当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
“能源互联网”的需求推动力源于能源供需矛盾和新型可再生能源的出现。其追求的目标是充分利用新技术优势，对不同的供能环节进行整体优化，形成一体化的社会综合能源供用体系，即“能源互联”系统，通过对能源的产生、传输、分配、转换、存储、消费等环节进行整体协调控制，通过整体优化提高能源的利用效率，并通过不同能源间的“替代和转化”提高可再生能源应用比例。电能的方便传输和易于使用的特点使其在能源整体化应用中，将扮演纽带作用。能源互联网的需求推动作用可以归结为以下2个方面。（1）供需互动的需求。在电力系统中，分布式电源、三联供机组、电动汽车、储能装置、可控负荷、智能建筑大量出现，电网内将出现越来越多的“发用电联合体”（Prosumer）。它们的出现使能量的流动方向由单向向“双向互动、互联”转换，相对传统负荷它们具有更多的智能特性，不但可以受控，而且可以主动提供能量，在能源整体控制过程中可以作为局部的“虚拟发电厂”参与能源调度控制。信息化的进步和“智能负荷”以及“发用电联合体”的出现也给负荷主动参与提高能源整体使用效率提供了新手段，新型负荷的互动控制和主动供电能力，可以减小和补充系统备用，提高能源系统整体效率。（2）能源间的替代转化需求。社会对能源的需求是多样的，除用电需求外还有供热、制冷等需求，这些不同能源需求的变化会影响能源的供应平衡。各种新能源技术的发展，能源供应种类向多样性发展（电、天然气、风能、生物质能等绿色可再生能源）。“多种能源”在满足“不同能源需求”过程中，将会出现不同种类能源间的替代与转化需求。以风电为代表的可再生能源在国内发展迅速，但是，由于当前技术条件限制，风电在用电低谷及供暖季节存在较突出风电发用矛盾，弃风现象时有发生，一方面负荷需求旺盛，另一方面可再生能源却无处消纳。通过能源间的替代和转化可以实现不同种类能源负荷需求和供应间的联产、联供，从而使可再生能源如替换常规电能一样在其他能源供应领域发挥更大的作用，形成能源领域的“互联”和整体优化。这种能源互联系统可以综合考虑能源供给成本及其特性，在满足能源需求的前提下，优化能源供给，满足使用成本或者污染排放最低等优化目标。信息技术的进步，互联网改变了当代社会人们的生活方式。电力及能源领域信息化程度的提高，也为能源跨领域的集约化供给提供了契机。不同能源领域以及用户信息的互联互通，能够更加便捷地了解当前能源的供给与消费情况。发挥能源间互补优势、充分利用可控负荷资源，对能源供应与消费体系进行整体优化，可以改善能源供用结构、推进能源使用效率整体提高。
2能源互联网技术框架分析
2.1能源互联网构成
构建“能源互联网”的主要目的是优化能源结构（更多应用新能源）、提高能源效率（发挥不同能源优势和新型负荷的技术优势），从而改善用户体验。优化能源互联网资源，首先需要确认能源互联网构成要素，界定优化范围。根据文献[1]和[2]描述，结合智能电网研究成果，图1描述了能源互联网总体构成：电、供热及供冷等形式的能源输入通过与信息等支撑系统有机融合，构成协同工作的现代“综合能源供给系统”。该系统内多种能源（化石能源、可再生能源）通过电、冷、热和储能等形式之间的协调调度供给，达到能源高效利用、满足用户多种能源应用需求、提高社会供能可靠性和安全性等目的；同时，通过多种能源系统的整体协调，还有助于消除能源供应瓶颈，提高各能源设备利用效率。不同能源对环境的影响不同，传统能源供应体系中，特定能源已经形成了相对稳定的消费市场，比如石油主要用于交通、化工、发电等行业；天然气则主要于日常生活、供热、发电、交通等领域。可再生能源目前几乎全部用来发电。一次能源长期以来形成了自身的产业链条，不同种类能源间互相补充空间有限。但是，电能可以充当不同能源间的桥梁。目前可再生能源绝大部分转化为电能。如果通过电能用绿色可再生能源替换其他高污染一次能源，可以提高能源消费的整体环境友好程度。要实现这种能源的优化供给需要具备几个条件：①要具备不同种类能源间的（供求关系等）信息互通；②要具备能源输出互相替代的必要技术手段，即通过电能能够满足被替代能源消费主体的需求；③要能够给能源消费者清晰、及时的引导信号，吸引能源消费主体参与能源消费优化配置。具备以上条件，配合必要的技术手段，最终实现社会能源的整体优化利用。实现这一目标可以通过技术手段构建“能源互联网”。
2.2能源互联网技术框架
为了达到上述整体优化目标，在明确能源“互联”范围基础上，需要进一步研究合理的能源互联网技术框架，应用先进技术发挥多种能源与用户互联、互动的整体优势。这种能源互联网技术框架设计的唯一目的是发挥技术优势，从技术角度提高能源的使用效率。在不存在政策、市场和技术条件限制的前提下，设计满足上述条件的能源互联网技术框架模型，如图2所示。图2所示“能源互联网技术框架”包括“市场环境”、“能源供给、转化和消费”、“信息支持”以及“调度控制”4个部分。市场环境包括能源供给侧市场和能源需求侧市场。其中，能源供给侧市场负责不同种类能源的市场价格信号，调节市场能源供应结构（可以在这个环节使用价格信号或补贴鼓励使用清洁能源，减小环境污染）；能源需求侧市场负责吸引可控负荷和具有反向送电（或其他能源形式）的“发用电联合体”参与需求侧调度控制的价格或其他激励信号，以鼓励负荷参与需求侧响应。能源供给、转化及消费是能源互联网中的能源流，也是整个技术框架的最终优化协调对象。多种能源发出的电、热、冷等能量形式通过输电电网、管网或者运输通道最终抵达用户侧，满足用户的用能需求。能源互联网框架在以上基础上，加强了对分布式电源和微电网的支持，同时应用各种储能以及电转化为气体等技术，结合信息共享和多种能源的成本对比，以电能为中心实现有目标（优化或降低污染、提高清洁能源比例等）的多种能源间的替代和转换。消费环节除了包括传统用户还增加了智能可控用户以及可以反向供能的发用电联合体等。信息共享支持是整个技术框架中的信息流。“高速、可靠和安全”的未来信息网络技术是实现能源互联网技术框架下大量数据采集、传输、分析再到优化计算的基础条件。在信息技术支持下，为保障整个能源框架的安全优化运行，需要设置必要的运营管理机构，对能源进行集中调度管理，这种调度管理可以采用与外部市场环境相适应的商业运营模式并根据能源管理范围进行分级设计。同时针对用户侧可控负荷和具有发电及其他供能（供热、制冷等）能力的“发用电联合体”在自愿的前提下可以直接参与或通过“负荷调度控制”，应用“虚拟发电厂”技术参与能源互联网的调度控制。这种基于信息共享的通过能源整体调度控制实现能源的整体优化利用是能源互联网技术框架的核心内容。
2.3能源互联网优化控制概念模型
在上述能源互联网技术框架内能源消费有如下特性。（1）能源供应能够“互联”。能源互联网技术框架下不同能源间可以相互支持以及一定程度上的替代转换。这种互联可以通过控制系统实现面向用户最终需求的“应用转化”，也可以直接通过能源间的转换与替代实现。（2）能源互联后不影响用户的使用。方便用户安全高效使用，原来互相割裂的能源供应“互联”后应提升用户体验，不影响用户的正常使用。（3）能源互联后能够优化。能源互联网技术框架下的能源供应应该比“互联”之前有更高的效率。可见，能源互联网是一个以对能源进行整体优化为目标的复杂能源供用系统，为了实现整体优化的目的，需要建立相应的优化模型。综上所述，不同种类能源消费行为的成本是变动的，同时，不同种类能源供应对环境的影响不同。再考虑到新型负荷的可控性，建立如下能源互联网优化模型。以上模型的物理意义是在满足能源总供给与需求之间平衡和能源与供给消费约束的前提下，追求能源供应总成本最低或者污染排放最小等优化目标。能源互联网的优化模型根据不同市场运营规则细节上将有所不同，这里讨论的优化模型是对能源互联网技术框架的一种目的性描述，求解该模型需要确定不同能源的成本函数和其他约束条件，这些约束条件与具体的能源互联网运营规则和物理环境密切相关。
3能源互联网研究现状
上述“能源互联网”技术框架是对未来能源整体供用体系的概念性设想，关于未来的能源发展，国内外普遍开展了基于先进信息通信技术的包含能源互动思想（包含能源间的转化和替代）的相关研究。除了文献[1]中关于“能源互联网”的设想外，美国各大研究机构和高校都在进行相关研究。在用户互动方面，美国在需求侧响应方面已经进入实际应用阶段，电网中出现了专职的“调荷服务商”用于为电网提供负荷调度服务；能源的互联与转换方面，美国发电公司长期根据市场需要选择出售天然气与电力的比例。欧盟也在开展“智能能源的未来网络”（FINSENY）项目，研究将能源与信息的整合，汇集了能源和ICT（信息通信技术）行业的关键技术以确定智能能源系统对ICT的要求，从而提供创新性的能源解决方案以优化能源传输，改变人们的能源消费方式，减少CO2的排放，改善生活环境[3]。日本则在微网及分布式电源基础上致力于研究冠名为“电力路由器”的电能控制技术及相关装备[4]。在国内，关于未来能源供应技术的研究一直受到高度重视，国家电网公司明确“能源互联网”是未来的智能电网，智能电网是承载第三次工业革命的基础平台，对第三次工业革命具有全局性的推动作用。目前，国家电网公司已积极开展、部署相关研究工作。北京市科委组织了“第三次工业革命”和“能源互联网”专家研讨会，并启动了相关软课题研究，以期形成详细的能源互联网调研报告和路线图。中国能源发展目前面临总量供应（石油、天然气对外依存度高）、资源配置（能源与生产力分布不均衡）、能源效率（大量煤炭直接燃烧，整体能效偏低）、生态环境（土壤、水质、大气污染）四大问题。针对以上问题，可以采用增加清洁能源发电比例、提高能源效率的方法加以改善。本文所述能源互联网技术框架统一配置能源资源，从能源供给和使用2个方面进行整体优化，基于信息共享建立必要的市场调节机制，优化引导能源的开发和使用，最终实现增加清洁能源发电比例、提高能源效率，以电能为中心统一优化配置能源资源；使能源发展方式由消耗型向可持续、可再生和更环保的发展轨迹过渡；实现能源供应安全、清洁、环保与友好地发展[5-11]。
4结语
摘要:电能高效洁净地生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为电力技术的重点领域。论文关键词：电力技术；电源 “电力技术是通向可持续发展的桥梁”，这个论断已经逐渐成为人们的共识。研究表明，为了实现可持续发展，应尽可能把一次能源转换为电能使用，提高电力在终端能源中的比例。因为，在保证相同的能源服务水平的前提下, 使用电力这种优质能源最清洁、方便，易于控制、效率最高。如果能将大量分散燃用的化石燃料都高效洁净地转换为电力使用，人们赖以生存的环境和生活质量就会大大改善。因此，电能高效洁净地生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为电力技术的重点领域。以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展前景进行简单评述。 1. 分布式电源 当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC)、微型燃气轮机（Microtur_bines）和各种工程用的燃料电池（Fuel Cell）。因其具有良好的环保性能，分布式电源与“小机组”已不是同一概念。 1.1 微型燃气轮机 微型燃气轮机（Micro Turbine）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96 000 r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500 ℃，其发电效率可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。 1.2 燃料电池 燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。 1.2.1 燃料电池的工作原理 燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。 通常，完整的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。其中，电池堆是核心。低温燃料电池还应配备燃料改质器（又称为燃料重整器）。高温燃料电池具有内重整功能，无须配备重整器。磷酸型燃料电池（PAFC）是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11 MW的设备及便携式250 kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池（MCFC），工作在高温（600～700 ℃）下，重整反应可以在内部进行，可用于规模发电，现在正在进行兆瓦级的验证试验。固体电解质燃料电池（SOFC）被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质，未来可用于煤基燃料发电。质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。 1.2.2 性能和特点 燃料电池有以下优点：（1）有很高的效率，以氢为燃料的燃料电池，理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池，实际效率可达58.4%。通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关，小型设备也能得到高效率。（2）处于热备用状态，燃料电池跟随负荷变化的能力非常强，可以在1 s内跟随50%的负荷变化。(3)噪音低；可以实现实际上的零排放；省水。（4）安装周期短，安装位置灵活，可省去新建输配电系统 目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高，在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。 1.2.3 技术关键和研究课题 燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目，主要涉及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池（MCFC）在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命，使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀；电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。固体氧化物燃料电池（SOFC）使用固体电解质且工作温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性（不通过气体）的电解质，在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。为了降低工作温度，应尽可能减少电解质薄膜厚度。
关键词：动态电源管理静态预知方法动态预知方法
引言
电子系统可视为是种类不同的元件集合，有些元件有着固定的性能指标和耗能，这些元件被称为非电源管理元件；上反，有些元件可以在不同时间工作，并且有多种耗能状态，相应地消耗着不同的系统电能，这些元件称为可电源管理元件。可电源管理元件的有效使用成为节省系统耗能，使整个系统在有限电能下长时间工作的关键所在。
系统元件从一种耗能状态到另一种耗能状态往往需要一段时间，并且在这段时间内会消耗更多的额外能量。状态的改变会影响系统的性能，所以设计者需要在系统节能和系统性能之间找到恰当的折衷切入点。本文介绍了动态电源管理中的一些方法。这些方法将决定元件是否改变耗能状态和何时改变。
1动态电源管理技术
“动态电源管理”是动态地分配系统资源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能状态，来完成系统任务的一种降低功耗的设计方法。对于电源管理实施时间的判断，要用到多种预测方法，根据历史的工作量预测即将到来的工作量，决定是否转换工作状态和何时转换。这就是动态电源管理技术的核心所在——动态电源管理方法。
动态电源管理技术适用的基本前提是，系统元件在工作时间内有着不相同的工作量。大多数的系统都具有此种情况。另一个前提是，可以在一定程度上确信能够预知系统、元件的工作量的波动性。这样才有转换耗能状态的可能，并且在对工作量的观察和预知的时间内，系统不可以消耗过多的能量。
2电源管理
各个系统设备当接到请求时，设备忙；而没有请求时，就进入了空闲状态。设置进入空闲时，可以关闭设备，进入低耗能的休眠状态；当再次接到请求后，设备被唤起。这就是所谓的“电源管理”。然而，耗能状态的改变是需要时间的，也就是关闭时延和唤起时延。唤起休眠状态中的设备需要额外的能量开销，如图1所示。如果没有这项开销，也就用不着电源管理技术了，完全可以只要设备空闲就关闭设备、这种时延和能量开销确定存在，所以必须考虑，只有当设备在休眠状态所节省的能量至少可以抵得上状态转换耗能的情况时，才可以进入休眠状态。
电源管理技术是一个预知性问题。应寻求预知空闲时间是否足够长，以及于能否抵得上状态转换的耗能开销。空闲时间过短时，采用电源管理的方案就得不偿失了。所以事先估计出空闲时间的长短是电源管理技术中的首要问题。定义“恰当的停止时间段”（tBE）：能达到系统节能的最短空闲时间段。此时间与设备元件本身有关，与系统发出的请求无关。假设状态转换延时t0（包括关闭和唤起延时）耗能为E0；工作状态功率Pw，休眠状态功率Ps，可由以下式求出tBE。
Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)
等式左边为“适合暂停时间段”内的耗能，也就是系统在这段用于节能的最短空闲时间内继续工作所需能量；右边是状态转换耗能和休眠时间内的系统耗能。tBE换和这段休眠时间内的系统耗能。电源管理技术就是要预知将要发生的休眠时间是否能够大于tBE，只有大于它，设备才有休眠的必要。
3基于先验预知的动态电源管理技术
对于大多数真实系统，即将输入的信号是难以确定的。动态电源管理的决策是基于对未来的不确定预知的基础之上的。所有的基于预知的动态电源管理技术的基本原理是探过去工作量的历史和即将发生的工作量之间的相互关系，来对未来事件进行可靠的预知。对于动态电源管理，我们关心怎样预知足够长的空闲时间进入休眠状态，表达如下：
p={tIDLE>tBE}
我们称预知空闲时间比实际的空闲时间长（短）为“预知过度”（“预知不足”）。预知过度增加了对性能的影响；预知不足虽对性能无影响却造成了能量的浪费。要是能既无预知过度又无预知不足，那就是一个理想的预知。预知的质量取决于对观察样本的选择和对工作量的统计。
3.1静态预知方法
固定超时法：最普遍的电源管理预知法，用过去的空闲时间作为观察校本对象来预知当前空闲时段的总持续时间。此方法总结如下：空闲时钟开始，计时器开始计时，超过固定超时时间tTO系统仍处于空闲，则电源管理使得系统休眠，直到接收到外界请求，标志着空闲状态的结束。能够合理地选择tTO显然是这种方法的关键。通常在要求不高的情况下取tTO=tBE。
固定超时法优点有二：①普遍适用（应用范围仅限决于工作量）；②增加固定超时值可以减少“过度预知”（即预知时间比实际空闲时间长）的可能性。但是其缺点也明显：固定超时过大则将引起预知不足，结果不能有效的节省能量，相当多的能量浪费在等待超时上。
预知关闭法：此方法可以解决固定超时法中等待固定超时而耗费过多能量的问题，即预知到系统的空闲可能性就立即关闭系统，无需等到空闲时间超过超时值。预知方法是对历史工作量的统计上做的有肯定性估计。
Srivastave提出了两种先验关闭的方案。
①非线性衰减方程（φ）。此方程可由过去的历史中得到。
t的上标表示过去空闲和工作时期的序号，n表示当前的空闲时期（其长度有待于预知估计）和最近的工作时段。此方程表明了要估计将发生的空闲时期，要考虑到过去的空闲和工作时期。
如果tpred>tBE，那么系统一空闲就立即关闭。观察样本是
此方法的局限：
*无法自主决定衰减方程的类型；
*要根据收集和分析的分散数据建立衰减模型，并且这些数据适合此衰减模型。
这些数据适合此衰减模型。
②极限方案。此方案基于一个极限。观察样本为紧挨着当前空闲时期之前的工作时期，如果便认为空闲时期比前一个工作时期长，则系统关闭。
注意：统计研究表明，短时间的工作时期后是长时间的空闲期；长时间的工作期后是短时间的空闲期。这样的系统可以用极限法，如图2所示。而短时期的工作期后是短时期的空闲期这种情况下就不能用些极限法。总之，对tthr的选择尤为重要。
预知唤起法：可以解决固定超时方法中唤起时的性能损耗。当预知空闲时间超时后则系统唤起，即使此时没有接收收到任何系统请求。使用此方法应注意的是，如果tidle被“预知不足”，则这种方法增加了能量的消耗，但同时也减少了等待接收第一个系统请求的时间，还是在一定程度上节省了能量，提高了系统性能。
3.2动态预知方法
由于动态电源管理方法的最优化取决于对工作量的统计，当工作量既未知又非静态时，静态预知方法就不是十分有效。因此，就有了动态预知方法。对非静态工作量有几种动态的预知方法。
①设定一套超时值，每个值与一个参数相关。此参数表明超时值选择的准确性。此方法是在每一个空闲时间内，选择这些超时值中最有效的一个值。
②此方法同样有一些供选择的超时值，分配给每个值一个“权”。此“权”是对过去相同要求下，采取此超时值带来的满意度为衡量对象抽象出的参数。实际采用的超时值是取所有被选超时值的权的平均。
③只采用一个超时值，当选择此超时值后会引起许多不尽如人意的“系统关闭”后，再适当增加此值。当更多的“系统关闭”可以被接受了，则适当降低此值。
4总结
动态电源管理是降低电子系统耗能的有效设计方法。在电源管理系统中，不同元件的工作状态要动态地适应不同程度的性能要求，只有这样才能最小化空闲时间浪费的能量或者无用元件浪费的能量。
1．1基本拓扑
基本的拓扑包括BUCK、BOOST、BUCK－BOOST、CUK、正激变换器、反激、半桥、全桥、推挽变换器。在课堂教学中应该使学生熟练掌握其工作原理、应用场所、电流连续和电流断续的工作波形、拓扑中的关键参数的计算，为学生设计基本的开关电源电路打下坚实的基础，这是第一层次，要求学生必须熟练掌握。尤其要着重讲解基本拓扑BUCK变换器，因为很多拓扑结构甚至是基本拓扑都可以由BUCK变换器变换得来。如果能在课堂上重点讲解BUCK变换器，使学生完全掌握BUCK变换器的原理和波形，对学生后期的开关电源学习将会大有助益。第二层次是以基本拓扑为核心部分的主功率电路各部分参数计算，相当于电源工程师的项目计算书部分，这也是电源工程师必须掌握的基本技能。由于课上时间有限，教师在课上会把拓扑中关键器件主要参数的计算方法给出，不可能把所有的参数计算一遍，所以导致有些学生就停滞在这个层次上，没有在课下把所有的参数，尤其是关系到器件选型的参数进行设计，为了解决这个问题，在课程中后期安排学生团队制作实物开关电源，在这个过程中就必须要对每个计算参数都要反复核算，这个教学环节取得了较好的效果。第三层次是主功率电路器件选型和调试，基本上只有参加过实物制作、电子设计大赛、实习项目的学生有机会达到这一步，通过实际存在的问题，就问题去解决，才会在实践当中结合他们上课学习的电源理论切实地体会调试电路的乐趣。
1．2PWM和PFC控制芯片
这部分会通过调研报告的形式让学生先去搜集相关PWM和PFC控制芯片的最新信息，先让学生去感知、去了解现在出来最新的控制芯片已经可以做到哪些功能了，此外重要的是积累总结每一个拓扑可以有哪些控制芯片来控制。让他们自己去发现问题，感知问题，带着问题和好奇，在课堂上授课教师会深入讲解PWM控制芯片的基本控制原理，通过工程项目详细讲解如何快速掌握一个新的控制芯片每个引脚的功能，电路的设计方法、元器件参数计算方法，使学生掌握如何用控制芯片来控制变换器实现电能的变换，学会设计控制芯片与变换器的连接电路，即检测电路和功率管的驱动电路。在课堂上教会学生使用PWM控制芯片数据说明书设计控制电路达到层次一，在课程学时中专门安排学生学习控制芯片电路的设计方法和参数计算方法达到层次二，不仅让学生掌握一种控制芯片的电路设计方法，更重要的是举一反三，在以后的设计和工作岗位上面对新的平台和控制芯片依然可以设计出符合要求的电路。
1．3变压器和电感设计
授课教师在课堂教学中依据教学改革培养电源工程师为目标不仅要介绍变压器和电感的各个参数的计算方法，还会结合实际项目讲授变压器同名端和异名端在实际电源制作时的注意事项，变压器的制作方法，掌握电压器参数的测试方法和测试工具，掌握用示波器和信号发生器测试变压器的匝比和同名端的方法。变压器和电感的设计直接关系到隔离型变换器的性能，很多学生对变压器和电感磁路设计部分学习起来会有些困难，所以这部分将作为课程的难点来重点讲解。
1．4保护电路设计
课堂教学中一部分学时将用来着重讲解各种保护电路，包括输入输出过压保护、过温保护、过流保护、输入欠压保护等。将采用调研报告、启发式和讨论式等教学方法引导学生去积累这些保护电路，学会在不同平台、不同应用场合使用不同的保护电路。
1．5闭环电路调试
结合自动控制原理课程的相关知识，着重讲解开关电源闭环电路的设计和分析，尤其是PID调节器的调试方法，结合实际项目演示电源工程师闭环电路调试过程，激发学生学习开关电源的学习兴趣，通过实物和仿真软件让学生体验调试的乐趣，这部分是开关电源课程重点讲解的内容，要联系实际项目，是课程的核心内容。以上5个部分是课程的主要教学内容块，完全按照培养电源工程师的目标下制定的教学计划，可以做到较好地给学生从课堂到就业的过渡，而不再是到了工作岗位上感觉课堂学习的东西和实际工作联系不紧密，什么知识什么技能都要工作之后学习。在课堂上，保证学生完全掌握第一个层次，通过课后作业、课堂实际项目案例、电源制作等形式的教学方法使大部分学生掌握层次二，在平时的教学中注意动手能力强或者电路设计能力强的学生，通过带学生电子设计大赛、创新大赛，或者学生在项目中辅助教师担任研发助理的工作等，使一部分学生研发能力可以快速提高，培养成具有基本技能的初级电源工程师。
2课程考核方式改革
考虑到开关电源课程的实践性强的特点，着重考核学生掌握所学的基本电路拓扑理论和技能，能综合运用所学知识和技能去分析电路、调试和测试电路、分析电路故障及排除电路故障的能力。
2．1制作电源实物
基于课堂系统的理论学习，独立制作75W单管正激变换器实物的能力考核，该正激变换器采用何种磁复位技术不限，根据班级人数，3～4名同学为一个小组，明确不同分工，共同制作出一款正激变换器。同时培养学生的团队合作意识，考核的内容也要增加当该团队遇到分歧和困难的时候，是如何解决的。
2．2课堂表现
主要是包括回答问题的情况，对问题分析的程度，出勤率，在平时小组讨论时的表现和活跃程度。
2．3科研报告、口头汇报
通过让学生搜索近3年国内外开关电源、尤其是通信电源技术和产品的最新发展概况，增强学生的自我学习能力，在以后的学习和工作中掌握更新自己开关电源知识体系的能力，这是我们教学的重点，不只是教会学生电源的基本知识，还要教学学生学习探索开关电源领域的学习方法。选取部分优秀学生的科研报告由学生浓缩成5分钟的口头汇报结合PPT、实物动画等多媒体展示方法在上课前5分钟做口头汇报分享给学生们。不仅较好地激发学生学习开关电源的兴趣也能够充分锻炼学生的公开演讲能力。
2．4作业
作业着重在学生是否是自己独立完成的电路设计，而不是应付了事。哪怕学生的设计内容很少，但是只要是他们自己经过思考得来的就要比其参考其他人的作业效果要好很多。
3开关电源技术教学改革反思
粉尘比电阻大于1011Ω·cm(高比电阻)时,采用传统工频、高频电源的电除尘器收尘,由于高电阻粉尘在电场中的高粘附力,使振打无法有效地将粉尘从收尘极板上除下,最终引成反电晕现象,降低了除尘器的除尘效率。脉冲电源独特的基础电压叠加脉冲电压的双电模式,相比于传统的工频、高频电源,能使粉尘的驱进速度明显提高,如图1所示,这使得同收尘面积的静电除尘器在使用不同电源控制系统时产生完全不同的除尘效果。增强系数H=Wp/Wdc,其中Wp为应用脉冲电源后的粉尘驱进速度,Wdc为应用常规电源后的粉尘驱进速度。从上图中看出,粉尘比电阻越高,应用脉冲电源后的效果越好,当粉尘比电阻为1013Ω·cm时,增强系数达到2.2倍,即脉冲电源对粉尘驱进速度的提高效果是常规电源的2.2倍,这就使得脉冲电源在高比电阻粉尘的除尘效率上完全优于常规电源。同时,脉冲电源的脉冲电流大,电压脉宽窄(≤120us),电除尘器电压上升率高,达2KV/us,荷电和电晕效果好,火花电压高,比常规电源提高几十KV,而基础电源电压总低于火花电压,能有效抑制反电晕和二次扬尘,有利于收尘。依据多年电除尘研究经验和相关工业应用,电除尘器电场越往后,粉尘比电阻越高。在除尘器后两级电场粉尘的平均比电阻一般都能达到1.0×1011~1.0×1013(Ω·cm)数量级。利用多伊奇公式η=1-e-w·A/Q及其他相关知识,可以计算出脉冲电源对不同比电阻粉尘的理论除尘效率,如表1所示。从表中可见,比电阻越高,脉冲电源的除尘效率越好,比电阻为1.0×1012~1.0×1013(Ω·cm)时,理论效率可达99.9934%。
2.脉冲电源的组成及结构
脉冲电源是适用于电除尘器的电源,目前在世界各地的电厂、钢铁厂及水泥厂的环保除尘机械设备中得到了广泛应用,除尘效果显着。它主要由控制柜和高压输出变压器两部分组成,分别放置于控制室和电除尘器顶部。脉冲电源系统一般由基础电压产生部分、脉冲电压产生部分、控制部分及通讯部分组成。其原理图如图2所示。1)基础电压Vdc产生部分三相交流电源输入至三相升压变压器,经三相整流桥和滤波电路后,产生一个高压直流电压,再经扼流电感L2和耦合电感L4送至电除尘器中,供应电除尘器ESP所需的基础电压。2)脉冲电压产生部分三相交流AC380V输入至三相升压变压器,经整流桥、滤波电路后,得到一个高压直流电压,经扼流电感L1给储能电容Cs充电。当高压IGBT(SW1)导通时,储能电容Cs、扼流电感L3、耦合电感L4、电除尘器ESP等效电容形成谐振回路,储能电容Cs内的电量在该回路内谐振,在电除尘器ESP两端形成一个脉冲电压。该脉冲电压与基础电压叠加,产生最终所需的加至电除尘器ESP上的电压波形,如图3所示。谐振后半部分,电量回充给储能电容Cs,节约电能。当高压IGBT关断时,谐振回路断开,电源继续给储能电容充电至原电压,等待下次脉冲的产生,如此循环。3)控制部分通过一个核心控制器(嵌入式系统),控制基础电压、脉冲电压的产生,并接收脉冲电源的反馈信号、监控关键位置的运行状况,调整脉冲电源的运行状态,使脉冲电源适应各种复杂工况的要求,产生最大的收尘效率及节能目标。同时采用快速、智能的火花响应、处理机制,保证火花状态下设备的安全、稳定运行。4)通讯部分通过以太网控制器,在通讯协议,比如Modbus的基础上搭建整个通讯系统,在上位机界面上监控各个脉冲电源的运行情况,并统一控制、调配,便于运行和管理,提高工作效率。
3.脉冲电源除尘的特点和优势
对于常规除尘器控制电源,脉冲电源具有如下主要优势:1)脉冲电源具有常规电源各种特性;2)在基准电压的基础上叠加脉冲电压,有效抑制高比电阻粉尘的反电晕现象,同时使电场获得尽可能大的电晕场强,使高比电阻粉尘充分实现电离、吸附、放电等过程;3)在获得较高场强的状态下,使得电耗最大可能的节省。对于电除尘器本体一类的改造,脉冲电源具有如下主要优势:(1)改造简便,可在不停炉、短期停电的状态下完成改造;(2)改造周期短,见效快;(3)故障时影响小,无需停炉整改;(4)改造成本低;(5)对于原本体小的除尘器有适当提效功能。综合考虑,脉冲电源较其他除尘器技术具有全面的、可靠的优势,采用脉冲电源对电除尘器进行改造是目前适应国家新环保标准的最佳改选方案。
论文摘要：文章介绍了电力变压器的常见缺陷和故障，并分析了这些故障对变压器的危害，并对消除故障的方法进行了归纳总结，此外还分析了变压器常用的在线监测技术，具有一定的工程实用价值。论文关键词：电力变压器；故障；诊断 1 引言 在电能的传输和配送过程中，电力变压器是能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备。电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大的经济损失。 2 常见故障及其诊断措施 2.1 变压器渗油 变压器渗漏油不仅会给电力企业带来较大的经济损失、环境污染，还会影响变压器的安全运行，可能造成不必要的停运甚至变压器的损毁事故，给电力客户带来生产上的损失和生活上的不便。因此，有必要解决变压器渗漏油问题。 油箱焊缝渗油。对于平面接缝处渗油可直接进行焊接，对于拐角及加强筋连接处渗油则往往渗漏点查找不准，或补焊后由于内应力的原因再次渗漏。对于这样的渗点可加用铁板进行补焊，两面连接处，可将铁板裁成纺锤状进行补焊；三面连接处可根据实际位置将铁板裁成三角形进行补焊；该法也适用于套管电流互感器二次引线盒拐角焊缝渗漏焊接。 高压套管升高座或进人孔法兰渗油。这些部位主要是由于胶垫安装不合适，运行中可对法兰进行施胶密封。封堵前用堵漏胶将法兰之间缝隙堵好，待堵漏胶完全固化后，退出一个法兰紧固螺丝，将施胶枪嘴拧入该螺丝孔，然后用高压将密封胶注入法兰间隙，直至各法兰螺丝帽有胶挤出为止。 低压侧套管渗漏。其原因是受母线拉伸和低压侧引线引出偏短，胶珠压在螺纹上。受母线拉伸时，可按规定对母线用伸缩节连接；如引线偏短，可重新调整引线引出长度；对调整引线有困难的，可在安装胶珠的各密封面加密封胶；为增大压紧力可将瓷质压帽换成铜质压帽。 防爆管渗油。防爆管是变压器内部发生故障导致变压器内部压力过大，避免变压器油箱破裂的安全措施。但防爆管的玻璃膜在变压器运行中由于振动容易破裂，又无法及时更换玻璃，潮气因此进入油箱，使绝缘油受潮，绝缘水平降低，危及设备的安全。为此，把防爆管拆除，改装压力释放阀即可。 2.2 铁心多点接地 变压器铁心有且只能有一点接地，出现两点及以上的接地，为多点接地。变压器铁心多点接地运行将导致铁心出现故障，危及变压器的安全运行，应及时进行处理。 直流电流冲击法。拆除变压器铁心接地线，在变压器铁心与油箱之间加直流电压进行短时大电流冲击，冲击3～5次，常能烧掉铁心的多余接地点，起到很好的消除铁心多点接地的效果。 开箱检查。对安装后未将箱盖上定位销翻转或除去造成多点接地的，应将定位销翻转过来或除掉。 夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损者，应按绝缘规范要求，更换一定厚度的新纸板。 因夹件肢板距铁心太近，使翘起的叠片与其相碰，则应调整夹件肢板和扳直翘起的叠片，使两者间距离符合绝缘间隙标准。 清除油中的金属异物、金属颗粒及杂质，清除油箱各部的油泥，有条件则对变压器油进行真空干燥处理，清除水分。 2.3 接头过热 载流接头是变压器本身及其联系电网的重要组成部分，接头连接不好，将引起发热甚至烧断，严重影响变压器的正常运行和电网的安全供电。因此，接头过热问题一定要及时解决。 铜铝连接。变压器的引出端头都是铜制的，在屋外和潮湿的场所中，不能将铝导体用螺栓与铜端头连接。当铜与铝的接触面间渗入含有溶解盐的水分，即电解液时，在电耦的作用下，会产生电解反应，铝被强烈电腐蚀。结果，触头很快遭到破坏，以致发热甚至可能造成重大事故。为了预防这种现象，在上述装置中需要将铝导体与铜导体连接时，采用一头为铝，另一头为铜的特殊过渡触头。 普通连接。普通连接在变压器上是相当多的，它们都是过热的重点部位，对平面接头，对接面加工成平面，清除平面上的杂质，最好均匀地涂上导电
通信电源专业课程群的总体规划，课程群划分的标准与其他通信专业方向划分类似，都是以能否适应通信企业的需求为导向。高职通信电源专业开设了通信电源设备维护方向和开发方向。通信电源和电子技术课程联系化教学设计规划首先应在通信电源设备维护方向尝试，因为高职学生以后就业方向就是上岗应用。在经过实践后，开始向通信电源专业方向其他知识关联的方向延伸，最后扩大至其他通信专业教学的范围。对跨课程联系库的项目资源进行通盘设计既要考虑理论知识的传授，又要关注基本技能的掌握，同时也要定期更新教学资源库，及时了解学生掌握知识的能力，使课程之间的联系、老师和学生之间的联系更具有灵活性。例如在整流UPS的教学中为了保证学生教学的学习积极性，要经常介绍新的控制技术的发展、高智能化集中监控系统的动向。将电子技术的新发展和通信电源专业的发展有机地结合来讲授。项目库最好是每两年更新一次。在高职的教育中主要是突出学生的动手能力和理论联系实际的能力，高职通信电源的学习也是如此。通信电源的每一次大发展都和电子技术的大发展是分不开的。例如在电子技术中采用大功率开关管的高频开关整流电源电路，与传统采用工频变换技术的相控电源相比是一次很大的电子技术上的突破，导致通信电源变换技术的大发展。学生在领悟通信电源技术的基础上，要求能了解电子技术的发展动向，突出学生在电子技术方面的动手能力。针对通信电子技术课程内容多课时少的特点，将通信电子技术的内容分为有机的几个部分，提出了新的课程内容设置思路，即：以模拟电子技术的放大电路、负反馈为基础，讲述通信电源的变换电路。以电路与信号的傅里叶级数为基础，讲述通信电源调制与解调的应用。以数字电子技术的逻辑电路为基础，讲述通信电源的油机、不间断电源的控制应用。兼顾当前技术发展，这种内容设置方法有利于学生掌握课程核心内容，这样在教学过程中即能让学生理解通信电源的应用又能兼顾通信电子技术课程内容多课时少的特点，从而优化课堂教学内容。在通信电源课程展开前一定要让学生建立通信电子技术的概念。普通的电子技术教学和通信电子技术的教学是有所不同的。通信电子技术更具有针对性，通信电子技术针对的是本通信专业所需的电子技术的内容，概念深奥难懂，电路复杂多变，学生基础差，很容易产生厌学的情绪，所以在实践中要注重学生对本专业培养，激发学生对通信电子技术的学习兴趣，如开设“对讲机”“发射机”通信电子技术实验。“通信电子技术”是通信技术、电子技术两者交叉的新兴学科，是通信电源、通信工程及其移动通信专业的专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程，也是发展很快的学科，它不仅能为通信工程及其移动通信等各相关专业的在校学生打下坚实的理论基础，同时也可为从事与电能变换、柴油机、开关电源、电力系统等相关领域工作的工程技术人员提供现代高新技术的重要基础知识，在通信专业人才培养中占有重要地位。由于通信电子技术的电路原理复杂、概念深奥难懂，应用变换多样，学生们在学习过程中会觉得难学难懂，因此，我们对课程进行了教学方法、教学内容、教学实验和教学手段等环节的改革，除了让学生掌握课程知识外，更重要的是提高自学能力、创新能力以及团队协作能力，在实际操作过程中，安排专人负责制度。例如作为下一代通信核心机房（NGN系统、5G系统）的供电设备应该是要求极高的供电设备，其供电方式必须做到能消除单点的供电故障，电源质量要求高、可靠性好、效率高、监控完善。能满足下一代通信核心机房的供电设备要求的非直流电源（-48V系统）不可。在教学过程中要引导学生如何很好掌握新一代通信电源的基础知识，引导学生把握信新一代通信电源发展变革方向，鼓励学生自学新知识、学习新技术。
2高职通信电源中电子技术课程联系化教学设计举例
通信电源和电子技术有很强的联系性和依赖性，这种联系性和依赖性虽然也能跨越到其他通信专业课程，但通信电源和电子技术的联系性和依赖性更高。高职学生的特点之一是学习不积极、高中理科基础差、自学能力低，对知识的连贯性掌握技能就更差。项目库中每个项目的实施需要相关课程群合作完成，例如将电子技术中的功率因数概念的教学和通信电源的直流不间断电源中的有源功率因数校正电路结合起来讲，学生更易于对功率因数概念的理解，也能很好地掌握通信电源的直流不间断电源中的有源功率因数校正电路的原理。通信电源课程根据教学计划需求就能完成对应电子技术基础教学任务。在相关通信电源知识群中由项目驱动完成电子技术基础教学任务后，通信电源教学任务也同步完成最终结果。因此，教学设计者应能够依据人才培养方案来建立通信电源和电子技术课程间联系构架和设计跨课程的教学项目，在教学活动中，动态地将通信电源和通信电子技术课程进行联系，形成具有活力的知识连贯体，并根据与通信电源课程群的知识联系性来设计电子技术课程的项目库。通过对高职通信电源专业联系化教学的现状分析和对通信电源专业的人才培养方案和教学计划剖析后，我们应首先对通信电源和通信电子技术进行联系化设计，提出对电子技术教学的设计方案，例如将电子技术专业课程中的电路与信号、模拟电子技术融入通信电源的配电和防雷来讲授，将数字电子技术融入通信电源的UPS和整流来讲授。电子技术的应用、电子技术实训、电子产品设计与制作与通信电源的设备实训相关联，进行项目关联设计试点。基于联系需求将通信电源和电子技术课程的这些环节紧密相关，层次清晰，环环相扣。从而实现，在高职通信电源专业技能培养的生命周期过程中的前后紧密联系，并最终形成通信电源专业的教学表现结果。
3结论
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