传递来分,直流变换器有单向和双向两种。
按开关管的开关条件,直流变换器可分为硬开关和软开关两种。软开关直流变压器的开关管在开通或关断过程中,或是加于其上的电压为零,即零电压开关,这种开关方式显著地减少了开关损耗和开关过程中引起的震荡,可以大幅度地提高开关频率,为变换器的小型化的模块化创造了条件。
直直变换器分类示意图如图一所示:
图1:直直变换器分类
1.3直直变换器基本概念
直直变换器,即直流/直流变换器,它是将一种直流电源变换成另一种具有不同输出特性的直流电源的电力电子装置。直直变换器可将某种直流电能变换成负载所需的电压或电流可控的直流电源,它通过对电力电子器件的快速通、断控制,而反恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压,通过控制占空比的变化来改变这一脉冲序列的脉冲宽度,以实现输出电压平均值的调节,再经输出滤波器滤波,在负载上得到电压可控的直流电能。
1.4控制输出电压方法
控制输出电压的基本方法有以下三种:
(1)定频调宽控制,称为脉冲宽度调制型,即:PWM型。
(2)定宽调频控制,称为脉冲频率调制型。
(3)调频调宽混合控制。
在固定开关频率的脉宽调制(PWM)方法中,开关通、断控制信号由此产生。
2 Cuk直直变换器
2.1 Cuk直直变换器基本形式及工作状态
Cuk直直变换器是非隔离型变换器的一种,Cuk型电路可以看成是由升压型电路和降压型前后级联而成的。Cuk电路及Cuk等效电路如图二所示。
图2:Cuk电路(左)及Cuk等效电路(右)
(1)S通时,Ui―L-S回路和R-L1-C1-S回路有电流。
(2)S断时,Ui―L-C1-D回路和R-L1-D回路有电流。
(3)电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
2.2 利用伏秒平衡推导
对电感L:UiTon =(Uc1-Ui)Toff
对电感L1:(Uc1+U0)Ton=- U0 Toff
U0/Ui=-D/(1-D)
等式右边的负号表示输出电压与输入电压极性相反,其输出电压即可以高于其输入电压,也可以低于输入电压。
2.3优点
与升降压斩波电路相比,期优点在于输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。
3 直流开关电源及其应用
直流开关电源是具有直流变换器且输出电压恒定或按要求变化的直流电源,其输入为直流电,也可以是交流电。直流开关电源部分或全部符合以下特征:电源电压和负载在规定的范围内变化时,输出电压应保持在允许的范围内变化;输入与输出间有好的电气隔离;可以输出单路或多路电压,各路之间有电气隔离。
直流开关电源与直流线性电源相比,其电力电子器件在开关状态工作,电源内部损耗小,效率高;开关频率高,电源体积和重量小。
直流开关电源在大型计算机、通信系统、航空航天器中的电源是分布式电源系统,包括三个部分:第一部分为发电系统,第二部分是一次电源,第三个部分是二次电源。发电系统是将其他能量转化为电能的设备一次电源用于将变化范围较大的输入电压转变为所需的输出电压。二次电源则直接面向用电设备,分布式电源系统的发电系统、一次电源和部分二次电源为多冗余度电源,电源间互相并联,电源模块内有运行状态监控电路,可准确判断电源故障,并切除故障电源,因而有较高的可靠性。同时,一次电源和输出都并有蓄电池,从而防止发电系统或个别一次电源故障引起的汇流条电压中断,实现了不间断供电。因此,分布式电源系统是高可靠和不间断供电系统,目前只有直流供电系统才能实现完善的不间断供电。
4对直流开关电源的要求
电源是电子设备正常工作的基础部件,有很高的要求,包括使用要求和电气性能要求。使用要求是:高的可靠性、好的可维修性、小的体积重量、低的价格及使用费用和好的电气性能。平均故障间隔时间MTBF是衡量开关电源和其他设备可靠性的重要标志。减小损耗、提高效率和改善散热条件,从而减小电源的温度升高,是提高可靠性的基本方法。加强生产过程质量控制,保证好的电气绝缘和机械强度等也十分和重要。对于中大型开关电源,改善可维修性十分重要。及时诊断故障部位,不用专用工夹具即能排除故障是可维修性好坏的衡量标志。可维修性包括现场维修和车间维修两个方面。现场维修要求在电源系统运行情况下快速卸下故障电源模块,更换新模块,并有新模块方便地投入系统运行。车间维修是对故障电源本身的修理。对于小功率电源模块则一般不再修理。随着芯片集成的不断提高,电子设备内功能部件的体积不断减小,因而要求设备内部电源的体积和重量不断减小。直接装在印制板上的模块电源,还要求薄型化。提高开关频率要求发展高速电力电子器件和高频损耗的磁芯及电容器,发展高强度、高绝缘性能和高导热性的绝缘材料,发展新型的零开关损耗电路拓扑和相应的电源结构与工艺方法。降低开关电源生产成本和使用费是提高市场竞争力的主要条件。直流开关电源的输入电源有两种:直流电源和交流电源。交流输入时,交流电压往往要先经整滤波变换成直流电压后,再通过直流变换器转变为所需的直流电压。使用直流电源时,电源电压额定值及其变化范围,输入电流额定值及其变化范围。输入冲击电流,输入电压的突然下降或瞬时断电,输入漏电流等是必须考虑的因素。输入为交流时还必须考虑输入电压相数,电源额定频率用项变动范围,输入电流波形和输入功率因数等要求。开关电源还应有输出过压、欠压、过流和过热等保护功能,以免损坏用电设备。直流开关电源的发展高频化、小型化、模块化和智能化是直流开关发展方向。智能化是便于使用和维修的基础,无人值守的电源机房、航空和航天器电源系统等等都要求高度智能化,以实现正常、故障应急和危急情况下对电源的自动管理。
5 CUK变换器电路拓扑和控制方式
由于BUCK/BOOST变换器的Lf在BUCK/BOOST变换器的这个缺点,美国加州理工学院SLOBODAN (下转第188页)(上接第163页)CUK教授提出了单管CUK变换器,该变换器在输入端和输出端均有电感,从而显著地减小了输入和输出电流的脉动。和BUCK或BOOST相比,CUK电路有两个电感,输入是电感L1和输出电感L2,另外还增加了一个电容C1。它的输出电压Vo极性和输入电压Vin相反,与BUCK/BOOST是相同。另一个与BOOCK/BOOST的相同点是输出电压Vo也可低于、等于或高于输入电压Vin。开关管Q也是采用PWM控制方式。变换器也有电流连续和断续两种工作方式。但与前三种变换器不同,这里不是指电感电流的断续,而是指流过二极管的电流连续或断续。在一开关周期中开关管Q的截止时1-Dy)TS内,若二极管电流总是大于零,则为电流连续;若二极管电流在一段时间内为零,则为电流断续工作;若二极管电流在t=Ts时刚降为零,则为临界连续工作方式。
6结语
本文力图按照直流开关电源软开关技术的发展过程来论述各类软开关技术的基本思路、概念和工作原理,使大家能从中得到一些有益的思路,并且举一反三,从而进一步丰富和发展直关电源软开关技术。特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源还应用在有输出过压、欠电压、过流和过热等保护功能,以免损坏用电设备。在构成电源系统时,开关电源还应有遥控、遥测和遥信功能。以及开关电源应有高的电能转换效率、低的噪音、好的电磁兼容性和绝缘性能等。
1.引言
随着县级电力信息网近几年的建设,县级通信网络发生了翻天覆地的变化,建成了光纤通信环网的新格局。如何做好现行的县级电力通信网的运维管理是摆在我们面前的一个新课题,本文以涟水县电力通信网运维管理的一些实践做法为基础,希望能为县级通信网运维管理工作的标准体系建设及规范化管理起到抛砖引玉的作用。
2.管理目标
2.1 目标描述
县级电网对通信网的依赖度越来越高,依托通信网建成了一大批具有重要意义的网络基础设施和信息系统。对于通信网运行维护来说,主要目标包括:保证SDH传输网可靠地不间断地提供数据传输的平台;保证调度自动化数据等实时业务不间断地可靠传输;保证调度电话、行政电话的畅通与安全;保证通信设备及通信光缆的安全、可靠运行;保证通信站良好的运行环境。
2.2 管理范围
通信网运行维护包括以下工作:公司本部及所属变电站、微波站、农村供电所的SDH、PDH光通信设备;PCM接入设备;E1转以太网网桥设备;通信电源及蓄电池;通信网监控设备(OTDR、光开关、RTU等采集终端)等;公司所属各通信站点之间的各类通信光缆:地埋、普通架空以及ADSS光缆共计约600公里;公司SDH、PCM及通信电源网管的硬件和软件;公司通信网实时监控系统的硬件和软件。
2.3 指标体系
涟水县供电公司已经建立的指标体系结构主要分为基础统计指标(统计周期等)、基础运行指标(缺陷处理数量等)、衍生指标(月平均运行率等)。
3.专业管理主要做法
3.1 组织机构
电力通信网运维由电力调度控制中心归口管理,由专业运行维护服务队伍——二次系统运维班负责整个通信系统的日常运行和具体维护工作。二次系统运维班全体人员必须具备通信运行和通信检修的能力。
3.2 工作流程
在通信运行维护工作中分为三个流程:运行流程、检修流程以及缺陷管理流程。
在运行流程中,通信值班人员以及正常进行设备巡视的人员要能够及时准确的发现告警,进行分析判断,确定故障内容后向班长汇报,班长根据故障内容作相应汇报后,立即协调组织抢修队伍到现场进行抢修。在这个流程中,要求值班人员以及正常进行设备巡视人员认真仔细地做好设备监视,并果断准确地判断故障,班长要迅速地组织抢修。本流程中的关键节点为:“有无告警”以及“现场抢修”。“有无告警”要求对告警进行准确判断,要有告警发生后会发生相关告警的概念,是否误告?告警是否既出现设备工作指示灯异常,同时又反映在网管和通信网监控系统中?通过对不同告警表象的判别,诊断出故障源。“现场抢修”要求抢修人员能迅速有效地进行故障处理,这涉及到工作人员对设备的熟悉情况,现场的技术图纸资料是否齐全,相应的备品备件的齐全并带往现场,遇到突况能否果断地处理,能否协调一致地展开工作等等。
在通信检修流程中,主要工作内容是日常的通信检修,包括光通信设备检修(光功率测试,光口清洗,E1测试等),光缆检修(衰耗测试等),通信电源检修(蓄电池测试、蓄电池核对性充电电试验)等。本流程的关键节点是:“有无备用通道”和“设备检修”。有无备用通道关系到检修时通信业务是否不间断服务。在检修中,我们要想方设法地保证通信业务的正常运行,那么这个备用通道就是保证。现在我公司所有的变电站都接入在环网中,所以单段光缆及单个光口的检修不会影响到业务运行,而在通信电源检修中,这里的“备用通道”就可以理解为“备用模块”、“旁路供电”等含义,总之就是要保证通信业务的正常。“设备检修”环节就是要保证工作中安全、准确、迅速地进行设备的修试,在此无需赘述。
在通信缺陷管理流程中,主要内容是通过日常的巡视、测试等得到的数据和现场,分析得出设备的缺陷,进行及时有效地处理。本流程的关键节点是:“发现缺陷”和“缺陷消除”。在“发现缺陷”环节,通信专业人员要能根据现场的各种表象、测试数据进行分析判断,还有的还要结合以往的历史数据,这就需要专业人员对设备比较熟悉,对业务要精通。
在各流程中,形成的记录采用在通信网监控系统里记录和纸质记录结合方式共同进行。
3.3 规章制度
针对电力通信网的运维管理,公司先后出台了《涟水县供电公司电力信息通信网实时监控系统运行规程》、《通信机房管理制度》《、通信机房定期巡检制度》、《通信设备定期检测制度》、《通信站应急故障抢修制度》、《通信电路设备检修申请管理规定》、《岗位责任制》、《设备专责制》、《交接班制度》、《通信人员岗位培训制度》、《安全消防及保密制度》、《微机管理制度》、《工具、仪表、备品备件及技术资料管理制度》、《涟水县供电公司光缆线路运行管理规定》等相关规章制度。
3.4 绩效与度量
如何对工作进行有效的度量是工作进行持续改进和成功的保证,运行维护工作也非常需要度量体系来有效的指导运行维护工作的进行。
涟水县供电公司结合运行维护质量测评制度来对工作进行度量和绩效评估。我们从系统设备投入运行开始,就开始了质量统计、分析和检查工作:贯彻执行涟水县供电公司通信网运行维护质量评测制度;在质量监督检查工作中,严格要求,坚持原则;经常检查各项主要维护质量指标完成情况,及时了解质量问题,组织落实改进措施;按期开展检查工作,做好检查记录,对检查中发现的重大问题,督促处理尽快完成。
运行维护质量的主要目标有:通信电路检修停役申请单内容正确率100%;光缆定期巡视检查消缺率100%;微波电路运行率≥99.95%;交换机运行率100%;光纤电路运行率≥ 99.98%;电源设备投运率100%;会议电视和会议电话开通率100%;通信监控系统运行率100%;电网事故时通信保持率100%;通信服务完成及时率100%
通过对质量指标的具体落实和细化可以对维护工作进行较好地对度量。考虑到运行维护工作度量工作的复杂性和工作量,涟水县供电公司采用了灵活的两级度量方式进行具体的度量工作,度量信息通过班组自查和部门检查方式结合进行。
在对专业人员工作绩效的考核上,我们从以下个八个方面开展评价与管理:(1)做好通信设备、通信光缆、电缆线路的运维工作;(2)做好电视电话会议调试及通信保障工作;(3)做好通信修理、技改项目的实施工作;(4)做好通信运行方式安排及电力通信网规划工作;(5)做好各项记录、报表、专业资料及评价工作;(6)技术培训、学习及技术革新;(7)参加公司、部门、班组的各项活动;(8)按要求完成上级交办的其他工作任务。
3.5 技术支持
2006年初,涟水县供电公司建成投运了PWCC型县级电力信息通信网实时监控系统。该系统对通信专业科学规范化管理以及提升运行维护提供了强有力的技术支持:能够实时监视我公司所辖所有光通信设备和公司近600公里的各类光缆的运行情况;具备从光设备告警到光缆测试实时联动功能;能够监控公司本部通信机房、微波站机房的环境、视频等信息。除此之外,该系统还具备运行日志、电路管理,报表生成以及资源管理等方面的管理功能,其实用性较强。
4.评估与改进
运行维护体系中最重要的指标是对维护现有系统的正常运行,因此设置具体度量指标中一定要注意具有较强的实用性和对具体工作的指导性。其次在度量工作中比较重要的是需要有相关的制度保证和人力资源保证。
公司重点根据《淮安电力调度机构通信专业管理先进性评价内容》对通信专业维护工作开展全面评估,其分为三个部分:必备条件(3条);重点工作(4条);指标体系(11条)。
在评估中,我们发现了涟水县供电供电公司电力通信运行维护存在以下问题:(1)需通过加大投资,对通信网络(含光缆、设备等)升级改造,提升网络性能,满足发展需求,提升运行质量;(2)需对通信站进行整改,尤其是中心站,合理通信设备布局,改善通信设备运行环境;(3)加强通信光缆(尤其是农村供电所)的运行、维护和消缺的管理工作;(4)进一步整理基础技术资料,实现技术资料的及时更新和规范化定置化;(5)需要加大通信人员的新技术培训力度;(6)通信专业人员缺少,需要进行补充。
在今后的工作中,除了继续开展好日常的通信网络的运行维护外,我们将重点围绕以上出现的问题分步骤、有序化地进行解决。通过扎实细致地工作,逐步提高涟水电力通信网的运维管理水平。
5.结论
随着涟水电网规模的不断扩大,现有的电力通信网承接的业务越来越多,通信网内通信设备种类日益复杂,电力通信网的重要性也越来越强。公司将一如既往地做好电力通信网的运维管理工作,以满足电力生产安全、经济、稳定运行和提高经济效益的实际需要。
参考文献
[1]柴红瑞.浅谈电力通信网络管理系统结构[J].中国新技术新产品,2011(09).
中图分类号:TP277.2 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)01-0000-00
通信局(站)动力环境集中监控系统(以下简称监控系统)是一个以监控通信电源为主,集机房空调、环境、安全和消防等专业辅助监控功能于一体的综合监控系统。该监控系统利用计算机网络、数据库、通信、自动控制以及各种新型传感等技术,具有多专业技术集成度高、设备及结构多样、建设使用效果受人为因素影响较大等特点。本文针对监控系统中的典型问题进行归纳,构建动力环境集中监控系统的典型结构和设备配置模型为动力环境监控系统建设提供依据。
1 监控系统中的几个关键概念
1.1 监控系统应具备的“功能”
监控系统应具有如下的功能:对监控范围各个独立监控对象进行遥测、遥信,实时监视系统和设备的运行状态,记录和处理相关数据,及时侦测故障,并做必要的遥控操作,通知人员处理,并能按照上级监控系统或网管中心要求提供相应的数据和报表,从而实现通信局(站)的少人或无人值守,以及电源、空调的集中监控维护管理,提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。
1.2 监控对象及监控内容
监控系统的主要监控对象为:高低压配电设备变压器、备用发电机组、不间断电源、逆变器、整流配电设备、蓄电池组、直流-直流变换器、空调设备,以及机房的防火、防盗、温湿度等环境参数。而监控内容则为监控系统从监控对象上选取的特定遥测、遥信以及遥控信息(监控点)的集合。工程中可根据实际情况加以选择。
1.3 监控系统的结构及接口
(1)关于监控系统的结构:监控系统宜采用逐级汇接的三级网络结构。即“监控中心(SS)-监控站(SC)-监控单元(SU)”模式。当然,在此基础上可根据维护管理要求灵活配置网络结构形式。实际上,从功能的角度来考虑,广义的监控单元(SU)这个网络层级上应该包含直接面向监控对象,进行实时具体参数采集的监控模块和负责对监控模块进行管理并与上级进行通信的狭义监控单元两个部分。狭义监控单元一般与监控模块安装在同一机房。(2)关于监控系统中的接口和协议:监控中心、监控站、狭义监控单元、监控模块这些实体物理单元之间要进行联系就要通过一定的接口,并且遵循一定的通信协议。监控模块与监控对象之间应遵循设备厂商内部的电气、机械规程。监控模块与监控单元之间应遵循“前端智能设备协议”,两者之间的接口定义为A接口;监控单元与上级管理单位之间应遵循“局数据接入协议”,它们之间的接口定义为B接口;监控中心之间(或不同的监控系统之间互联)应遵循“系统互联协议”,它们之间的接口定义为C接口;监控中心与上级网管之间应遵循“告警协议”,它们之间的联系时通过D接口来实现的。在实际工程中,通信协议正确与否关系到能否对智能设备进行正常监控,而通信协议获取无法单纯依赖建设单位向设备供应商索取,需要监控厂商现场破译,掌握数量众多的通信协议和协议破译能力需要长期工程积累。
2 监控系统中的几个关键问题
2.1 确定合理的“监控需求”问题
由于通信局(站)的规模和类型较多,而各局(站)机房中的动力设备种类、建设年限、智能化程度更是多种多样,加之不同地区、不同建设方的维护体制也有所不同,所以,在监控系统的建设中,如何合理的确定监控需求(监控对象及监控内容)是一个很重要的问题。考虑建设成本、维护方式、实施风险等多种因素的影响,监控对象和监控内容并非越全越好。应该根据机房具体情况作最优考虑。这就需要设计人员、建设单位维护人员、监控厂家各方通过充分的沟通、论证来确定。动力设备可分为智能设备与非智能设备两大类,对每类可采用不同的监控方法。智能设备内部自带具有监控性能和通信接口的监控模块,可直接或通过协议转换的方式接入监控系统。智能设备上的监控内容接入监控系统时,不需对原有设备进行改造,可靠性高,一般将其监控点全部纳入监控系统。非智能设备采用通用或专用数据采集控制设备进行监控。非智能设备上监控内容如想接入监控系统,需要增加各类传感器、变送器等辅助器件,有时甚至需要对原设备进行改造,实施时必须谨慎,以免对原设备造成损伤。对于这类设备,可根据实际情况并考虑安全等一些其他因素选择对维护有比较重要作用的监控内容进行监测,没有必要照搬规范对监控内容面面俱到,甚至某些设备在系统中的作用不大时,可以不监控。而高压设备的遥测,则须征得当地供电部门的同意才能实施。机房环境量主要监控内容包括:机房温湿度、烟感、水浸、门禁、现场图像、红外告警等。在实际工程建设中,应考虑机房的规模、重要性等级、维护要求、传输资源等因素来确定监控内容。
2.2 如何选择监控系统的“信息上传方式”的问题
实际工程中,在不同历史时期内,监控单元向其上级进行信息传送的时候,Modem、GPRS、CDMA 1X、短信、E1时隙、2M环和IP等传输资源都曾经得到大量的应用。早期受传输资源的限制,电力通信局(站)中的监控系统在信息上传时,大多采用抽取2M传输一个64K时隙的方式,监控系统和电力通信局(站)设备共用一个2M,将多个电力通信局(站)2M中用于监控的64K时隙交叉复用到一个2M中,再传送到监控中心,这种方式存在电力通信局(站)调整、割接时造成监控中断,传输转接环节过多造成调试、维护困难等。目前电力通信局(站)监控系统在信息上传时,采用TCP/IP组网比较普及,是今后监控系统组网发展方向。基于IP的2M组网就是理想的选择。与以往的基于抽取时隙的组网相比,基于IP的2M组网简化监控系统传输收敛设备的复杂性,改变2M时隙方式配置复杂、维护不便的状况,而且使得监控系统更加方便进行应用扩展,可靠性更高。
2.3 监控系统的软、硬件设备如何配置的问题
2.3.1 硬件设备的配置方法
实际的工程建设中,如何在满足规范要求的前提下,根据实际工程情况选择性能合适的硬件设备也是一个很重要的问题,比如监控中心中各种服务器存储容量可按如下方式进行确定。第一步:计算每路媒体每小时所需要的存储容量qi, 单位MByte。qi=di÷8×3600÷1024;(其中:di-码率,单位Kbps)。第二步:确定录像时间要求后,根据式(2)计算单路媒体所需要的存储容量mi,单位MBps。mi=qi×hi ×Di;(其中:hi-每天录像时间(小时),Di-需要保存录像的天数)。第三步:根据式(3)计算全部媒体定时录像时所需总容量(累加)qT。qT=∑mi;(i=1,2…C,其中:C-需要存储的媒体总路数)。以媒体格式为CIF码流(512Kbps),单路录像存储30天为例计算,则计算服务器存储容量为:(512Kbps/8)×3600)/1024/1024×24(小时)×30(天数)×1(路数=158G。另外,监控系统中的一些环境量监测设备,如温湿度传感器、烟感、水浸、门禁等要根据实际机房面积、门窗、及机房内通信设备的情况来确定数量和安装位置。
2.3.2 监控系统软件配置方法
监控系统的软件多由监控设备厂家随硬件设备集成出售,因而各有特色。从设计和建设维护方的角度来看,选用的时候应注意以下几个问题。
(1)软件需满足相关设计规范的基本原则要求。(2)应能以图形、列表、文字、仿真控件等多种形式将被监控设备的运行参数展现在用户面前。通过监控系统用户可以实时监测设备的运行状况,及时提示设备的告警,迅速地对设备进行遥控。(3)应尽量选有开放式软件平台,扩充性好,兼容性强。网络协议应尽量采用国际标准协议。
2.4 施工中需要注意的问题
监控系统中需要加装大量的变送器、传感器等小型设备,布放相当数量的各类线缆,对施工工艺及质量要求比较高。虽然相关规范对于硬件的安装、各种线缆的布放有着明确的规定,但在具体工程实施中,由于各施工单位工程经验的差别,施工质量经常相差很大。这就要求监控施工单位对动力设备、机房环境、传输组网等方面知识都有比较深入的理解,而这能力是需要一个长期的过程来积累、完善的过,所以选择经验丰富、技术力量强的施工单位很重要。由于监控系统不同于开关电源、UPS等相对独立的动力设备,无法在实验室模拟大规模监控系统的运行,在选择监控设备时应注意该厂家产品目前在网运行的数量和规模,避免在施工完成后发生设备生产厂家技术能力不足等造成的监控系统无法正常运行。
3 典型模型
依据对电力通信局(站)动力环境集中监控系统中几个关键概念和监控工程实际建设过程中常遇到的几个典型问题的分析研究研究,本文构建动力环境集中监控系统的典型结构和设备配置模型,具体系统结构详见图1。
4 结语
通信局(站)动力环境监控系统对充分利用人力资源,提高劳动生产率和维护水平,保障设备安全稳定运行,实现机房无人值守,都具有重要、积极的促进作用。因此,应充分理解监控系统的结构,根据维护需求有的放矢的制定监控系统的建设方案,真正使其成为提高维护质量的一种有效手段。
参考文献
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[3] 侯永涛,动力环境监控系统若干问题的探讨[J].电信工程技术与标准化,2010(4):83-85.
德州仪器(TI)宣布其面向马达控制、数字电源转换以及智能传感器控制应用的TMS320F280xx数字信号控制器家族又新添四款低成本成员,以帮助嵌入式控制设计人员实现向32位数字信号处理器的控制器的过渡。具备60MHz超高性能的新型TMS320F28015与F28016控制器的每千片批量最低售价仅为3.25美元,而基于目前TMS320F2801与F2802器件的新型TMS320F2801-60及F2802―60控制器也同样实现了60MHz性能。
德州仪器(上海)有限公司应用开发中心工业和家电部经理于振宇指出:“C2000控制器作为更高性能,更高集成度的控制器,自然而然的切入控制器应用市场是从高端开始的。目前我们愿意面对的还是中高端市场,还不愿意直接与最低端的16位的控制器和单片机竞争。因为单片机的性能相对比较低,它的成本在许多情况下比C2000控制器低,但现在我们正在努力改变的一个概念就是C2000系列控制器非常贵,像28x这一级的有32位DSPCPU,有那么多片上资源的芯片,尤其是这4个成员,把成本拉到了3美金多一点的价位,而许多高端的16位单片机就在3-5美金的价位,但它们的性能,时钟是40兆甚至更低。再加上它们的指令――般都是多周期,不像DSP的指令全是单周期,他们的计算速度比起DSP是无法比的。实际上C2000系列控制器变得越来越具有竞争性了。”
TIF280xx全系列中的11个控制器在软件和引脚对引脚上均保持了兼容。这些器件不仅具备32位的DSP性能,而且实现了与MCU相似的外设集成,方便易用。因此,所有采用F280x的设计均可实现32位宽度的数据处理;而且,混合的16/32位指令集提供了得更高的性能与代码密度。片上集成的12位模数转换器(ADC)、正交编码器(QEP)接口,计时器捕获比较功能,10路独立的脉宽调制(PWM)输出通道,可以方便实现完整的系统集成控制功能。根据具体产品的不同,通信接口包括控制器局域网、12C、UART以及SPI端口。
全部四种新型F280x器件均采用TI即将获得专利最新的150微微秒(ps)解析度脉宽调制器(PWM)技术。高解析度PWM(HRPWM)可在100kHz控制环路中实现16位精度,或在1.5MHz情况下实现12位精度,可以为电源提供更高的输出精度,电源密度、更小的磁性元件,从而为电源开发人员实现体积更小、散热更低的电源提供便利。而上述优势对AC/DC整流器等要求高容限、更快瞬态响应、较小纹波振幅的应用也至关重要。对家电与汽车等马达控制应用而言,设计人员不仅可通过集成、降低器件成本来降低整体系统成本,而且可充分发挥32位技术的性能优势,以实现三相马达的无位置传感器矢量控制等高级控制技术。无位置传感器的矢量控制对处理器的要求较高,可满足开发人员对系统马达与电源电子设备的更小体积与更低成本的需求。所有四款新型控制器均采用100引脚LQFP封装,并且都达到了AECQl00汽车标准要求。
谈到新产品市场前景时,于振宇指出:“同样价位的单片机有很大一块市场,有很广泛的应用,从中低端的LIPS,到通信电源,缝纫机等各种各样的应用,都有这个价位的单片机存在。这些产品的更新换代不是一天两天的事情,不同的厂家、不同的应用、不同的市场都有自己的考虑,要根据自己的市场情况,根据自己产品在市场的定位,在市场的竞争力度来决定要等到什么时间才去更新它的设计。基于许多因素,低成本DSP控制器取代同价位MCU的过程会是一个很漫长的过程。但这不是一个坏事,对我们来讲实际上是一个好事,这意味着C2000控制器它的业绩会有一个很长时间的持续增长的过程。”