创造绿色环保电源的关键

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创造绿色环保电源的关键 [复制链接]

在现有功率变换技术基础上派生绿色电源的关键是要解决网侧和负载的谐波污染问题。

网侧处理

　　对网侧业已存在的污染可进行动态谐波补偿，使谐波成份被限制在允许的范围内。国标GB／T14549－93《电能质量公用电网谐波》已于1994.3.1起正式执行，应予坚决贯彻。

　　在研制新电源装置时，采取网侧补偿措施，使之一体化。可按装置容量与电网容量之比制定达到绿色标准的功率因数和吸取电网电流正弦度指标。该项工作可由制定电源标准的权威部门完成，供技术质量监督部门参考。

　　80年代中期以来，对网侧功率因数校正与动态谐波补偿技术已步入由可关断电力电子器件实现装置的发展过程。已有国外大型补偿装置进入现场，在电网经济运行中发挥作用。国际国内在这一领域的研究也十分活跃。90年代初，清华大学蔡宣三教授等对有源校正、混合校正技术进行了系统归纳和总结。为了重新认识和解决这一领域的问题，西安交通大学刘进军博士在导师王兆安教授的支持下，对动态功率因数重新进行了理论上的定义，并应用该理论指导新一代补偿装置的研制。近年来日本Masada教授在潜心于利用超导技术解决电力系统峰谷电力贮存问题的同时处理网侧谐波污染。以美国李泽元（Fred.C.Lee）教授为代表的学者群则致力于结合电源拓扑和软开关技术的发展，将网侧校正技术置入一体化：目前主要在AC/DC、DC/DC变换的网侧校正一体化措施方面有前沿的积累，各种其它功率变换的网侧校正一体化问题尚有待后续研究。1996年以来，各国学者发表在IEEETrans.onPE上的这方面论文已形成热点。电源产品已有专用的网侧补偿控制芯片。

　　除补偿校正处理19次以下谐波问题外，软开关技术的有机结合还同时抑制了高频化导致的高频噪声对本机、同网设备和通讯系统的干扰。

　　以上成果直接推动各类现有电力电子电源向“绿色”化方向再上台阶，形成带网补偿功能的新型产品系列。

　　在风机、泵类节电应用领域中活跃着VVVF变频器产品系列。从几个kW至几百kW量大面广的领域，还没能进行一体化网侧补偿产品的开发研制。事实上变频器作为功率较大的电源，若不进行网侧补偿的一体化处理，对电网的冲击较一般电源更严重，将对节电的效果产生负面效应。那么，是什么原因制约了变频器产品网侧补偿一体化的升级换代呢？其主要障碍并非技术本身，而是前一阶段市场运作形成变频器产品附加值远低于同容量类似拓扑电源产品（逆变器等）的现实，使制造商进行产品升级换代时，难于合理提价，有利可图。因此，国家是否应出台某些宏观调政策，促进国产或合资企业变频器产品网侧补偿一体化的升级换代，并以此提前占领国内市场足够的份额？

负载侧处理

　　对负载的问题应具体分析。照明、电热等用电器对供电波形无特殊要求，允许各种波形包括直流供电；马达类感性负载需要正弦波电源供电，不适配的方波强制供电会引起强谐波噪音、电机发热、降低电机寿命等弊端；医用仪器中常含晶闸管电路和高脉冲电流，当与其它用电器共用一套电源时，应对电源的适配容量和供电波形有更严格的要求。

　　由于供电点负载性质、范围的多重性，需要提供正弦波供电的占绝大多数。因此AC/DC/AC，DC/AC，AC/AC变换的结果要求正弦失真度达到用户的需求。常规的办法是对输出级采用LC滤波（单级或多级的）。许多电源产品说明书上标注失真度THD（TotalHarmonicDistortion）为2％（线性负载），仅指对阻性负载，而回避对其它性质负载THD指标的描述，实际上回避了对负载适应性的描述。这反映出常规滤波获取高正弦度供电的方法本身还比较脆弱，一旦负载从阻性变为阻感性或阻容性、甚至晶闸管负载，或者在此基础上还要求大的负载范围，装置的输出电压波形就会明显偏离标注的THD值。由此可以引入THD值软硬的概念。鉴于学者们、产品开发部门的研究工作者对不同性质负载工况的THD值偏离情况还缺乏研究积累，产品制造商的标注也就仅限于阻性负载。

　　THD指标标注的含糊性使某些用户在选择逆变电源时遇到了不便。看来反映交流电源性能的指标应增设一项—THD硬度，用以描述功率变换电源在不同性质负载下，供电波形偏离正弦的程度。

　　与常规滤波不同，CTA（Comparing—Tracking—Amplifying）功率变换技术在较宽负载范围和非纯阻性负载情况下具有THD硬特性，于是在复合性负载有高正弦度要求的场合，CTA电源是最佳选择之一。