电源技术发展论文范文

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篇1

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。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。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998

篇2

一、通信电源的发展现状

（一）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。

（二）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。

（三）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。

二、通信电源发展趋势

（一）开关器件的发展趋势

电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。

（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：

体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。

（三）通信用蓄电池技术研究的新进展

通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

1．钒电池（Vanadium Redox Battery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。

2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.

3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.

4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

参考文献：

[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.

[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.

[3]《通信直流电源发展趋势》.

[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.

[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.

[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.

[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.

[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.

[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.

[10]《全球通信电源技术发展呈现五大趋势》.

篇3

    一、通信电源的发展现状

    (一)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。

    (二)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。

    (三)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。

    二、通信电源发展趋势

    (一)开关器件的发展趋势

    电源技术的精髓是电能变换,即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中,开关电源在电源技术中占有重要地位,从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级,开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础,促进了现代电源技术的繁荣和发展。

    (二)通信直流电源产品的技术发展市场需求发展

    在需求与技术的共同推动下,通信直流电源产品体现了如下的发展态势:

    体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构;功率变换模式也将维持现有的高频开关模式,暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。

    功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高,推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高,但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定,一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。

    更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟,以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入,通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。

    按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律,一般而言,技术的生命周期包含四个阶段:婴儿期、成长期、成熟期和衰退期,种种迹象表明,通信直流电源的核心技术,开关电源技术基本上开始步入成熟期:效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高,未来几年甚至十几年内,通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段,直至有一天,一种新的电源变换技术出现,通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展,就像开关稳压技术替代线性稳压技术,给电源带来了革命性的变化。

    (三)通信用蓄电池技术研究的新进展

    通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段,其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步,国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池,有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池,由于其材料、结构和技术上的先进性,在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。

    1.钒电池(Vanadium Redox Battery)。钒电池(VRB)是一种电解值可以流动的电池,目前正在逐步进入商用化阶段。

    2.燃料电池。燃料电池是一种化学电池,也是一种新型的发电装置,它所需的化学原料由外部供给,如氢氧燃料电池,只要外部供给氢和氧,经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用,就能产生0.9V电压的直流电能,同时产生大量的热能.

    3.电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展,通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统,大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂,人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度,这对电源设备的监控管理提出了新的需求,保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时,数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势,数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.

    4.通信电源的环保要求。环保问题,一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求,降低电源的输入谐波,不但可以改善电源对电网的负载特性,减少给电网带来严重污染的情况,还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面,是材料的可循环利用和环境的无污染,这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

    在通信电源开发、生产早期,人们主要集中研究电源的输出特性,较少考虑到电源的输入特性。例如:传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路,其输入电流呈脉冲状,导通角约为π/3,波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染,使电网波形失真,实际负荷能力降低,对于三相四线制的电网来说,还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

    参考文献:

    [1]朱雄世,《通信电源的现状与展望》.

    [2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.

    [3]《通信直流电源发展趋势》.

    [4]孙向阳、张树治,《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.

    [5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.

    [6]曾瑛,《浅谈通信电源》.

    [7]王改娥、李克民,《谈我国通信电源的发展方向》.

    [8]王改娥、李克民,《我国通信电源的发展回顾与展望》.

    [9]侯福平,《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.

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中图分类号：TN865 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0001-0

一、概述

随着我国通信产业的飞速发展，通信产业的竞争也日益激烈。在激烈的竞争下，通信行业技术标准也不断提高，其中通信电源号称是通信系统的“心脏”，对通信系统的稳定可靠工作起决定性作用。通信系统的电源技术也经历了较快的发展，从过去的相控整流器发展到高频开关整流器，从小功率密度供电方式发展到大密度功率供电方式，从机房有人值守发展到无人值守，这些通信电源技术的发展都代表了当今通信电源技术向着更加先进的技术方向发展。

本论文主要结合先进通信电源技术的发展现状，对先进通信电源技术的应用做深入的分析探讨，以期从中能够找到合理有效的先进通信电源技术的应用模式和方式，并以此和广大同行分享。

二、通信电源技术的发展应用概况

随着通信技术的发展和对通信电源要求的不断提高，通信电源技术也得到了不断的发展及应用。一方面，通信电源功率容量不断扩大，从最初的单机容量12.5A、20A扩大到200A、400A；另一方面，过去传统的通信电源所需的直流电压，大多是经过直流-直流(DC/DC)变换器转化过来的直流电压，DC/DC变换器模块一般都直接安装在电源控制主板上，因此对于电源的控制十分方便，而且也能够满足通信电源对于高功率密度的需求。但是随着通信技术，尤其是分布式通信网络格局的发展应用，通信设备逐渐呈现出分布式应用，这对于通信电源也就提出了分布式供电的要求，因此过去传统的直接采用DC/DC变换器模块得到的直流电压不再适用于现如今的通信电源，必须采取分布式供电。由于采取了分布式供电之后，通信电源所需要的电源功率密度相对较小，这样就很方便的能够实现单模块电源的高频化。直流电源频率的提高不仅有利于满足通信设备对电源功率密度的需求，而且还能够满足小模块电源的体积便携性要求。

目前通信电源技术发展的另一个主要方面就是通信电源模块呈现出了一定的通用性和智能性，这主要表现在以下两个方面：

(一) 通信电源的通用性

由于通信电源设备的种类越来越多，通信电源的生产厂家也很多，不同的厂家可能使用不同的协议和接口，这就导致了不同厂家的电源设备相互之间无法兼容，一旦通信设备电源发生故障，只能依赖原厂家的技术支持，这大大增加了通信电源设备的后期维护成本。因此，随着通信电源技术的发展，目前很多通信电源都出现了一系列的标准接口，这些接口大大提高了不同电源厂家之间的协议的兼容性，以及不同通信电源设备之间的兼容性，使得通信电源不再只是专用性，而是具有了一定的通用性。另一方面，通信电源上的较多接口，不仅仅实现了不同厂家的电源设备之间的兼容，更重要的是，对于不同的通信设备而言，能够灵活的借助于通用性接口实现应用不同的电源设备，从而大大提高了通信电源设备的灵活性。

(二)通信电源的智能性

通信电源的发展与应用，不仅仅体现在依赖于一系列接口提高了通信电源设备的兼容性和通用性，更重要的是，随着智能化技术的发展和应用，通信电源设备也出现了一定程度的智能化，比如，电源设备对通信设备的自动适配；电源设备故障的智能诊断；通信电源能够智能的监控自身工作状态，等等，这一系列智能化功能的实现，通过对自身工作电压、工作电流的实时监测，能够实时掌握通信电源设备的工作状态，使得通信电源的工作稳定性、可靠性大大提高，即使电源设备出现故障，也能够依靠自身具备的故障诊断系统给出相应的故障码，从而提高了电源后期维修维护的效率，实现了对通信电源的智能化管理应用。

通信电源技术的广泛应用，一方面有效的提高了通信系统工作的稳定性及可靠性，同时由于通信系统规模的不断扩大，也反过来进一步促进了通信电源技术的飞速发展与应用。

三、先进通信电源技术的发展应用探讨

（一）先进通信电源技术的应用

随着我国电力电子技术的进步发展和应用，我国通信电源技术也得到了长足的发展，一些先进电源技术的普及应用，在很大程度上对于促进我国通信设备及通信事业的发展起到了积极作用。目前得到主要研究与发展应用的先进通信电源技术主要集中在以下几个方面：

1．高频开关电源技术。通信设备需要直流电源，过去传统的方法是利用变压器和整流器实现对通信设备的直流供电，这种供电方式电压不稳，而且电压中夹杂较多的噪声干扰，对于通信设备的长期稳定可靠工作是不利的，因此交流-直流变换、直流-直流变换逐渐得到了广泛研究与应用。近几年，随着开关电源的技术成熟应用，为通信电源实现开关直流电源供电提供了新的模式，而开关电源的开关频率对于通信电源而言是非常重要的一项指标参数，其直接影响着通信电源的功率密度和容量，因此想方设法提高开关电源的频率成为了通信电源研究的主要技术难题。高频开关电源借助于高频、甚至是超高频的开关频率实现对直流电源的“交流”式供电，开关频率越高，电源的功率密度越大，在同等载荷条件下可带负载等级就越高，而且开关频率越高，对于减小通信电源的体积越有利，因此，目前高频开关电源技术在通信电源领域中得到了广泛的研究与应用。

2．无人值守智能技术。无人值守技术是针对通信电源的管理需求，近几年才发展起来的一种先进电源管理技术。要实现无人值守，就必须从两个方面入手研究和应用，下面分别分析：

（1）不间断供电技术。不间断供电就是指能够连续供电，即使在电力系统发生故障的情况下依然能够实现供电，这就需要后备电池组的支持，以及目前广泛应用的UPS电源技术的支持。UPS电源相当于一个可移动的电源箱，能够在通信设备电力系统发生故障的时候自动切换到UPS电源供电，从而保证了通信电源系统的正常工作。

（2）智能监测技术。要实现无人值守，还必须能够实现对通信电源工作状态的实时监测，将电源工作中的相关性能参数，技术指标都监测并实时显示，出现异常情况能够自动报警及进行简单的处理，从而实现通信电源机房的无人值守，大大提高了通信电源管理的效率和智能化。

（二）通信电源技术的发展趋势

随着电力电子技术的发展，以及单片机技术的应用，电源技术得到了更加广泛的应用；由于通信系统、通信设备的不断发展与需求的不断提高，通信电源技术的发展也必将逐渐呈现出高技术要求的发展态势，纵观全球，通信电源技术发展呈现以下几大趋势：

1．高效率，高功率密度，宽的使用环境温度。随着通信机房设备的升级，功率越来越大，机房温度越来越高，因此必然要求通信电源能够在比较高的温度下正常工作，这就要求通信电源具备宽泛的工作温度范围；同时通信设备的功率越来越大，这也要求在保证一定体积的前提下，通信电源的功率、效率应该得到保证，应该具有较高的效率和较高的功率密度，才能够满足通信设备的需求。

2．网络化智能化的监控管理。随着通信电源的要求越来越高，需要对通信电源实时状态监测与管理，依赖于其自身的监测已无法满足对通信电源的管理需求，通信电源的发展呈现出众多的智能化接口管理模式，依赖智能化接口实现对通信电源的网络化智能化的实时监控。通过对电源的监控管理，也就实现了对通信设备的智能化监控管理。

3．全数字化控制。通信电源的发展已经逐渐摆脱了模拟化控制的发展模式，逐渐呈现出数字化、甚至是全数字化的控制模式，依赖数字化的控制模式，能够有效的降低电源的设计制造成本，提高电源工作的稳定性和可靠性，以及便于实现对通信电源的智能化数字化的管理。

4．安全与环保。通信电源发展的永恒指标之一就是安全，不够安全的电源，即使技术再先进也难以得到广泛应用；另一方面，随着电源对环境污染的加剧，近年来逐渐出现了绿色环保电源，主旨是降低电源对环境污染的危害，因此通信电源的发展趋势之一也必然是实现绿色环保式的通信电源。

四、结语

通信电源在整个通信行业中所占比例虽然不大，但它是整个通信网络的关键基础设施，是通信网络上一个完整而又不可替代的独立专业。随着电信技术的飞速发展，电信网络结构日益复杂，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，例如：节能、节电、节材、缩体、减重、环保、可靠、安全等，这就迫使电源工作者应朝着高效率节能、网络化管理、全数字化控制、低电流谐波处理技术(绿色电源)的方向研发拓展和不断探索，并利用各种相关技术制造出合格电源产品，以满足现代通信网的技术需求。

参考文献

[1] 秦棣样.通信电源中几个问题的探讨[J].通信电源技术，2001，（2）.

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分布式发电主要包括热电联产、用户侧太阳能光伏发电、燃料电池、农村小水电、小型独立电站、废弃生物质发电、煤矸石发电，以及余热、余气、余压发电等。热电联产受供热范围限制，一般要按照热用户的位置分散布点；离网的分散电源点受人口密度限制，布点也是分散的；各种废弃物资源数量有限，受能量密度限制，也需要分散利用。以上条件决定了分布式发电有其存在的必要性，也决定了分布式发电的独特优势。

燃天然气 冷热电联供分布式能源系统项目具有节约能源、改善环境、提高供能质量、增加电力供应，应对突发事件等综合效益，是城市治理大气污染、调整燃料结构和提高能源综合利用率的必要手段之一，是提高人民生活质量、全面建设小康社会的公益性基础设施，是建设节约型社会的重要措施，符合国家可持续发展战略、节能中长期专项规划和中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）。

分布式能源发展

中国电机工程学会热电专业委员会1999年的济南年会、2000年的宁波年会、2001年的重庆年会和2002年昆明年会中均有一些学术论文积极宣传、推广小型全能量系统，实现小型热、电、冷联产。2002年9月份热电专委会还专门在南京召开“天然气在热电联产应用专题研讨会”。2003年海口年会论文集，2003年12月又在上海召开分布式能源热电冷联产研讨会，出版论文集并提出“关于发展分布式能源热电冷联产的建议”。2004年10月在北京与国际分布式能源联盟共同主办了“第五届国际热电联产分布式能源联盟年会”。

分布式能源发电是以“效益规模”为法则的第二代能源系统，它是工业文明时期以“规模效益”为法则的第一代能源系统的发展与补充，特别是以天然气为燃料的分布式发电，实行热电冷联产，可以大幅度提高能源转换效率与减少能源输送损失。针对我国天然气供应不足，天然气对于发电来说，重点要转到分布式发电系统，而不宜多用于大型燃气蒸汽联合循环发电。随着我国天然气在能源利用中比重的不断增加和天然气管网的建设，以及规划了不少的引进LNG项目，还有风能、太阳能、生物能源发电的兴起，使容量在数千瓦到5万千瓦的分散在重要用户附近，向一定区域供应电力、热力和冷源的分布式供电系统也逐渐的增加。

一批燃气－蒸汽，热、电、冷联产的机组开始在上海、北京、广州等大城市出现。到2004年，在上海已建成8项6528kw，连同计划建设的共13项16808kw；北京市已建3项5467kw，连同拟建的共14项66285kw，还有广州2项1847kw，连同拟建共11项67257kw等等。上海市、北京市还组织力量制订了“上海市燃气空调、分布式燃气热电联产系统发展规划”及编制了“建筑物分布式供能系统的可行性研究报告” 、“分布式能源系统工程技术规程”。北京市也组织起草相关文件，组织对分布式发电接入电力系统的技术规定的研究，编制了《北京市燃气冷热电联供分布式能源系统技术要点》（讨论稿），为分布式供电系统顺利健康发展准备条件。据不完全统计目前我国分布式能源装机总容量已近 500万千瓦。

分布式能源总的情况

序号

地区

已投产的工程

将投产的工程合计

1

上海市

8项工程总计6528KW

共13项工程

总计10624KW

2

北京市

3项工程总计5467KW

共14项工程总计51282KW

3

广东省

2项工程共计1847KW，另有柴油内燃机改造216万KW

共15项工程总计90877kw另有柴油机内燃机改造216万KW

4

其他省、市、区

胜利油田胜动机械集团生产的燃气内燃机已销往全国29

个省市的煤气，瓦斯气、焦化尾气、沼气、炭黑气、油田页岩气、酒精气等发电市场已投产的共152万KW

该厂在建的分布式电源尚有12.5万KW合计将有164.5万KW

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本论文经过了大量的理论与实际分析，得出如下结论：陕西地区路面融雪温度控制在2-3℃时，铺筑功率控制在300W/m2上下，可以达到最佳效果。

1 研究意义

我国公路事业正在蓬勃发展，而我国大部分地区冬季气温会降到0°以下，这样就会使路面上容易产生积雪结冰现象。据研究表明，路面在干燥时附着系数为0.6左右，而路面有积雪时附着系数只有0.2左右，结冰时则更低。汽车在路面上行驶必须保证路面有着足够的附着系数，否则很容易发生危险。

2 发热电缆的性能介绍

发热电缆，顾名思义就是通过连通电源能够产生热量的一种设备。将这种设备铺设在路面结构内部，当路面有积雪或者结冰的时候接通电源，便可以发热来融雪除冰。本实验采用的发热电缆规格介绍如下：

①功率为37瓦/米。

②外表面包裹物为pvc护套。

③中间层为铁皮。

④最里层的线分别是：零线与火线各1根（有白色绝缘层保护），发热丝若干（白色金属丝），具体见图1。

■

图1 实验中所用发热电缆

3 水泥混凝土路面板块设计

3.1 结构设计

结构如表1：

表1 本实验水泥混凝土板块结构数据

■

3.2 铺筑功率设计

通过变压器对功率进行调节，实现多种方案的对比

3.3 施工图（图2）

3.4 温度测定

采用ZDR-41型温度传感器测量，将探头埋在上面层与下面层之间，具体如下图：

■

图3 温度传感器埋设方案

4 实验及计算

4.1 实验测得的数据

表2 水泥混凝土板在不同功率不同气温条件下达到

稳定温度场需要的时间（小时）

■

表3 水泥路面不同功率不同气温完全融化10mm的

冰所需要的时间（小时）

■

4.2 假设模型

可以把发热电缆融雪除冰系统简化成图4的计算模型。

■

表4给出了不同温度，不同下雪等级条件下，下雪过程中将雪及时升温并融化所需的功率。在实际计算中，可将该功率与气象条件及道路上表面温度等进行耦合，折算在表面综合换热系数中，具体的方法通过有限元分析得出。

表4 不同气温下雪升温及融化所需的功率P（W/m2）

■

5 结论

5.1 通过相关具体的实验，可以得出融雪效果在路面温度达到2-3℃时为最佳。

5.2 与传统的融雪除冰方法相比较，采用发热电缆来融雪除冰，具有如下的优点：方便操作，对温度的控制比较容易，在低温情况下也可以使用，可以有效的解决融雪剂带来的负面效应。

5.3 该实验采用的融雪除冰的发热功率为277.1 W/m2，在我国北方地区进行了相关的实验，结果显示，可以达到预期的融雪除冰效果。

5.4 本方法在一些特殊段，如桥梁，隧道进出口处使用，可以有效减少交通事故，保证冬季行车的安全。

参考文献：

[1]傅沛兴.北京道路冬季融雪问题研究.市政技术.2001（4）：54-

59.

[2]高一平.利用太阳能的路面融雪系统.国外公路.1999，17（4）.

[3]田晋跃.国外道路除雪机械技术发展概况.专用汽车.2001（4）：

43-44.

[4]刘宇娜，常洪林等.谈新型融雪剂.纯碱工业.2004（1）：24-25.

篇7

作者简介：王晓刚（1976-），男，吉林长春人，广州大学机械与电气工程学院，副教授；王清（1963-），女，黑龙江哈尔滨人，广州大学机械与电气工程学院自动化系主任，副教授。（广东 广州 510006）

基金项目：本文系广州大学“专业综合改革试点”项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0077-02

2010年教育部提出实行“卓越工程师教育培养计划”，其主要目标是培养一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量工程技术人才，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。[1]在此背景下，必须对现有的课堂教学模式进行改革。本文在广州大学“专业综合改革试点”项目的资助下，以“电力电子技术”课程为对象，对课堂教学方法进行了改革，应用案例教学法，改善了教学效果，使学生的知识、能力和素质满足社会的要求。

一、“电力电子技术”课堂教学现状

“电力电子技术”是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课，也是“运动控制系统”的先修课程，在专业培养中占据十分重要的位置。但从国内各高等院校的现状来看，课堂教学存在着较大的不足，主要表现为：

1.教学内容陈旧

电力电子技术的发展日新月异，许多新型电路、控制方法和应用在教材中并未提及，造成学生学与用脱节，该问题在毕业设计中表现得比较突出。

2.教学方法落后

传统的教师教和学生学的授课方式仍大行其道，课堂氛围沉闷，教师与学生、学生与学生之间缺乏交流与互动，学生学习的主动性不高，许多学生将学习目标降低为通过考试获得学分，这与卓越计划中“强化培养学生的工程能力和创新能力”的培养特点相背离。

3.教学手段单一

目前大多数院校已经采用多媒体教学，有的还利用各种仿真软件演示电路的波形。但多媒体的利用并不充分，基本上还是教师演示给学生看，效果必然要大打折扣。

针对目前课堂教学中存在的问题，各学校的相关教师或教学团队纷纷尝试教学改革。三峡大学开发了电力电子电路flash动态演示课件，直观生动地再现了电路的动态特性；[2]重庆科技学院采用工程案例教学法，通过实际案例使学生将平时分散学习的知识综合起来，形成解决实际问题的应用过程，让学生知道学有所用，体会到解决实际问题的成就感；[3]合肥工业大学采用从果到因的逆向思维教学法，培养学生思考问题的能力和创新意识；[4]北京科技大学提出了在CDIO工程教育模式下的“电力电子技术”课程教学改革方法。[5]上述“电力电子技术”教学改革为广州大学该课程的改革提供了参考和借鉴。

二、案例教学法的可行性

案例教学法是一种先进的教学方式，教师根据工程生产实际给出若干案例，学生分成若干研究小组，在教师地引导下组织文献查阅、研究和讨论，在规定时间内完成案例的设计后，通过报告的形式汇报研究成果，汇报完成后由教师和学生共同进行对相关问题的讨论。在这种教学方式下，学生由被动的接受者转变为知识的发掘者，实现教师与学生、学生与学生间的互动。与传统教学方式相比，案例教学法的优势十分突出，大大改善了教学效果，因此已经在我国高校的课堂教学中得到应用。[6，7]

电力电子技术在工业生产和国民生活中应用广泛，同时也综合了电子技术、电路、自动控制等多个学科，因此具有很强的工程性和综合性。同时，“电力电子技术”强调理论联系实际，因此必须重视实践性教学。

在“电力电子技术”的教学中引入案例教学法，对于达到课程的实践性和综合性要求，调动学生学习的自觉性和主动性，提高学生自学能力和实践能力，改善教学效果，大有裨益。

三、案例教学法的实施过程

新型教学法的实施步骤为：

1.提出课题（案例）

将全班学生分为5个课题小组，小组可由教师划定，学生也可以自由组合。根据“电力电子技术”教学大纲和教学目标要求，选取实践性较强的5个案例，分配给5个课题小组，每个小组负责1个课题，课题的选择由各组自行协商。由于学生刚刚接触“电力电子技术”，因此教师在选择案例时需注意案例的难度，案例不能过于简单，需具有挑战性，但也不能难度过大，占用学生过多的时间，甚至令学生失去兴趣。经过实践，笔者给出的第一批5个案例为：级联式晶闸管整流器的设计、高功率因数PWM整流器的设计、SPWM逆变电源的设计、矩形波交流电源的设计、高频高压脉冲电源的设计。当然，案例的选择并不是一成不变的，为了防止部分学生向上一届学生索要案例设计结果，同时考虑到电力电子技术发展迅速，每一届教学中都将对案例进行修改或更换。

2.研究学习

各课题小组根据案例的要求，进行分工合作，首先要充分理解教材，判断案例涉及教材中的哪部分章节的内容，深入阅读教材，然后根据教师提供的文献资料及学习方法，通过图书馆、期刊网等文献检索工具的帮助，查阅相关文献，对课题进行拓展学习。由于课题涉及的电路、自动控制等方面的理论较多，需要学生阅读较多的文献。小组成员之间需要经常沟通和讨论，并进行材料的整合并为报告做准备。

3.仿真研究

由于学时以及实验条件所限，学生无法对每个设计出的电路进行实验研究，为了检验设计结果的正确性，可采用仿真验证的方法。目前，有多种仿真软件可以仿真电力电子电路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。这两种软件已被许多教师用于课堂教学中，但学生动手使用的并不多，实际上，这两种软件易学易用，学生无需在学习软件的使用方法上花费太多的时间。在案例设计过程中，学生可以随时用设计的仿真程序验证设计的正确性；设计完成后，要给出不同拓扑结构、不同控制策略、不同电路参数和控制参数下的主要波形，并由此确定最佳拓扑和参数。在第二和第三阶段，学生可通过网络课程平台与教师交流。

4.报告讨论

报告和讨论是案例教学法的重要环节，一般安排在课程结尾阶段进行。由于学时的限制，为每个案例分配的时间为20分钟～30分钟。课题组推举一位报告人，报告人应在报告前做好PowerPoint讲稿，报告时用5分钟的时间介绍案例的要求和设计结果。余下时间由全体学生讨论设计的合理性，学生也可以提出各种问题，由报告人进行解答，报告人解答不了的，由该课题组的其他成员解答。教师在此过程中应对讨论的深度和广度加以把握，最后对案例设计的结果进行点评，并记录学生在报告和讨论过程中的表现，作为考核的依据。

5.撰写小论文

通过一个学期的学习与实践，每个学生提交一份与案例相关的研究性小论文，教师应要求每个课题组内各成员间的小论文内容有区别，即应侧重于自己所研究的那一部分。

6.期末考核

期末考核的成绩由三部分组成：报告和讨论过程中的表现以及小论文的质量。为了保证考核的公平性，教师在布置任务时要为课题组的每个成员分配不同的工作。以“SPWM逆变电源的设计”为例，可将案例拆分为若干子课题，如：单相逆变电源的设计、三相逆变电源的设计、常规SPWM调制方法研究、梯形波SPWM调制方法研究、鞍形波SPWM调制方法研究等几个子课题。在小组成员较多的情况下，可令其中一部分同学用Matlab/Simulink仿真，其余同学用PSIM仿真，这样不仅使每个学生都有相互独立的任务，还可将不同仿真软件得到的结果进行相互验证。

四、案例举例

本节以“矩形波交流电源的设计”为例来说明案例的实施效果。

教师给出的案例为：矩形波交流电源在原油脱水等工业现场的应用较为广泛。本案例中矩形波电源的设计指标为：输入为三相380V/50Hz交流电；输出为单相矩形波，幅值5kV～20kV可调，频率0.1kHz～20kHz连续可调。要求学生设计出系统框图、主电路、驱动控制电路，并对原理进行仿真，给出仿真波形。

经过研究、讨论以及教师指导，学生给出了详细的设计方案。其中系统框图如图1所示。

此外，学生画出了主电路，并选择IGBT作为降压变换器和全桥逆变电路的开关器件，选择SG3525作为控制芯片，选择EXB841作为驱动芯片，画出了控制和驱动电路。

学生的设计方案得到教师的肯定。但是在仿真中，学生遇到困难，不知如何调节输出矩形波的幅值，这是因为教材中电路原理讲得较多，而与控制有关的内容有限。学生在网络课程平台的论坛提出这一问题后，教师及时给出了建议，即将采样得到的矩形波幅值除以变压器变比后得到全桥逆变器输出电压的幅值，此幅值与降压变换器的输出相同，与给定电压比较后得到误差，再用PI调节器产生占空比信号。学生获得建议后并经过小组的进一步讨论，最终得出了仿真结果。

此案例将电力电子技术教材中不同章节的内容，以及自动控制技术的内容联系起来，学生在完成此案例后，对电力电子技术的原理和应用有了更深入地了解和体会。

五、结论

与传统教学方式相比，案例教学法在提高学生工程实践能力、调动学生学习主动性、培养团队精神等方面具有较大优势。一个学期的实践表明，这种方法的教学效果明显优于传统教学法，与“卓越工程师教育培养计划”的理念相符合，值得进一步研究和推广。当然，这种方法也存在着一定的不足，如对教师和学生的要求较高，部分学生积极性不高，教学法的实施与有限的学时存在矛盾等，笔者将这些问题的解决方法在今后的实践中进行更深入的探索。

参考文献：

[1]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011，（6）：5-15.

[2]孙坚，王强.数字环境下“电力电子技术”教学方式的改进[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：115-116.

[3]飞，李正中，邬红，等.工程案例在“电力电子技术”课堂教学中的应用探讨[J].中国电力教育，2011，（25）：101-102.

[4]杜少武，张毅，黄海宏，等.电力电子技术课程的逆向思维教学法研究[J].电气电子教学学报，2007，29（4）：94-97.

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一、工学结合教学模式是高职教育改革的必然趋势

教高［2006］14号文件《关于实施国家示范性高等院校建设计划、加快高等职业院校改革与发展意见》明确指出，高职教育要坚持以“服务为宗旨，以就业为导向，走产学研结合的发展道路”的办学方针。工学结合、校企合作可以充分利用学校、企业和研究机构的教育资源和教育环境，以培养适合行业、企业需要的应用型人才为目的的教育模式，把以课堂传授知识为主的教学环境与直接获得实际经验和能力为主的生产现场环境有机结合起来。实践和推广工学结合、校企合作的教学的新模式，集中体现出以社会需求为导向、以专业特色求发展、以教学质量为基础的高职教育特色。

通信电源是移动通信设施的“心脏”，对通信事业发展起着举足轻重的作用。随着通信事业发展，移动通信已进入千家万户。联通、移动等通信行业企业新增建设了大量基站，目前通信基站大量使用了小容量的开关电源、小容量的蓄电池以及小容量的UPS等设备，而电源系统的维护在安全保障、可靠性等方面的有着相当严格的要求与规范，一旦通信电源发生故障而停止供电，必将导致通信中断。因此各大通信运营商对通信电源越来越重视，对高技能、高质量、高素质的电源专业人才有迫切需求。通信电源专业培养的学生有很多毕业后从事基站代维的工作，但基站电源的维护是一个将所学专业知识进行综合运用的过程，既需要有较扎实的理论知识，又要有很强的动手操作能力。然而，现实情况是，有些学生就业后一开始工作显得无所适从，上不了手，而很多通信运行企业难以招到合适的人才。

产生这一矛盾的原因，主要是我们的教育与企业实际仍然脱节，学院专业教学的就业针对性不强，学生实践能力和就业能力较弱。由于学校不甚了解社会对职业岗位的要求，专业知识教学与日新月异的通信新技术的发展不相适应，难于解决实训实施设备，缺乏职业技能培训手段，行业企业在职业教育尤其是职前教育中参与力度欠缺，校企结合紧密程度不足。因此，工学结合教学模式是高职教育改革的必然趋势

二、工学结合教学模式的主要实践内容

发展学校和行业、企业之间的多种形式的合作，逐步做到专业培养过程中每一个环节和通信企业电源专业技术需求紧密衔接。这样既有利于实训教学和学生就业，更重要的是能及时得到企业的反馈，促进办学、提高教育质量。工学结合教学新模式，可以从以下几方面内容实践：

（一）因时制宜开展课堂教学，与时俱进设置专业课程

教材的编制和选用既要注重理论性，更要注重实践性的分析，每年都要坚持修订和充实教材内容，增添新的课程，提升专业教学内涵，使学生的专业知识更广。学院实训基地目前已配有空调实训室、电力实训室（包括高低配、开关电源、UPS、交流配电瓶、通信用蓄电池等）、监控实训室和油机实训室。教学内容方面新增加了基站电源维护、概预算、工程设计、专业英语、CAD等课程以及交流电等电工专业课程，拓宽了学生的专业知识。有的放矢开展项目式的课程设计，在课程设计中，结合实际的工程案例，让学生了解实际的开发工程，了解市场信息及掌握专业发展动态，从而使学生真正做到学以致用。

（二）加强学校实训基地建设，不断完善和更新实训基地设备设施

实训基地的设备设施与通信行业企业相配套，随着通信电源技术发展而不断更新，保持设施和设备的先进性，不断改善学校实训实习的环境。学生进入实训基地就像置身与企业工作现场，使整个教学过程完全贴近企业生产第一线，贴近社会实际。加强学生通信电源基本技能训练，传输设备相关技能训练，交换、软交换设备相关技能训练，基站、天馈设备相关技能训练，宽带、数据设备相关技能训练，相关仪表仪器测量专业技能训练。通过各种基本技能的实训，使学生具有扎实的专业功底，以适应今后社会通信事业发展的需要。

（三）着力提高教师素质

专业教师不但要在专业知识更新和理论上不断进修充电，而且学院还要利用寒、暑假安排专业课教师到通信企业以普通员工身份顶岗实习，每年不少于一个半月，通过教师实习，与企业加深接触，体验市场和企业的实际需求，从而对我们学生的培养及适岗培训课程设置有深刻的体会。同时，安排教师参加各种新技术培训，了解和掌握通信领域前沿科技发展脉搏，了解企业所需，收集各种案例，用于教学。

（四）加强产学研结合的实践教学

遵循以学生就业、服务信息产业的宗旨，学院与有关企业紧密合作，建设通信职业技能鉴定站、通信行业企业通信电源培训基地，同时积极推动各大运营商在院校电源培训基地的组建。建立和健全师资库，聘请通信行业专家和企业生产技术骨干来院授课，使通信电源教学更贴近实际。学院每年利用暑假组织和安排通信电源专业教师到对口企业实习，从而掌握了大量第一手资料，增强了教学的针对性和前瞻性。还邀请浙江卧龙灯塔电源有限公司工程师讲授蓄电池活化方面的内容，学生学到书本上学不到的知识。

（五）推进“任务驱动”教学法，推广案例教学

鼓励学生自发组建项目小组，根据各项目小组的特长，承接相应的项目设计、施工、在指导老师的辅助下，完成从设计到施工的整个过程。让学生带着来源于企业的“任务”展开教学活动，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”，从而得到清晰的思路和熟练的方法，解决问题，得出结论。同时积极鼓励和引导学生参加电力机务员高级工考试和电工证考试，获得各种技能。加强对校外实习学生的走访，深入企业调研，合理分析培养目标岗位群体和要求。教学方法主要有：

1．工学交替教学法 及时开发与企业同步的实训实践项目，创造真实的企业环境和工作情境，通过移动等通信运营商，建立通信电源实训基地和校外实习合作伙伴等措施，使得通信电源课程更加完善，设备更新速度与企业同步，企业锻炼机会增多。

2．案例教学法 在社会越来越重视创新性、应用型人才的背景下，利用行业背景收集大量真实企业案例，经过课程组教师精心设计，开设案例讨论课，提高学生分析问题和解决问题的能力，加深对课程的理解，有利于理论知识与实际经验结合和转化。

3．体验式教学法 利用行业背景和校企之间的良好合作，在大量的企业培训课程中使其与学校教学有机融合，使学生接受企业文化熏陶、获得一线一手培训内容，同时让企业员工更多了解学生，增强社会影响力。

4．互动式教学法 倡导教师与学生之间进行平等的对话和讨论。教师和学生通过实训实习获得的感受和体会相互交流，取长补短，达成共识，共同提高。不同的教学内容和教师所采取的互动式教学方法的具体形式可以有所不同。

三、工学结合教学模式的理论意义及应用价值

工学结合的教学设计不同于以往一般的课堂授课——实验室实验——企业实习模式，是高职教育一种新的教学改革思路。新教学模式强调四性：即增强专业设置的针对性、增强课程内容的实用性、增强教学过程的实践性、增强学校和企业的伙伴合作性。以学生获得知识技能为切入点，联合企业专家遴选出本课程所对应的岗位典型工作任务，结合校内外实训实习基地的条件，以学生认知和技能的获取为依据进行。在综合机务员技能鉴定大纲的指导下，通过设计典型工作任务，创造虚拟的企业环境和工作情境，灵活施行“校内——校外——校内——校外”的教学方式，结合企业实时动态，形成立体化教学内容。建立校外通信能源实训基地，提高实验实训课比例，设备更新与企业同步，学生到企业锻炼机会增多，增加实践经验、加强实践和理论的反复验证。开发实验实践项目，培养特色鲜明的学生。通过完善电源实训中心功能，包含系统维护功能，系统分析、系统设计、工程施工等实践功能，增加学生的动手实践感知能力，提升了其可持续发展的能力，较好解决了通信电源专业培养生员紧贴社会和企业需求，对社会、企业、学院、学生是多赢的教学改革成果。

通信电源专业是浙江邮电职业技术学院在1958年建校之初创办的专业，是学院乃至全国的重点基础专业。学院2004年升格为高职院校以后，通信电源专业成为学院首批重点专业之一。学院除了每年向社会输送通信电源高职学生90人左右，还承担大量的浙江省移动、电信等各大通信运营商及代维公司电力机务人员的培训、鉴定、竞赛等任务。近年来，学院紧贴社会和企业需求，围绕工学结合的教学模式，探索教学改革，取得了显著效果。

（一）创造了真实的企业情境，设计全面的实践项目，把以课堂为主传授知识的教学环境与直接获得实际经验和能力为主的生产现场环境有机结合起来，极大的提高学生的实践动手能力，有利于培养适合行业、企业需要的应用型人才。

（二）积极开展校企合作，在双赢、互利基础上为通信企业搭建培训平台。基地为学校提供了科研项目、签“订单”培养学生，提供教学实习等，学校为基地提供培训业务，开展科研，输送优秀毕业生等，以此促使教学、科研全面提升，带动招生、就业良性循环。由于企业培训与日常教学有机融合，推行体验式的企业案例教学，开设案例讨论课，感受企业文化，加深课程理解，有利于理论经验向实际经验的转化。

（三）以工学结合为切入点，采用工学交替教学模式，增强学生学习目的性、能动性，进一步培养其实践技能和职业能力，及早自我规划职业生涯，有利于学生实践能力的锤炼、实践经验的积累，以及创新精神的培养，最终培养出真正符合社会需要的高素质技能型人才。

近三年来，有效的教学手段和完善的教学实践环境大大促进了课程的建设。其中，通信电源课程荣获浙江省“精品课程”，用人单位对本专业学生的综合职业能力的认可度大幅提升，通信电源专业毕业生一次就业率达到95%以上，真正实现了学生、社会、学校多方共赢的良好局面。

参考文献：

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中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.12.204

随着社会信息化程度的提高，网络已成为人们生产和生活中必不可少的信息载体，尤其是随着移动互联网技术的飞速发展，需要快速实现宽带网络组网，以满足高速的视频、语音、数据等信息传输与服务要求。目前人们常见的宽带接入方式有ADSL、光纤、有线电视线路等，随着科技的迅速发展，电力线通信已经成为一种新型宽带接入技术，具有良好的发展前景。

1.电力线通信技术发展现状。

电力线通信技术（Power Line Communication）简称PLC技术。这种技术可以利用现有的电力网，高速传输视频、语音和数据等多媒体业务信息，并传送到计算机等通信设备。

根据PLC技术的应用领域划分，可应用于高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）和低压配电网（10kV以下），甚至适用于家庭低压配电网的应用。

在不同的应用领域，PLC有不同的技术标准，规范和设计要求。目前关于电力线通信的标准主要有三家，分别是家庭插电联盟（HomePlug Association，HPA），代表性厂家是Intellon；通用电力线联盟（Universal Powerline Association，UPA），代表性厂家是DS2，以及消费电子电力线通信联盟（CE-Powerline Communication Alliance，CEPCA），代表性厂家是panasonic。这三家标准已广泛应用于欧洲，北美以及亚洲的部分发达国家。

PLC技术的发展已经经历了较长的时间，通过对电力线环境通信技术的不断实践和优化，使得数据传输速率不断提高，经历了由14Mbps，85Mbps、200Mbps，以及后续更高的700Mbps和1Gbps。抗干扰能力不断增强，稳定性得到了很大的提高。IEEE/P1901以及HomePlug等新标准的制定以及广泛的实地试验，打消了人们对电力线组网可行性的顾虑。使得PLC网络具有强大的市场竞争力和广泛的发展前景。

2.电力线通信组网方式。

电力线通信组网由接入设备、传输线路和终端适配器组成，在发送时利用GMSK（高斯滤波最小频移键控）或OFDM（正交频分多路复用）调制技术将用户数据进行调制，把载有高频信息的高频加载于电流，然后再电力线上传输，在接收端先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通信信号，并传送到计算机或电话，实现信息传递。

PLC接入设备分局段设备和用户端PLC调制解调器。局段负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络连接。在通信时来自用户的数据进入调制解调器后，通过用户配电线路传输到局端设备，局端设备将信号解调出来，再转到外部的Internet。

PLC传输线路利用现有的电线网络，不需重新布线，是一种“NoNewWires”技术，在现有低压配电线路上实现数据、语音、和视频业务的承载。

PLC适配器可以将电源插座变成网络连接口，具有良好的可移动性及扩展性，有插座的地方就可以接入网络。 PLC适配器接入插座后，会与用户端调制解调器实现连接，一般能够提供85M-500M的传输速度，提供200-300米的传输距离。

采用电力线通信组网方式具有如下优点：

（1）建设成本低：利用已有的配电网络作为传输线路，不需要进行额外布线，大大减少了工程投资，降低了成本。

（2）覆盖范围广：电力线是覆盖范围最广的网络，其规模是任何其它网络所无法比拟的。从城市到乡村，从办公场所到家庭，PLC都可以轻松到达，为互联网创造了极大的发展空间。

（3）高速率：PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而在4.5M～45Mbps之间，并随着技术发展在不断提高。足以支持现有网络上的各种应用。

（4）永远在线：PLC属于“即插即用”，接入电源就等于接入网络。

（5）方便快捷：不管在哪个角落，只要连接到用户端调制解调器范围内的任何电源插座上，就可立即拥有高速网络。

3 电力通信网络的应用场景

电力线通技术信早已有所应用，电力系统在中高压输电网（35千伏以上）上通过电力载波机利用较低的频率以较低速率传送远动数据或话音，就是电力线通信技术应用的主要形式之一，已经有几十年历史。目前电力通信技术应用于越来越多的相关领域之中。

目前电力系统抄表，主要依靠人工抄表方式完成，准确性和同步性难以保证，同时由于抄表地点分散，表记数量众多，所以抄表的工作量巨大，而采用基于PLC通信方式的自动抄表装置，不需要重铺设通信信道，可以快速替代人工方式，准确率和及时率能够得以保障；对于政府、企业等单位重要场所的监控和保护，现在只需利用电源线，用极低的代价更新原有监控设备即可实现实时远程监控；对于居民小区及商务楼宇的信息化建设方面，由于这些信息化系统需要不同的网络支持，给网络建设和维护带来了巨大的压力，利用电力线通信技术，无论是监控、消防、楼宇还是办公或者通信自动化都可以利用电力线路进行网络传输，便于管理和扩展；对于家庭用户来说，只需插上电源插座即可实现上网、娱乐、电视接收、打电话等。

3.结语。

对于中国市场来说，电力通信组网方式依然是一个新兴技术。但是由于其具有低成本、高速率、覆盖范围广等特点，随着通信技术的进一步完善，以及相应设备及应用的研究和开发，电力通信必将有更加广泛的发展。

参考文献

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中图分类号：N702 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0047-01

引言

我国将成为世界最大的汽车消费国，2014年汽车销量达到2349.19万辆，同比增长6.86%。汽车工业在满足人们每天生活流动性的需求上做出了巨大贡献，促进了人类社会从原生态向高速发展工业社会进程。然而，随着全球大量汽车投入应用，引发了引种的大气污染和全球变暖，据统计空气污染将有64%来自于汽车尾气的排放，人类社会在享受汽车的便利出行的同时也付出了巨大代价。在2020年左右，我国石油消费量将超过4.5亿吨，而我国能源系统效率平均低于国际先进水平10%，但是我国60%石油消费量依赖于进口，要是仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业，将会使我国为此付出巨大代价和对环境保护也会造成巨大的压力。在这种严峻的形势下，发展电动汽车是我国汽车工业的发展必然趋势。

1 电动汽车驱动电机控制系统

电动汽车是通过驱动电机将电能转换成机械能的装置，主要由电力驱动子系统、能源子系统、辅助子系统、电源及控制面板组成，其结构简图如图1所示。控制面板作为信号的输入端。能源子系统为电机正常运行提供能源。辅助子系统主要给电动汽车提供动力转向以及车内温度的控制等作用。电力驱动子系统是整个系统运行的智能核心，它由主控制器、全桥功率驱动电路、驱动电机、机械传动装置和车轮组成，主控制器的作用是接收控制面板的输入信号，以及电机反馈的速度信号和电流信号，发出相应的控制指令来控制全桥功率驱动电路中IGBT的通断，以获得电动汽车良好的动、静态运行特性和能量利用率。能源子系统由电池组、充电器和能量管理系统构成，能源管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件。辅助控制子系统主要是为电动汽车提供控制电源，具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制、空气调节等功能。

2 IGBT驱动技术

IGBT是全桥功率驱动电路中的主要元器件，其驱动过程的稳定性直接关系电动汽车的安全。QP12W05S-37（A）是一种自带隔离电源的混合集成IGBT驱动器，具有体积小、隔离电压高、信号延迟小和驱动功率大等特点。主要由三个功能块组成，第一功能块是隔离DC/DC变换器，输出正负双电源为驱动电路提供电源，其又可分为电源输入，电源隔离和电源输出三部分；第二功能模块是控制信号的隔离驱动放大，输入驱动控制信号经具有高隔离电压的光耦隔离后传输到驱动放大级，其电气隔离电压可达3750VAC，控制信号经放大级后输出驱动IGBT。第三功能块是保护电路，通过检测IGBT欠饱和导通压降实现过流与短路保护，并输出故障信号。同时具有软关断和延时自恢复功能。

QP12W05S-37（A）较一般的IGBT驱动器，信号接收端具有很强的抵抗共模干扰信号的能力；采用包封工艺、SIP封装，具有极小的体积（仅为：52×25×15mm3 Max.）。另外，QP12W05S-37（A）还具有输入信号兼容CMOS&TTL电平；初/次级之间电气隔离达3750VRMS/分钟；开关频率高达20kHz；内建短路保护和故障输出功能、过流故障时输出软关断及软关断时间可调功能、过流故障保护后定时复位功能、短路检测抑制时间（盲区）可调功能等优点。

QP12W05S-37（A）驱动器自带隔离性DC/DC变换器作为驱动电源，采用推挽式变换电路进行电能变换，开关频率约为500kHz，输出双路电源电压作为驱动器输出部分的供电电源。一路输出电压为16V；另一路电压为-8.9V。每路最大输出电流为30mA。由于IGBT开通与关断时的驱动器能提供足够大的驱动电流，在隔离电源输出端需加一个内阻较小的电容来保证驱动输出足够大的电流要求。为了方便连接以及减小EMI，电源初级侧的地与信号输入负端在驱动器内并未短接，在应用时可将其两个端子在驱动器外部进行连接。内置了隔离驱动电源的驱动器应用于桥式逆变电路中时，只需单路电源给多只IGBT驱动器供电即可，并且该驱动电源可以与控制电路电源共用，极大方便驱动电路设计。全桥功率驱动电路IGBT驱动电路如图2所示，该电路参数如下：VD=15V，Vi=5V （方波信号），Rg=5，DZ1=30V，DZ2、DZ3=30V，D1为快恢复二极管。

3 结论

电动汽车中没有内燃机，工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，同时具有结构简单、噪音低、能源利用率高等优点，受到越来越多的人青睐。本文结合QP12W05S-37（A）设计电动汽车驱动电机全桥功率驱动电路中IGBT驱动电路，该电路具有完善的过流与短路保护功能，驱动功率大、集成度高、可靠性高，特别是内置有DC/DC隔离变换器，无需外接隔离电源，极大地简化了驱动电路的设计，在通用变频器、交流伺服驱动系统中得到广泛的应用。

参考文献：

[1] 云洁.我国新能源汽车产业思考概况及问题与思考[J].上海节能.2012（2）：25-28.

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中图分类号：TN929文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 引言

智能终端是车联网的重要组成部分，基于核心模块/芯片的智能终端解决方案可以使得车联网开发人员，包括终端开发人员，更多关注于应用，而不再关心底层细节；而且，核心模块中封装了智能终端大多数通用功能，使得开发人员不再重复开发，从而实现资源重用，提高终端的开发效率与可靠性，降低终端的技术难度，因而是车联网的关键核心技术。但目前国内外还没有能满足智能终端需求的模块与芯片。文献[1-4]对车联网终端进行了研究开发，但是模块没实现通用功能的封装。本文基于通信端口复用芯片和电源复用的终端系统，把无线通信技术、总线技术、互联网技术、嵌入式技术以及卫星导航技术有机集成，以提供车联网的各项服务。

2 系统研究

通过无线通讯传输，将汽车电子CAN/LIN总线数据， 传递到智能终端服务后台系统，动态进行OBD诊断；并通过（UTC）、IPv6等技术，实现车载终端数据联网长时在线，将故障信息主动反馈给驾驶者，动态干预预防事故发生；对通信端口复用芯片和电源复用技术提出了解决方案，以降低智能车载终端的生产低成本；通过集成汽车电子，实现事故发生时，主动将事故车辆的位置信息通过智能车载终端发送给服务后台，获得准确及时的车辆和人员救援。

通过Telematics系统后台和终端软件，利用远程通信、GPS等技术手段，整合呼叫中心、增值服务内容提供商、行业信息管理系统（如银行车贷系统、车险管理系统及110联动系统等）、多媒体资讯广告内容提供商、电讯运营商等产业链的相关企业，为车主、汽车生产厂商、汽车销售商（4S店）等提供位置信息、互联网、汽车售后等服务。

3 车载终端及云服务后台系统关键技术

a） 通信端、供电线路复用技术

通过对通信端、供电线路服用技术的设计，将GPS导航模块和3G模块融合，减少了模块的体积，降低了生产成本。其设计图如下所示：

图1车载终端通信端、供电线路复用设计图

b） 基于汽车电子CAN总线、LBS、OBD等功能的一键通技术

在车载信息服务后台的基础上，实现基于云技术的自主创新的UTS（Unified Telematics System）车联网信息服务后台的建设，整合如保险、救援、加油、节能环保、智能交通等的SP（Service Provider），AP（Application Provider），CP（Content Provider），Call Center等多方资源，为车主提供个性化的贴心服务。

c） 基于嵌入式技术的车载终端TSP云服务后台研发

车载终端TSP云服务后台通过用户界面良好、网络支持方便和应用开发便捷的设计，把无线通信技术、总线技术、互联网技术、嵌入式技术以及卫星导航技术有机集成，以提供车联网的各项服务。

4 系统功能

系统具有导航，通信，车辆安防，救援、多媒体与移动办公等功能，为汽车用户提供安全，高效，节能环保，和生活个性化服务，提高交通和车辆相关数据采集和处理能力，消除车辆信息孤岛现象，从而提高实时路况数据监测准确性和车辆使用安全性。

5 系统优势和前景

系统居于国内领先地位，市场竞争优势明显；推进国家车联网、智能交通的发展，进而为智能城市的建设奠定基础。打破国外厂商垄断该市场的局面，实现国内首创，国际领先。

在美国，欧盟、日本、韩国，车厂前装智能车载终端的比例高达40%-70%。而在中国，目前前装车载只有不到5%的比例。中国已经是全球最大汽车销量国家，2012年达到了1860万量。权威预测， 2015年将达到2000万辆，2020年，年销量将达到4000万辆，占据全球50%的销售市场。假设按照50%前装比例，按每台智能车载终端2000元计算，该产品市场容量每年将达到400亿；服务费按每年500元计算，该新兴产业每年的服务费可达100亿元，年经济产值2项合计500亿元。本文的研究成果如在我国大规模推广应用，将会带来广阔的产业化前景。同时，近年来，政府的政策支持力度加大，网络和通信等关键技术发展迅速，商业模式和产业链也逐渐成熟，设备和服务价格的逐步降低，智能车载3G/导航设备目前处于快速发展阶段，预计2014年全球产业规模将突破1100亿美元。

6 结语

通过本文的研究，在行业内打造低成本的车载智能信息终端，推广行业应用，促进车载行业的发展，为国家推进车联网、智能交通奠定了基础。

参考文献

[1] 程刚，郭达.车联网现状与发展研究.国际通信，2011（17）.

篇12

我国电力系统自动化在发电厂、变电站、高压网络、电力调度等方面都有较好的发展和应用，但是在配电网络方面还较为滞后，这是由于我国电力建设资金短缺，长期以来侧重电源和大电网建设的缘故，使配电网络技术发展受到严重的影响。设备落后、不安全的因素较多等状况，造成了配电网用电质量及供电可靠性方面较难满足要求。近几年来，随着电力事业的发展，各种新电器广泛应用于生活、生产，给人类带来了巨大的便利，但同时，也使人类社会对电的依赖日益加深。电力作为一种商品进入市场，配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。国家电力公司为规范电力公司的运作，真正体现服务人民的企业宗旨，对电能质量提出了较高的要求，尤其对供电可靠性制定了明文规定：一般城市地区为99.96%，使每户年平均停电时间不大于3.5h；重要城市中心区应达99.99%，每户年平均停电时间不大于53min。对照这一标准，我们还有很大差距。因此加快配电网自动化的建设与应用，是提高配电网供电可靠性的一个关键环节，也是实现上述目标的重要内容。

城市配电自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调，既要有实现FTU的三遥功能，又要具备对故障的识别和控制功能，从而配合配电自动化主站实现城区配电网运行中的工况监测、网络重构、优化运行。由此，配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计。按照一个城区全部实施设计，系统必须将变电站级作为一个完整的通信、控制分层；系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层。

一、配电自动化实施目的

配电自动化在我国的兴起主要是缘于城网改造工程。长期以来配电网建设不受重视，结构薄弱，供配电能力低。国家出台的城网改造政策，提出要积极稳步推进配电自动化。配电自动化实现的目标可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不间断优质供电；提高城乡电力网整体供电能力；实现配电管理自动化，对多项管理过程提供信息支持，改善服务；提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗，实现配电网经济运行；提高劳动生产率及服务质量，为电力市场改革打下良好的技术基础。

二、配电自动化的实施原则

配电自动化是整个电力系统与分散的用户直接相连的部分，电力作为商品的属性也集中体现在配电网这一层上，配点网自动化应面向用户并适应经济发展水平。日本在20世纪80年代，已完成了计算机系统与配电设备结合的配电自动化系统，主要城市的配电网络上投入运行，使得电网供电可靠性得到显著的提高，日本1996～1997年度平均每户停电0.1次，每次平均8 min，可靠性居全球之首。

1998年我国投巨资进行城乡电网改造。由于我国对电力是国家垄断经营，尚未真正实现电力市场化，各地发展很不平衡，因此配电自动化系统实施的目的必须适应终端用户的需求，而这种需求会因不同用户、因地、因行业而异随时变化。如果全面的实施配电自动化，应综合考虑，对于提高供电可靠性，应将它看作一个长期的市场行为。供电可靠性的提高是一个受多种因素制约、用多种手段有效协作后的结果，尤其依赖于系统管理水平的提高。故应将改造的重点转为采用各种综合手段提高供电质量，如采用不停电施工减少计划停电；开发应用配电自动化设备，实现远方监视、控制、协调，消除操作中人为因素可能导致的错误。供电企业在实施配电自动化时，也应首先研究客户长期的、变化的、潜在的需求，按现代的营销模式做市场调查、顾客群细分等，将配电自动化的实施同时作为整个电力营销策略中的环节之一；其次，量力而行，综合企业内已有的线路网络水平、调度自动化和变电站（开闭所）自动化水平、人员素质，制定实施的进度和规模。 转贴于

三、配电网自动化模式方案

（一）变电站主断路器与馈线断路器配合方案

由变电站出线保护开关和馈线开关相配合，并由两个电源形成环网供电方案。也就是说优化配网结构，推行配电网“手拉手”，变电站出线保护开关具有多次重合功能，重合命令由微机控制，线路开关具有自动操作和遥控操作功能，通信及开关具有自动操作和遥控操作功能，通信及远动装置，事故信息、监控系统由微机一次完成。设备与线路故障由主站系统判断，确认故障范围后，发令使故障段开关断开。

（二）自动重合器方案

此方案是将两电源连接的环网分成有限段数，每段线路由相邻的两侧重合器作保护。故障时，由上一级重合器开断故障，尽可能避免由变电站断路器行分合。当任一段故障时，应使故障段两端重合器分断，对故障进行隔离，线路分支线故障由重合器与分断器动作次数相配合来切除。

（三）自动重合分段器方案

每段事故由自动重合分段器根据关合故障时间来判断。此方案在时间设置上，应保证变电站内断路器跳开后，线路断路器再延时断开。然后站内断路器进行重合，保证从电源侧向负荷侧送电，当再次合上故障点时，站内断路器再次跳开，同时故障点两侧线路断路器将故障段锁定断开，确保再次送电成功。

（四）馈线自动化模式

1、就地控制模式，即利用重合器加分断器的方式实现。

2、计算机集中监控模式，即设立控制中心，馈线上各个自动终端采集的信息通过一定的通信通道远传回主站。在有故障的情况下，由主站根据采集的故障信息进行分析判断，切除故障段并实施恢复供电的方案。

3、就地与远方监控混合模式，采用断路器（重合器），智能型负荷开关，并且各自动化开关具有远方通信能力。这种方案可以及时、准确地切除故障，恢复非故障段供电，同时还可以接受远方监控，配电网高度可以积极参与网络优化调整和非正常方式下的集中控制。

参考文献：

[1]徐丙垠.配电自动化远方终端技术[J].电力系统自动化，1999，（5）.