1 引言

    在我國高頻開關電源模塊作為一種主要的直流電源，被廣泛地使用在電力、通訊、鐵路、化工等行業，為了節約成本，提高開關電源模塊的效率就成了一種普遍而迫切的需求。各模塊生產廠家也投入大量資金用于研發新的電源模塊，極力提高模塊轉化效率和降低電源模塊的自身損耗。而出于安全性和可靠性的考慮，模塊的用戶通常采用電源模塊冗余配置，并且預留蓄電池的容量在正常工作狀態下并不使用。這就使開關電源模塊長期處于低負載率工作狀態，轉換效率很低，造成資源的浪費。

    2 節能技術研發背景

    2.1 電力工業是國民經濟的基礎產業，它一刻不停地向社會提供清潔、高效的能源。隨著科技的發展和生產力的不斷提高，電力以及和電力相關的運營成本所占的比重正大幅增長。為了提高效率、減少損失、降低運營成本，供電企業和用戶對電力系統運行管理的要求也越來越高。在國際能源與氣候議題持續進行下，各國大力推動智能電網建設，期望能透過實時控制及需求端管理，來促進電力資源最佳化配置與運行，達到節能減排目標。節能降耗已成為我們的工作重點及專門研究課題。

    2.2 在電力行業，無論在發電廠還是變電站等所有的直流電源系統中，通常高頻開關電源設備在采購過程中，都會考慮系統整流模塊N+1備份及后期擴容等需求，往往開關電源的容量選型大于當前運行設備實際負載，沒有對冗余開關電源模塊進行識別、休眠軟關斷和智能控制功能，結果導致電源實際工作負載率較低，造成能耗的浪費。

    3 高頻開關電源模塊的節能分析

    高頻開關電源模塊轉換損耗主要包括輸出功耗、帶載損耗和空載損耗。輸出功耗是根據負載電流大小決定的，無法降低能耗。帶載損耗主要決定因素是模塊的轉換效率，轉換效率越高則帶載損耗越少。空載損耗則是模塊內部各器件的正常工作損耗。

    高頻開關電源模塊的效率特性，是在一定區間內效率隨負載電流的增加而增加，系統的最佳效率區間一般是負載率在40%—80%之間。所以，我們可以通過調整負載率來提高模塊效率，從而降低帶載損耗。空載損耗則可以通過采集實際負載大小，計算需要的模塊數，關閉適當的模塊來降低。根據以上所述，模塊休眠技術可以在不增加成本的情況下有效地提高轉換效率，實現節能。

    4 高頻開關電源模塊的休眠技術

    模塊休眠技術是一種基于軟件實現的。通過采集實際負載大小，計算負載率和實際需要開啟模塊數量，由監控下發指令，控制模塊定時開啟和關閉，把負載率調整到40%—80%之間，從而實現提高模塊轉換效率的技術。由于模塊總是處于一段時間工作和一段時間休息的狀態，也可以延長模塊的使用壽命。而且由于各模塊的工作和休息時間平均，這樣可以實現模塊的同步老化，從而延長整個直流電源系統的使用壽命。

    4.1 模塊休眠技術的軟件實現過程

    （1）通過AD轉換采集電池組電流，判斷電池充電狀態為浮充。

    （2）通過AD轉換采集開關電源模塊實際輸出電流，通過設置得到系統開關電源模塊理論最大輸出電流，計算得出電源系統當前負載率。

    （3）調整模塊數量，使負載率調整到40%—80%之間，計算當前所需開啟模塊數量，延時一段時間后進入輪休狀態。

    （4）監控下發指令控制模塊開關，調整模塊開啟數量為上一步計算得到的值，并開啟延時。

    （5）延時時間到，開啟一臺新模塊，然后關閉一臺原有模塊，并開啟新的延時。重復執行步驟5，實現輪休。

    （6）實時計算負載率，如果超出40%—80%區間，則重新計算需開啟的模塊數量，然后在新的模塊數量的條件下，繼續以上（4）步和（5）步工作，實現輪休。

    軟件實現過程流程圖如圖1所示。

圖1 軟件實現輪休過程流程圖

    4.2 高頻開關電源模塊的休眠技術實現原則

    為了在提高模塊轉換效率和節約能源的同時，保證整個直流電源系統的可靠性和安全性，在休眠技術中還應該加入以下原則。

    （1）先開后關原則。即在輪休狀態下要關閉1臺本來開啟的模塊前，必須先開啟1臺本來關閉的模塊。并通過單獨采集新開啟模塊的電壓，來判斷該模塊確實開啟后，才能關閉原有模塊。

    （2）模塊故障跳出原則。發現模塊上傳故障，或判斷模塊通訊故障，都要立即結束輪休狀態恢復模塊浮充狀態。發現故障解除則重新倒計時進入新的輪休狀態。

    （3）最少模塊數原則。不論何時都要保證處于開啟狀態的模塊數不少于2臺。

    （4）充電狀態轉換原則。輪休只有在浮充狀態下才進行。當充電狀態從浮充轉為均充時，立即跳出輪休狀態。當充電狀態重新轉為浮充狀態后，重新倒計時進入新的輪休狀態。

    （5）交流異常保護原則。實時監測交流供電狀況，當發現交流出現超限、缺相等異常狀態時，立即跳出輪休狀態。當檢測交流電恢復正常，重新倒計時進入新的輪休狀態。

    隨著網絡智能化的日益普及，電源的智能化已經成為必然的發展方向。智能化的電源不但可診斷自身的各種故障，而且可根據不同的應用場合，自動調整、設定相應的運行模式，以滿足不同的需求。九洲電氣的JZE-MC-V系列智能監控系統就是一種智能化管理的監控系統。管理人員可以通過參數設置，設置電源模塊的工作狀態、充電狀態轉換條件、輪休狀態、輪休延時時間等，真正的實現電源的智能化管理。既增加了系統的靈活性又節約了能源。

    5 結束語

    電力用高頻開關電源智能控制節能技術的應用，解決了高頻開關電源在實際使用中效率低、浪費能源的現狀，平均約提升10％的工作效率點，降低企業運營成本，提高了企業的競爭力。該技術科學先進可實施性強、可靠性高、投資成本低、效果顯著，適合在直流電源系統中推廣應用。在履行企業節能減排的社會責任中，節約大量的電費開支，為企業和社會創造巨大經濟效益。