轻载效率

轻载效率（精选4篇）

轻载效率 篇1

摘要：针对传统模拟电源在轻载时损耗较大、效率较低的缺陷,提出一种基于DSP控制的高效率数字电源设计方案,即Burst模式控制策略,可有效改变轻载模式下的开关频率,使LLC半桥谐振变换器实现软开关并减少开断损耗。实验结果表明,该种变换器在小于5%额定负载时效率能达到87%以上,在5%~20%额定负载时能够保持93%及以上的效率,证明提出的Burst控制策略能够提高轻载效率。

关键词：数字电源,LLC半桥谐振,轻载,数字信号处理器(DSP),效率

0引言

近年来, 随着服务 器电源和 个人计算 机电源对 可靠性和 稳定性[1,2]的要求 , 传统模拟 电源不能 满足要求 , 因其在轻 载时效率 较低 , 往往要增 加辅助电 路 , 增加了控 制电路的 复杂性 , 降低了电 源的可靠 性和稳定 性 , 效率也随 之减少[3]。 因此 ,数字控制 电源被广 泛应用 ,其集成度 已达到很 高水平 ,轻载效率 较模拟电 源有很大 改善和提 高[4,5]。

如今 ,LLC谐振变换 器因其具 有自然软 开关特性 , 被作为数 字电源的 拓扑结构 进行了分 析与设计 。 文献 [ 6 , 7 ] 和文献 [ 8 , 9 ] 分别提出 的LLC谐振变换 器PWM和PFM控制策略 都没有对 轻载模式 状态进行 研究 , 并未实现 真正意义 上的高轻 载效率 。 本文研究 的数字控 制谐振变 换器如图1所示 , 提出了一 种基于DSP控制的Burst模式控制 策略 , 即轻载时 使开关频 率逐渐减 小 , 开关周期 次数减少 ,开关损耗 减小 ,从而得到 较高效率 。 最后 , 通过一台350 W的实验样 机验证了 所提控制 方法的正 确性和有 效性[7,8,9]。

1LLC谐振变换器工作原理

1.1变换器重载及轻载工作原理

图1是本文设 计的基于TMS320F2812的高轻载 效率的数 字DC/DC变换器的 硬件结构 图 。

通常使变 换器工作 在fr1< f < fr2频率范围 内 , 通过控制 半桥LLC谐振电路 中Q1、Q2的占空比 控制能量 传输 ,调节电压 输出 。 当谐振变 换器带重 载 (20%~100%额定负载 ), 由图2可知iLr和iLm之间能量 之差较大 , 此能量通 过T1向副边传 输 ; 当谐振变 换器带轻 载 (20% 额定负载 下),由图3可知iLr和iLm之间的能 量之差相 比于带重 载时较小 , 所以向副 边传输的 能量变少[10,11], 而变换器 工作状态 受直流增 益的影响 ,影响直流 增益的参 数有比例 系数k、串联谐振 品质因数Q、变压器匝 比n等[12]。

1.2采用Burst模式控制原理

图4是Burst模式的工 作原理图 , 其中Tburst是变换器 进入Burst模式的工 作周期 , Ton是两个主 功率开关 管导通时 间 , Toff是开关管 关断时间 。 当变换器 工作于轻 载模式下 , 主程序进 入Burst模式 , 并且变换 器进入间 歇式工作 , 两个MOSFET功率开关 管在Toff时都处于 关闭状态 。 随着负载 进一步减 小 , 会减小平 均开关频 率 , 开关周期 次数减小 , 损耗减少 , 达到提高 效率的目 的 。

2LLC谐振变换器Burst模式控制策略

2.1硬件设计策略

系统硬件结构如图1所示。 通过采样电路以及A/D转换器将3路信号 ( 变压器初 级侧电流Ip、 输出电流Io以及输出 电压Uo) 采样并送 入DSP2812 , INA1 、 INA2 、 INA3端口分别 对Ip、 Uo和Io采样 。 DSP内部的PWM1、PWM2端口输出 死区固定 、 占空比大 小固定的 驱动信号 , 通过驱动 电路来驱 动主功率 开关管Q1、Q2。

本文所设 计的变换 器的系统 参数如下 : 额定输入 电压Vin= 400 V , 额定输出 功率350 W , 输出电压24 V , 输出电流15 A,开关频率100 k Hz,变压器变 比41:6, 谐振电感Lr=60 μH ,谐振电容Cr=42 n F , 励磁电感Lm=180 μH 。 主功率开 关管采用STP12NM50 (550 V,12 A), 驱动芯片 采用UCC27424DGN。

2.2控制电路设计策略

本文的DC/DC谐振变换 器采用双 环控制 , 如图5, 输出电压U0与电压基 准值Uref比较产生 误差电压Uerr, 经过调节 器GV形成电压 外环控制 ; 变压器初 级侧电流Ip与基准值 电流Iref比较形成 误差电流Ierr, 经过调节 器GC形成电流 内环控制 ; 电流内环 输出为有 效占空比 , 根据占空 比信号产 生PWM信号[13,14]。

本文采取 增量式PID , 即数字控 制器输出 的是相邻 两次采样 时刻所计 算的位置 值之差 :

本文根据 变换器系 统的硬件 条件将采 样频率调 到极限值 , 提高系统 尤其是在 轻载时的 控制性能 , 运用极点 配置的方 法整定PID的比例 、积分 、微分系数 ,使得变换 器在轻载 时达到良 好的控制 效果 。 由Saber仿真得到 整定参数Kp= 0 . 22 , Ki= 1 265 , Kd= 0 . 000 016 2 。

2.3软件设计策略

本文分别 对主程序 、 中断程序 和PID算法程序 进行了设 计 , 并且整个 程序运行 良好 , 基本达到 预期设计 要求 。 如图6所示 ,主程序中 首先进行 系统配置 及初始化 , 然后初始 化ADC、PWM及PID控制模块 参数 , 并且在等 待中断的 时间内采 集输出电 压 , 如果发生ADC中断则进入相应 的流程[15,16]。

本设计中CPU时钟频率 设为40 MHz,ADC模块每20 ms采样一次 。 数字PID运算都在ADC中断调用 执行 ,得到的输 出控制量U(k)经限幅后 赋给比较 单元寄存器 (TXCMPR,X=3、4) 中 , 即在程序 中加入下 面语句实 现在线调 整PWM波占空比 :

其中CMAX为定时器 计数最大 值 ,Uk为PID控制器第K次输出 。 本设计在 轻载情况 下 ,采用Burst模式控制 改变PWM占空比 , 隔断工作 周期 , 形成无效 周期 , 使得开关 频率减小 ,达到降低 开断损耗 、提高效率 的目的 。

3实验与分析

本文为了 验证设计 的合理性 , 首先利用 参数对电 路进行仿 真 , 仿真实验 以Saber为平台 , 对半桥谐 振电路轻 载和空载 情况进行 研究分析 。 主要实验 参数设计 如下 :谐振电感Lr=60 μH,谐振电容Cr=42 n F , 励磁电感Lm= 180 μH。 变压器变 比n = 41 : 6 , 开关频率fs=100 k Hz , 死区时间tdead=200 ns 。

空载是谐 振半桥电 路工作时 比轻载更 恶劣的一 种情况 , 在此状态 下 , 由图7波形可知 此谐振变 换器能够 实现ZVS,并且在空 载时iLr和iLm之差较稳 定 , 原边能向 副边稳定 传输能量 , 并且输出 电压基本 达到24 V, 说明参数 设计较合 理 ,能够实现 谐振 ,实现软开 关 ,仿真电路 工作正常 。 本文设计 了一款额 定功率为350 W左右的试验样机 。

图8为Q2零电压开 通时各极 间电压 。 实验表明 ,此半桥谐 振变换器 能够在轻 载情况下 实现原边 开关管的 零电压开 通和副边 二极管的 零电流关 断 ,零电压的 开通和零 电流的关 断有效减 小了开通 关断时的 损耗 ,有助于变 换器效率 的提高 。

图9将在轻载 情况下没 有经过Burst模式控制 的变换器 和经过Burst模式控制 的变换器 作比较 ,可以发现 , 在低于5% 额定负载 的情况下 效率达到87% 以上 , 在5 % ~ 20 % 额定负载 的情况下 效率达到93 % 以上 , 远高于不 经Burst模式控制 的变换器 的轻载效 率 。 原因在于 数字控制 的LLC谐振变换 器在轻载 时也能够 实现软开 关技术 , 而且不存 在PWM变换器中 二极管中 的反向恢 复电流问 题 , 所以二极 管的耐压 降低 , 极大地降 低了开关 管的开断 损耗 。

4结论

本文对谐 振变换器 轻载效率 进行了研 究 , 提出了一 种基于DSP的数字控 制策略 ,能够有效 控制开关 管的占空 比 ,使开关频 率逐渐减 小 ,开关周期 次数减少 ,开关损耗 减小 ,从而在轻 载时得到 较高效率 。 仿真和实 验结果表 明 , 轻载情况 下该Burst模式控制 下的拓扑 结构简单 易控 , 大大降低 了开断损 耗 , 能够较好 地实现零 电压开通 , 可以被广 泛用在机 站电源和 特种电源 中等 , 具有很好 的应用前 景 。

高压异步电机轻载节能装置的研究 篇2

异步电动机因其可靠耐用、维修方便、价格便宜而被广泛应用到工业控制及各种电气传动领域中。近些年随着我国工业化进程的不断加深,单机容量也在不断的加大,这使得高压异步电动机被广泛地应用到工业领域。从电动机的使用数量看,三相异步电机约占电机总使用量的72%。我国电动机总耗电量约占国内总装机量的65%以上,而运行效率却大大低于发达国家的30%,因此我国异步电动机的节能研究具有十分重要的意义。目前高压异步电动机的节能还主要依赖于挡板、液力耦合器、高压变频等,前两种方式还停留在机械控制方式,暂且不提,高压变频器是目前电气方式较为广泛采用的形式,但对于电机本身节能调速范围不是很宽的设备,使用高压变频器不仅污染了电网,而且还带来高昂的投资与沉重的维护工作,如果能够设计一种实时监测电机负载率并根据负载情况随时调节电机端电压的设备即可实现电机的轻载节能,而开关变压器式高压电机软启动装置就可通过调整本身工艺控制方式而实现该功能。

2 系统的构成及基本原理

2.1 系统构成

图1给出了开关变压器组成的异步电机节能控制器系统的一般构成。

系统在原有软启动装置的基础上增加了电机功率因数角的检测装置,即增加了电流电压过零信号的检测。

2.2 调压原理

当加上电压时(SCR未通),TK原边和电机D上得到电压,由于TK的空载电流远小于D的空载电流,故电压绝大部分加在TK原边,这时TK副边也得到电压,波形为正弦波。

当SCR控制极加上触发电压时,SCR导通,比如从α角处导通,则u2立即降低,u2电压如图2a中实线所示,u1的波形也相同。D上的电压为外加电压减去u1,则D上的电压波形如图2b所示。当改变控制角α时(比如前移),则u2变小,u1变小,ud加大。这样,连续调节α由大到小,则ud连续由小到大,完成调压过程。

3 控制策略

由电机学可知实时检测电机的转速信号作为系统闭环控制的反馈量,对于大多数高压大型异步电动机而言不具备安装测速装置的条件,需要找到一个能够反映电机运行情况的参数,同时在原有电路上不做大的硬件改动,而异步电动机的功率因数角恰恰反映了电机的运行情况,即反映了电机负载的大小变化情况,所以利用异步电动机的这一特性进行调压调速节能控制。

根据晶闸管调压电路的工作原理,真正影响晶闸管输出电压的因素是电机的续流作用,而电机续流角的变化规律决定于它的功率因数角,且该续流角便于实际测量,我们可以利用系统现有的电机电流及电压反馈信号,计算出电机的功率因数角。控制策略可采用最小功率因数角或恒功率因数角等,图3给出了电机调压软启动时电流和电压的曲线。

图3中,α为功率器件的触发延迟角,φ为可测功率因数角,θ为电流断续角,有φ=α-θ。可以利用计算得到的功率因数角调整晶闸管的触发角,这样可以维持电机电压电流相位在需要的水平上。无论电机是在何种运行状态下,其所消耗功率的无功分量是没有太大变化的(各种情况下所需磁场能量基本相同),我们可以通过调整电机来调整电机的有功分量,达到减小电机输入功率的目的。

4 主要硬件电路设计

4.1 电流电压过零检测

图4为电压电流过零检测电路两路信号输入到控制器内计算可得功率因数角,用以实现功率控制。

4.2 核心控制器设计

基于高压系统安全可靠运行的原则,本系统选用西门子S7-200型可编程控制器作为主控单元,采用EM235/EM231作为模数转换单元,具体测控图如图5所示。

通过电机功率因数角的计算,我们还可以消除电机在启动时,由于移相角α的变化没有及时跟上φ的变化而造成电机转矩震荡的弊端。

5 结论

使用该装置对7.5kW/15A的通风风机进行了轻载调压节能实验,在电动机轻载运行时(将风机风门关半),通过晶闸管的移相控制降低电机机端电压,提高电机运行功率因数。当电机重载运行时(将风门完全打开),负载发生变化,控制系统自动调整升高机端电压,节能效果较明显。

对某企业250kW/10kV 通风机进行了高压电机调压节能控制,该通风机在全压运行时有功功率为49.063kW,无功功率为144.525kvar,功率因数为0.35,使用该节能装置后有功功率消耗为48.8kW,无功功率消耗为75.2625kvar,达到了预期的节能效果,具有一定的推广价值。

摘要：设计了一个开关变压器式高压异步电机软启动及节能运行装置,对电机轻载调压节能的效果进行了研究,给出了设计方案及硬件电路。研究结果表明,该技术在高压电机轻载运行时具有明显的节能效果,且兼有软启动、测控保护及调速功能,具有广泛的社会与经济效益。

关键词：开关变压器,高压异步电动机,软启动,轻载/节能

参考文献

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[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

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[4]张浩.异步电机软启动器软件的面向对象设计[J].电气传动,2003,33(1):30-33.

[5]王葆华,陈密,高强,等.一种晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元[J].电力电子技术,2009(1):46-48.

轻载效率 篇3

随着IP业务的迅猛发展和视频点播等新业务的不断涌现,要求接入网在支持语音、数据的同时也能支持视频以及新业务的接入,而传统的接入网由于带宽的限制不能满足要求。以太网无源光网络(EPON)采用无源光器件,具有成本低、对业务透明、易于升级、易于维护管理、带宽宽、帧格式与IP 协议一致和传输IP 业务时协议简单等优点,被业界认为是实现宽带多业务接入、解决“第一英里”电信接入“瓶颈”,最终实现光纤到用户的优秀过渡方案[1]。

由于EPON是一个点到多点的网络,上行链路是多个光网络单元(ONU)共享带宽的拓扑结构,因此存在着多用户之间竞争带宽的问题;又由于用户的业务级协议不同,不同的用户可有不同的带宽请求、不同的服务质量(QoS),同时带宽的请求是突发的,因此若要接入多用户的多业务,且保证QoS和业务级协议,提高吞吐量,使系统的上行带宽有更高的利用率,就需要ONU间动态分配带宽。由于IEEE 802.3ah工作组并没有为带宽分配算法制定一个统一的标准,因此带宽分配成为业界研究的热点。

目前已提出很多算法[2,3,4,5],这些算法主要分为支持多业务和不支持多业务两类。在支持多业务的算法中,为了保证实时业务的QoS,所提出的方案都在ONU侧将高优先级的业务排在缓存器的前面,这样就存在着轻载惩罚问题,即供给负载小而时延大的现象。并且在所提出的方案中,都没有针对轻载惩罚问题进行研究。

本文提出一种支持语音、视频和数据等多业务接入,并能避免轻载惩罚的动态带宽分配方案。为了减小业务时延,引入了预测机制,可以更好地提高QoS。为了证明本方案的有效性,本文基于OPNET软件,进行了仿真,仿真结果证明该方案能够避免轻载惩罚并支持多业务接入。

1 EPON原理及多点控制协议

1.1 EPON原理

EPON是一个点到多点的网络,其典型的拓扑结构是图1所示的树形结构。

下行方向,光线路终端(OLT)以广播形式向ONU发送数据。在上行方向,ONU发送的数据包经过光分配网直接到达OLT,而不能到达别的ONU,类似于一个点到点的网络。但是当所有的ONU一起发送数据包时就有可能发生冲突。因此,需要一种良好的仲裁机制来避免冲突的发生,并能够在ONU之间公平地分配系统带宽。

1.2 自适应周期交替轮询(IPACT)算法

文献[5]提出一种IPACT算法,实现了上行带宽的动态分配。IPACT算法是动态带宽分配的经典算法,其工作原理是:ONU根据自己的状况向OLT请求带宽,OLT根据ONU的请求信息动态地分配带宽,如图2所示。假设该系统中只有3个ONU。首先,OLT向每个ONU发送一个Gate帧,授权ONU发送Report帧。ONU收到Gate帧后,在授权时隙的起始时刻后添加一随机时延发送含有请求信息的Report帧。OLT收到ONU发来的Report帧,解析出ONU的请求带宽,并根据ONU的请求带宽来生成Gate帧。OLT把含有授权带宽的Gate帧发送给请求带宽的ONU,ONU收到后,在授权时隙的起始时刻发送数据,但发送数据的长度不能大于授权时隙的长度。

该算法能够通过调节轮询周期的方式,使得供给负载重的ONU能够更多地使用带宽;而供给负载较轻的ONU也不会因为分配的带宽过大而白白浪费带宽。总之,不管从时延、带宽利用率还是公平性方面考虑,该算法都具有借鉴作用。但是,该算法只是从整体上对系统的性能进行研究,并没有充分考虑网络中传输的业务的类型,没有对业务进行区分,这样会导致的一个问题是:算法虽然整体性能不错,却无法满足某些业务(比如语音)的QoS,不符合网络的实际要求。

2 支持多业务的动态带宽分配

2.1 算法原理

EPON是一个承载多种不同业务的综合性网络,其所承载的业务可分为3个等级:(1) 优先级最高的加速转发(EF)型业务。该类业务要求较小的端到端时延抖动和足够的保证带宽,用来模拟比特速率恒定的语音通信业务。(2) 优先级次之的是保证转发(AF)型业务。该类业务对端到端时延不太敏感,但同样要求足够的保证带宽,用来模拟具有突发性和长时相关性的业务流,如视频业务。(3) 优先级最低的尽力而为(BE)型业务。该类业务对带宽和时延等方面的要求不像EF型和AF型那么严格,用来模拟对实时性要求不高的数据业务[5]。

在ONU侧,通常将缓存分为3个业务队列缓存,分别对应EF、AF和BE类业务。当有用户数据到达时,根据数据的业务类型将其存入到相应的队列缓存中。在申请时隙时,ONU把各个业务队列缓存中数据包的大小存入报告帧对应的位置,然后发送出去。在发送时隙,ONU首先判断是哪个业务的发送时隙,然后把该业务对应缓存队列中的数据发送出去。

在OLT侧,多队列调度算法中ONU申请的时隙有3个,分别对应3种不同的业务。首先,OLT收到报告帧,获取到ONU申请的各个业务的时隙大小νEF、νAF和νBE。得到不同业务申请的时隙大小之后,OLT采取总量上的限制服务策略,即比较3种业务申请的时隙之和νEF+AF+BF与最大传输窗口Wmax的大小。若时隙之和νEF+AF+BF<Wmax,则3种业务的请求自然都能得到满足,授权时隙等于申请时隙的大小;若时隙之和νEF+AF+BF>Wmax,就要按照优先级的不同进行授权,但授权总和不能大于最大传输窗口Wmax。由于EF型业务具有恒定的比特速率,数据包到来的速率小,且对时延极为敏感,因此OLT总是优先满足该类型业务的申请,总是授权该类型νEF大小的发送时隙。对于AF和BE类型的业务,在轻载时自然都能够满足要求,直接授权申请大小的时隙νAF和νBF;而在重载时,可以选择直接按照一定的比例在剩余时隙Wmax-νEF中分配,也可以根据两种业务申请时隙的大小占两者时隙大小之和的比重在剩余时隙中进行分配。同时,引入预测机制。

2.2 最大传输窗口

单个ONU的最大传输窗口Wmax与系统的最大轮询周期Tmax和ONU的最小保证带宽Bmin的关系如下[5]:

${\rm T}{}_{\max }={\rm N}\left(G+W{}_{\max }/R{}_{\text{Ν}}\right),$

式中,N为ONU的数量;G为保护时间(单位:s);RN为EPON的线路速率(单位:bit/s)。

$B{}_{\min }=\frac{W{}_{\max }-W{}_{\text{R}\text{e}\text{p}\text{o}\text{r}\text{t}}}{{\rm T}{}_{\max }},$

式中,WReport为ONU发送Report消息的窗口长度。

2.3 预测机制

由于在ONU向OLT发出Report帧到接收到Gate帧的这段时间内,ONU还有可能有业务到来,而这些业务没有包含在Report帧内,因此要等到下一个Report帧才能报告给OLT,这就导致这段业务的时延很大。由于EF型业务具有自相似性,因此引入预测机制可以预测这段时间内到来的数据包,从而使这段数据和前面报告的数据包一起发送,减小时延。

这里把OLT通过预测增加的传输时隙称为信用时隙。增加的EF型数据包的大小决定着信用时隙的大小,而EF型数据包的大小由产生数据包的时间段的大小来决定。这个时间段称为信用间隔τ,如图3所示。

图中,ω为授权时隙,ts为授权帧中发送时隙的起始时刻,tR为Report帧中的时间标签。另外假设EPON的线路速率为RN,可以得到信用间隔τ如下:

$\tau =t{}_{\text{s}}+\omega /R{}_{\text{Ν}}-t{}_{\text{R}}。$

假设EF型业务的数据包发包频率为f,则OLT预测到的EF型数据包的个数n为

$n=\tau \times f=(t{}_{\text{s}}+\omega /R{}_{\text{Ν}}-t{}_{\text{R}})\times f。$

由于ω为授权时隙,它既包含ONU申请的时隙ν的大小,也包含OLT预测到的信用时隙的大小。假设EF型数据包的大小为S,则

$\omega =\nu +nS,$

因此,

$n=\left(t{}_{\text{s}}+\frac{\nu +nS}{R{}_{\text{Ν}}}-t{}_{\text{R}}\right)\times f=\frac{t{}_{\text{s}}+\nu /R{}_{\text{Ν}}-t{}_{\text{R}}}{1/f-S/R{}_{\text{Ν}}},$

则OLT预测的多出的时隙的大小为[n]×S。

所以如果ONU申请的时隙大小为ν,按照限制服务策略,OLT授权时隙ω的大小为

$\begin{array}{l}\omega =\min \{\nu +[n]\times S,W{}_{\max }\}=\\ \min \left\{\nu +\left[\frac{t{}_{\text{s}}+\nu /R{}_{\text{Ν}}-t{}_{\text{R}}}{1/f-S/R{}_{\text{Ν}}}\right]\times S,W{}_{\max }\right\}。\end{array}$

3 仿真结果

EPON仿真模型如下:一个OLT,16个ONU,EPON 的线路速率为1 Gbit/s,时隙间的保护间隔为1 μs,周期时间为2 ms,最大传输时隙Wmax为15 500字节,所有的ONU到光分配网络(ODN)的距离均为6 km,选取OLT与ODN之间的距离为15 km。

采用多队列调度算法得到的曲线如图4所示。从图中可以看出,该算法并没有出现轻载惩罚现象。各个级别的业务都是随着负载的增加时延也随之增大,当负载在0.6附近时,时延达到最大,其后趋于稳定。多队列调度算法的最大优势是没有轻载惩罚,但它的缺点是由于保护间隔的增大而造成高优先级业务的总体时延偏大。为此,采取对EF型业务的包到达情况进行预测,使得EF型数据包在缓存队列中的等待时间很小,从而降低该类业务的时延。加入预测后,OLT对ONU中EF型业务的授权时隙如下:

$\begin{array}{l}\omega {}_{\text{E}\text{F}}=\nu {}_{\text{E}\text{F}}+[n]\times S=\\ \nu {}_{\text{E}\text{F}}+\left[\frac{t{}_{\text{s}}+\nu {}_{\text{E}\text{F}}/R{}_{\text{Ν}}-t{}_{\text{R}}}{1/f-S/R{}_{\text{Ν}}}\right]\times S,\end{array}$

式中,νEF为EF型业务申请时隙的大小。

加入预测之后的多队列带宽分配算法时延图如图5所示。与图4相比,EF型业务的时延特性得到了很大的改善,这是因为预测机制在很大程度上抵消了供给负载增加带来的时延增大。并且,加入预测机制后,AF和BE型业务的时延特性也几乎没有受到影响。

4 结束语

本文提出了多队列调度策略与总量上的限制服务策略相结合的动态带宽分配算法。该算法能够从根本上避免轻载惩罚现象的发生,但多队列调度增加了时隙的数量,也增加了保护间隔的开销,对整体性能尤其是高优先级业务的性能有较大影响。为此,本文采取了类似的预测机制以改善高优先级业务的性能。通过分析和仿真结果的验证,多队列带宽分配算法虽然增加了保护间隔的数量,但仍然取得了很好的性能表现。相比于严格优先级方案,多队列分配方案更加简单,也更加易于实现。

参考文献

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[3] Hwang L -S, Shyu Z-D, Ke L-Y, et al. A novel early DBA mechanism with prediction-based fair excessive bandwidth allocation scheme in EPON [J]. Comput Commun, 2008, 31(6):1 814-1 823.

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轻载效率 篇4

关键词：配电变压器,负荷,波动,供电的模式,空载运行

1 概述

本装置是这样实现的:一种多功能配电变压器轻载切换装置, 在并联运行的主供变压器与辅供变压器上各接有一台多功能配电变压器轻载切换装置;所述多功能配电变压器轻载切换装置包括有:

变压器采样电路, 与A/D转换器相接, 用于采集配电变压器在运行状态下的电压、电流、频率和相位信号;A/D转换器, 与所述变压器采样电路和CPU主机模块相接, 用于将输入的检测信号转换成数字信号, 并输入到CPU主机模块;CPU主机模块, 与所述A/D转换器、存储模块、U盘读写模块、GSM模块和显示屏相接, 用于对检测信号进行数据处理, 判断变压器运行状态, 并发出分、合闸的控制指令;存储模块, 与所述CPU主机模块相接, 用于存储工作程序并存储变压器运行状态检测数据;U盘读写模块, 与所述CPU主机模块相接, 用于对检测数据进行外挂式的海量存储;GSM模块, 与所述CPU主机模块相接, 用于接收手机用户发出的控制指令, 并在变压器动作或出现故障时向手机用户发出告知或报警短信;显示屏, 与所述CPU主机模块相接, 用于显示变压器的运行状态、运行检测数据和出现故障时的故障类型;以及电源模块, 与上述各部分相接, 用于提供上述各部分的工作电源。

本装置引用双台变压器并行、带负荷切换功能的运行模式, 通过监测主供、辅供两台变压器的运行情况, 使用户及时准确地了解电力负荷的峰谷状态, 并可通过自动切换来调整两台变压器的工作与否——在电力负荷高峰时, 两台变压器同时投入运行;当电力负荷比较小、用一台变压器即能满足负荷需求时, 则通过本装置自动切除辅供变压器, 以达到节能的目的;在电力负荷高峰恢复时, 本装置控制辅供变压器自动投入运行。

根据电力行业的保护规范, 本装置在程序中还编制了电流Ⅲ段保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护等多种保护逻辑功能。当其中某台变压器的电压、电流的有效值超过设定值时, 与之相接的多功能配电变压器轻载切换装置即发出分闸命令, 保护出口动作, 及时切除该台故障变压器, 以保证供电系统的正常运行。

本装置中的多功能配电变压器轻载切换装置是本装置的前端采集设备, 主要负责变压器各种电信号的采集与数据处理, 确定供电系统中两台配电变压器的投运工作模式。多功能配电变压器轻载切换装置中的变压器采样电路, 分别采集主供变压器和辅供变压器的电压、电流及频率等参数, 采样周期为每秒800次。大量的采样数据经CPU主机模块进行傅里叶变换处理后, 得到两台变压器的电压、电流、功率等参数的有效值, 以实现实时监测主供、辅供两台变压器的目的。

在多功能配电变压器轻载切换装置中设置有GSM模块, 当某台变压器出现异常时 (如过流或失压等) , 多功能配电变压器轻载切换装置就通过该GSM模块, 向手机用户发送报警信息;另外, 多功能配电变压器轻载切换装置也可以通过GSM模块接收手机用户发送的查询和控制命令, 查询变压器的实时电压、电流、功率和电度量等信息;并可根据控制指令, 控制断路器进行合闸与分闸操作。在发生保护和报警事件后, 本装置可按预设的手机号码自动把报警信息发送到指定值班人员的手机中, 值班人员在接到本装置的短信通知后, 可依据所报送的故障信息对变压器的故障电流进行分析, 及时快速地查找故障原因。

本装置的监测终端安装于配电变压器的二次侧, 可用以监测并存储配电变压器的负荷情况 (包括电压、电流和电度量等) , 绘制负荷曲线, 提供与Windows系列操作系统的导入接口, 并将数据保存于供配电部门, 以便于配电变压器的维修及管理。

本装置具有配电变压器轻载自动投切功能, 并且还可对配电变压器进行实时智能自动监测, 检测数据完整、准确, 解决了人工监测工作量大、耗时费力和数据不准的问题。本装置采用开关电源供电, 体积小, 重量轻, 可靠性高, 输入电压适用范围宽, 在85-265V电压之间均能可靠工作。本装置支持故障录波, 并具有GSM查询操作报警功能和变压器自动投切功能, 为电力配电系统提供了安全可靠、节能高效的运行模式。本装置可广泛适用于电气设备制造、石油化工、钢铁冶金、铁路电气化以及科研教学等部门。

2 具体实施方式

如图上图所示, 主供变压器B1与辅供变压器B2为并联运行模式, 在主供变压器B1与辅供变压器B2的二次侧各接有一台多功能配电变压器轻载切换装置A1、A2。在电力负荷高峰时, 两台配电变压器同时投入运行。当电力负荷比较小、用一台变压器即能满足负荷需求时, 则通过本装置通过控制断路器的分闸, 自动切除辅供变压器A2。在电力负荷高峰恢复时, 本装置通过控制断路器的合闸, 使辅供变压器A2自动投入运行。由此实现配电变压器的轻载切换功能。

如上图所示, 本装置的多功能配电变压器轻载切换装置包括有变压器采样电路1、A/D转换器2、CPU主机模块3、存储模块4、U盘读写模块5、GSM模块6、显示屏7和电源模块8等八个部分。CPU主机模块3为多功能配电变压器轻载切换装置的核心部分, 其输入端通过A/D转换器2接变压器采样电路1, 其他连接端口分接存储模块4、U盘读写模块5、GSM模块6和显示屏7, 电源模块8与上述各部分相接, 为各部分提供工作电源。

为完善功能, 多功能配电变压器轻载切换装置还可加入其他器件或功能模块, 如键盘、遥信量模块等。

多功能配电变压器轻载切换装置中的变压器采样电路1是装置电路中的一个重要部分, 它关系到多功能配电变压器轻载切换装置保护动作的速度和测量精度。变压器采样电路1由六路高精度的电压互感器与六路高精度的电流互感器以及配套的电子开关等元件连接组成。与之相应地, A/D转换器2则是采用高精度12位的A/D转换器件MAX197。电压互感器与电流互感器的作用是隔离、规范输入的电信号, 将电力系统二次侧的高电压与大电流转换成为相应的弱电压信号, 以与CPU主机模块3的电平相匹配。A/D转换器2将这些弱电压信号进行A/D转换, 变为CPU主机模块3可以接受的数字信号, 其采样周期每秒800次。

CPU主机模块3所执行的傅里叶变换算法程序, 可以滤除函数中的谐波含量和直流分量, 具有数字滤波的功能。根据这个原理, 可计算出变压器运行电流与电压的基波有效值。

根据主供变压器B1或辅供变压器B2的现场运行情况, 多功能配电变压器轻载切换装置的负荷记录可分为3个等级。变压器运行正常时, 负荷记录密度较低;在故障录波时, 记录密度最高。这样就可为用户提供多种可靠的记录方式。用户可根据自身需要, 设置1分钟到1小时的采集密度, 对配电变压器的运行电流、电压和功率等实时数据进行记录和存储;还可选择1~24小时范围的采集密度, 以小时为单位的缩进量, 对主供变压器B1和辅供变压器B2的电度量进行记录和存储。

当主供变压器B1或辅供变压器B2运行的电流越限、电压高低越限时, 多功能配电变压器轻载切换装置能及时予以记录, 也可对变压器的停机和运行次数进行统计。

当主供变压器B1或辅供变压器B2出现故障 (如过负荷、缺相、过电压、低电压、温度过高或停电) 时, 多功能配电变压器轻载切换装置的变压器负荷曲线会产生很大的波动。多功能配电变压器轻载切换装置的故障录波密度可与采样密度相一致, 并采用前30个周波故障、后20个周波录波的方式, 记录变压器采样电路1中3个电压和3个电流通道的采样数据, 以提高故障记录的准确性和完整性。

当主供变压器B1或辅供变压器B2的负载电流大于过负荷整定值, 连续3次之后, 即启动报警, 延时到时限定值, 装置发报警信息。当供电电压大于过电压整定值, 连续3次之后, 即启动报警, 延时到时限定值, 装置发报警信息。当供电电压低于过电压整定值, 电流大于0.5A, 连续3次之后, 即启动报警, 延时到时限定值, 装置发报警信息。

3 应用结论