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關鍵詞：天然氣燃氣－蒸汽聯合循環發電價格政策
在“西部大開發”戰略的指引下，史無前例的“西氣東輸”工程全面施工，引進液化天然氣和管道氣項目也全面開展。國家重點支持發展的天然氣燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電工程首批聯合招標項目裝機總容量8000MW，計劃于2005~2006年建成發電。以引進技術形成自主開發能力為目標的燃氣輪機制造產業也在分階段實現。我國天然氣燃氣輪機和聯合循環發電進入一個新的發展時期。
據統計，2001年世界天然氣消費量達24049億立方米，天然氣在世界能源消費結構中的比例達24.7%。第16世界石油大會報告認為2010年全球天然氣消費量將增加到49000億立方米，且預計到2040年天然氣在世界能源消費結構中的比例將上升到51%。
當今世界主要工業發達國家能源結構中天然氣所占比例為：美國25.8%，英國38.1%，俄羅斯54.6%。而我國僅為2.5%。
此外在1995年世界電力結構中天然氣發電占18.54%，當時我國是1.4%。近期我國天然氣燃氣輪機發電裝機容量將有增加，但預計到2006年天然氣發電在電力結構中的比重僅達2.7%。
以上統計說明，我國在天然氣應用和天然氣發電上與世界工業發達國家相比有巨大差距，努力推動我國天然氣發電的任務是緊迫的，也是有很大發展空間的。
一優質燃料天然氣應主要用于燃氣輪機聯合循環的高效發電。
天然氣是化石能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸等各方面都是最優質的燃料。燃氣輪機和聯合循環發電應用熱力學上布雷頓循環和朗肯循環相結合，既有利于高品位能量的轉換，又能充分利用較低品位的能量，具有能源綜合利用和最高效率的優點。當今燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電熱效率已達到60%，遠高于常規或超臨界火力發電水平，（見表1）。
應用天然氣燃料燃氣/蒸汽聯合循環發電的另一個優點是最低的環境污染排放。燃氣輪機具有優良的燃燒特性，控制低污染排放技術水平不斷提高。天然氣燃氣/蒸汽輪機聯合循環機組與常規火力發電機組相比具有最低的污染排放，被稱為“綠色能源”，是可持續發展最有希望的發電技術（見表2）。
表2裝機容量500MW燃用天然氣電廠和燃煤電廠的環境影響比較
注：1原煤熱值按全國平均值19678kJ/kg(4700kcal/kg)計；
2原煤含硫按1.1%，灰份按27%計；
3年耗煤量150萬噸，除塵效率98.5%；
4燃天然氣電廠值取國外資料
由于天然氣燃氣－蒸汽聯合循環是最理想的發電方式，世界燃氣輪機發電裝機容量大幅度增長。1996年6月到1997年5月世界燃氣輪機訂貨總功率數28222MW，1998年6月到1999年5月訂貨總功率翻了一番，達到64254MW。燃氣輪機發電已是電力結構中的重要組成部分，在新增發電容量中更占主要份額。據報告美國南方電力公司發電新增裝機容量中燃氣輪機和聯合循環占90%以上。
二我國燃氣輪機發電應是電力結構中的又一重要組成部分
世界能源結構中，煤炭仍是最豐富的資源。預測全球石油儲量尚可開發60年，天然氣有120年，煤炭則有200年。我國對煤炭的依賴尤為重要。中國是煤炭大國，現探明的天然氣儲量有限，應用天然氣還要依靠進口，在天然氣發電方面也剛起步。我國以燃煤火電為主的狀況將會持續一個漫長的歲月。
但是我國應積極發展天然氣燃氣輪機發電，目的是優化我國電力結構，提升我國電力技術水平。這就要求充分發揮天然氣燃氣-蒸汽聯合循環發電的優點，來加速發展我國天然氣發電。
燃氣輪機聯合循環發電與常規火力發電相比，除具有熱效率高、排放污染少外，還具有靈活機動、調峰性能好，以及投資低、建設周期短、占地面積少等一系列優點。
燃氣輪機和聯合循環發電在電力結構中最適當的位置或用途是：
1人口密集地區、經濟發達地區；摘要：本文對使用優質燃料天然氣高效發電的燃氣－蒸汽聯合循環發電的應用特點加以分析，提出燃氣－蒸汽聯合循環發電在電力結構中的作用，提出研究、制定合理價格政策的建議，以推動我國天然氣燃氣輪機發電事業。
關鍵詞：天然氣燃氣－蒸汽聯合循環發電價格政策
在“西部大開發”戰略的指引下，史無前例的“西氣東輸”工程全面施工，引進液化天然氣和管道氣項目也全面開展。國家重點支持發展的天然氣燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電工程首批聯合招標項目裝機總容量8000MW，計劃于2005~2006年建成發電。以引進技術形成自主開發能力為目標的燃氣輪機制造產業也在分階段實現。我國天然氣燃氣輪機和聯合循環發電進入一個新的發展時期。
據統計，2001年世界天然氣消費量達24049億立方米，天然氣在世界能源消費結構中的比例達24.7%。第16世界石油大會報告認為2010年全球天然氣消費量將增加到49000億立方米，且預計到2040年天然氣在世界能源消費結構中的比例將上升到51%。
在電力發展中可按滿足高峰負荷來擴大裝機容量，必須配備一批調峰機組或增加備用容量。這將會帶來電網調整的困難，也影響電網建設的經濟性。當代電力系統在繼續發展以大型機組為核心大電網的同時，又注重中、小型發電的互補作用。以天然氣直燃的微型燃氣輪機分布式冷、熱、電聯供，可使用管網或車運天然氣，大大減少在電網上的耗電，可化解電網峰谷差矛盾，提高電網的安全性和經濟性，這已成為當代電力發展中的又一熱點。
微型燃氣輪機簡單循環效率達40%，壽命45000小時。微型燃氣輪機用于能源綜合利用的冷、熱、電聯供熱效率可達80～90%。目前美國、歐洲、日本都已批量生產微型燃氣輪機，其性能見表3。
表3先進微型燃氣輪機主要性能指標
性能指標
高效率燃料—電力轉換效率至少為40%，熱電聯產效率>85%
環境氮氧化物（NOx）<7ppm(燃天然氣)
耐久性大修期之間可靠運行1000小時，運行壽命至少為45000小時
發電費用系統成本<500美元/kW，發電費用能與市場應用替代方案（包
括電網）具有競爭力
燃料適應性可選用多種燃料，包括柴油、乙醇、垃圾掩埋場瓦斯和生化燃料
我國科技部863計劃中有自主產權微型燃氣輪機的開發項目，正在試制100kW渦輪初溫900℃，簡單循環供電效率29%的微型燃機，2004年將制成樣機。我國發展天然氣微型燃氣輪機的冷、熱、電聯供的條件逐步具備，這將為我國解決峰谷差矛盾找新的出路。
四應根據天然氣燃氣輪機聯合循環發電的特點研究制定合理的政策，進一步推動天然氣發電的發展。
當前我國天然氣燃氣輪機聯合循環發電正處于起步階段，國家尚無完善的政策法規按燃機電廠在電網中發揮的特殊作用來制定合理的電價。而天然氣作為優質燃料，價格偏高，且國內價格比現行國際價格更高。天然氣燃氣輪機聯合循環發電在經濟上與常規燃煤火力發電機組相比還缺少競爭力，而這點常常會限制新穎發電技術發揮作用，影響我國電力建設的普遍水平（見表4）。
在市場經濟發展規律支配下，根據同網、同質、同價和公平競爭的原則，天然氣燃氣－蒸汽聯合循環發電的重要作用，應在經濟價值上合理的反映出來。
例如天然氣燃氣輪機在電網中擔當調峰或作備用容量，首先會使機組頻繁起停，直接影響經濟性和降低設備維修間隔周期，增加運行成本。根據燃氣輪機經濟性和可靠性的統計規律，機組起停一次相當于10~20個當量運行小時。承擔電網調峰作用的燃氣輪機，年起停次數一般大于300次以上，相當于增加了3000~6000個運行小時數。如果實際運行3500小時，機組當量運行小時數已達6500~9500小時。
再考慮到調峰機組在負荷低谷時段不發電，在高峰或平峰時段也常減負荷，機組年運行小時數經折合后約為3500小時。若是擔當電網備用的機組其年運行小時數更低。年運行小時數低的調峰機組比以基本負荷連續長期運行機組的運行成本將隨運行小時數的減少而成比例增加。因電網需要而擔當調峰任務的機組，折合年運行小時3500小時，但發電的價值卻與7000小時左右的基本負荷相當。
調峰機組只能依靠合理的峰谷電價差來彌補其調峰帶來的經濟損失。發改委[2003]14號文確定峰、谷時段電價差在2~5倍當今世界主要工業發達國家能源結構中天然氣所占比例為：美國25.8%，英國38.1%，俄羅斯54.6%。而我國僅為2.5%。
此外在1995年世界電力結構中天然氣發電占18.54%，當時我國是1.4%。近期我國天然氣燃氣輪機發電裝機容量將有增加，但預計到2006年天然氣發電在電力結構中的比重僅達2.7%。
以上統計說明，我國在天然氣應用和天然氣發電上與世界工業發達國家相比有巨大差距，努力推動我國天然氣發電的任務是緊迫的，也是有很大發展空間的。
一優質燃料天然氣應主要用于燃氣輪機聯合循環的高效發電。
天然氣是化石能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸等各方面都是最優質的燃料。燃氣輪機和聯合循環發電應用熱力學上布雷頓循環和朗肯循環相結合，既有利于高品位能量的轉換，又能充分利用較低品位的能量，具有能源綜合利用和最高效率的優點。當今燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電熱效率已達到60%，遠高于常規或超臨界火力發電水平，（見表1）。
應用天然氣燃料燃氣/蒸汽聯合循環發電的另一個優點是最低的環境污染排放。燃氣輪機具有優良的燃燒特性，控制低污染排放技術水平不斷提高。天然氣燃氣/蒸汽輪機聯合循環機組與常規火力發電機組相比具有最低的污染排放，被稱為“綠色能源”，是可持續發展最有希望的發電技術（見表2）。
表2裝機容量500MW燃用天然氣電廠和燃煤電廠的環境影響比較
注：1原煤熱值按全國平均值19678kJ/kg(4700kcal/kg)計；
2原煤含硫按1.1%，灰份按27%計；
3年耗煤量150萬噸，除塵效率98.5%；
4燃天然氣電廠值取國外資料
由于天然氣燃氣－蒸汽聯合循環是最理想的發電方式，世界燃氣輪機發電裝機容量大幅度增長。1996年6月到1997年5月世界燃氣輪機訂貨總功率數28222MW，1998年6月到1999年5月訂貨總功率翻了一番，達到64254MW。燃氣輪機發電已是電力結構中的重要組成部分，在新增發電容量中更占主要份額。據報告美國南方電力公司發電新增裝機容量中燃氣輪機和聯合循環占90%以上。
二我國燃氣輪機發電應是電力結構中的又一重要組成部分
世界能源結構中，煤炭仍是最豐富的資源。預測全球石油儲量尚可開發60年，天然氣有120年，煤炭則有200年。我國對煤炭的依賴尤為重要。中國是煤炭大國，現探明的天然氣儲量有限，應用天然氣還要依靠進口，在天然氣發電方面也剛起步。我國以燃煤火電為主的狀況將會持續一個漫長的歲月。
但是我國應積極發展天然氣燃氣輪機發電，目的是優化我國電力結構，提升我國電力技術水平。這就要求充分發揮天然氣燃氣-蒸汽聯合循環發電的優點，來加速發展我國天然氣發電。
燃氣輪機聯合循環發電與常規火力發電相比，除具有熱效率高、排放污染少外，還具有靈活機動、調峰性能好，以及投資低、建設周期短、占地面積少等一系列優點。
燃氣輪機和聯合循環發電在電力結構中最適當的位置或用途是：
1人口密集地區、經濟發達地區；2負荷中心或電網末梢，以及用電極度緊張地區；
3主要用于電網的調峰
隨著我國國民經濟高速發展和人民生活水平的提高，在相當長的時期內，我國一方面會存在電力緊張的狀況，另一方面電力負荷常常是多變、復雜且具有不穩定性，例如：
1隨著電力總量增長，負荷峰谷差矛盾十分突出；
2社會專業化生產規模的提高，促進地區性電力負荷分布不平衡；
3農村城市化和偏遠地區經濟發展，全國大電網建設仍跟不上廣大地區發展用電需求；
4電力負荷的季節性變化也越來越大。
此外大型水電站和核電站建成后在電網中以基本負荷發電，電網則急需配置充分的調峰機組。
可見，我國必須將火電、水電、核電和各種先進的發電技術相結合，也必須加快發展天然氣燃氣輪機發電技術。燃氣輪機應以其自身特點在電網中發揮重要作用。燃氣輪機發電應是電力結構中的又一重要組成部分。
三燃用天然氣的分布式燃氣輪機冷、熱、電聯供，可望為解決電力負荷峰谷差找到有效途徑。
隨著經濟發展和人民生活水平的提高，用于空調、取暖的電力負荷明顯增加，造成日負荷和季節性負荷的峰谷差，這是世界各工業國家普遍存在的問題。我國現今人均用電擁有量遠遠低于工業發達國家的水平。我國電力的增長，其中一大部分將是滿足生活用電的增長。生活用電包括取暖、空調等各方面的電力消耗，伴隨著電力負荷的增長又加劇峰谷差的擴大。
按深圳市統計為例，2000年月最大負荷為210～339.5萬千瓦，月用電量為83177～187048萬千瓦時，季節性峰谷差達129.5萬千瓦；2002年月最大負荷為296.7～480萬千瓦，月用電量為112630～261780萬千瓦時，季節性峰谷差達183.3萬千瓦。據預測今年深圳市最高負荷將達到600萬千瓦，季節性峰谷差將超過200萬千瓦。據深圳市供電部門預計，深圳市現有空調負荷很可能超過100萬千瓦。
之間。實際價格差應取在上限才趨向合理。
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻
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(2)季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998
(3)葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998
張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學測控博士后流動站出站,現從事通信電源和電力直流操作電源系統的研究開發工作,并在清華大學電力電子研究中心進行第二站博士后研究工作。
引言
隨著我國城市化進程的加速和城鄉人民生活水平的提高，在城市特別是大中城市配電網絡中電纜應用的比例越來越高。從而帶動了電纜附件產品的強大需求，也促進了其產品研發改進的速度。
一、電纜附件的作用
在電纜終端和接頭處，由于電纜金屬護套和屏蔽層斷開，使得電場分布比電纜本體復雜得多，在電纜終端電場存在軸向應力，因此需要使用電纜附件來實現電纜的連續和駁接，即一個能滿足一定絕緣與密封要求的連接裝置。
電纜有導體、絕緣、屏蔽和護層等四個主要結構層，電纜附件中作為電纜線路組成部分的電纜終端頭、中間接頭，必須使電纜的四個結構層分別得到延續，并且實現導體連接良好，絕緣可靠，密封良好和足夠的機械強度，確保電纜終端和電纜接頭的質量，才能保證整個電纜配電網絡的供電可靠性。
二、35kV及以下中壓電纜附件的分類
目前，按照主絕緣成型工藝，常用35kV及以下電纜終端和中間接頭主要可分為繞包式、熱縮式、冷縮式和預制式等四種常用產品型式。此外還有應用于特定產品范圍的澆鑄式和可分離式電纜附件產品。
2.1繞包式電纜附件繞包式電纜附件是指絕緣和屏蔽均使用帶材繞包而成的電纜附件，其應力的控制方式采用應力錐或采用高介電常數的應力控制帶，對施工人員工藝水平要求較高，施工工藝較為復雜，已逐漸被現場淘汰。
2.2熱縮式電纜附件利用高分子聚合物具有的“彈性記憶”效應的原理，開發出各種熱縮管材、分支套、雨裙等熱收縮預制件，按程序套裝在經過處理的電纜末端或接頭處，對其加熱，可使其收縮緊箍在所需位置。
熱縮電纜附件工藝簡便，價格低廉，便于維護。但也存在由于環境溫度變化其不可避免存在的“呼吸作用”而引起的使用壽命縮短等問題，從而影響供電可靠性。
2.3冷縮式電纜附件目前工程應用的冷收縮管和其他冷收縮預制件，是以硅橡膠或三元乙丙橡膠為主要原料，經特殊配方合成后，預擴張在螺旋支撐芯線上而成，安裝使用時，無須任何外部熱源，只要拉開支撐芯線就會收縮，并緊箍在所需位置上。冷縮式電纜附件要求一定要在規定的使用期限內使用，并且價格較高。
2.4預制式電纜附件利用橡膠材料，將電纜附件內的增強絕緣和半導電屏蔽層在工廠內模制成一個整體或若干部件，現場套裝在經過處理的電纜末端或中間接頭處而形成的電纜附件叫預制式電纜附件。
預制式電纜附件可以在工廠進行相應的出廠例行試驗，進一步提高了電纜終端的運行可靠性，同時也大大降低了現場安裝工作量。
從結構上而言，冷縮電纜附件和預制式電纜附件基本一致，僅僅是材料性能和處理上有些差異。
2.5澆鑄式電纜附件利用熱固性樹脂材料，現場澆鑄在經過處理后的電纜末端或接頭處的模子或盒體內，固化后而形成的電纜附件。特別適用于塑料擠包絕緣電纜和浸紙絕緣電纜的互連。
2.6可分離連接器允許電纜和其他設備和電纜連接或斷開的全絕緣電纜附件，如終端、接頭和分支接頭等。可分離連接器主要的使用對象是全密封開關柜、充氣環網單元、電纜分支箱等設備，可以看作是一種新型的電纜終端。并且更多的使用了預制式終端的結構。
從上述電纜附件產品分類中不難看出，可簡化現場安裝要求的預制及冷縮技術已經在電纜附件發展中占有重要的地位。
三、電纜附件產品新技術的應用
3.1導體連接對導體連接的基本技術要求是∶導體連接良好：對于終端，電纜導電線芯與出線桿、接線端之間要連接良好；對于中間接頭，電纜導體與連接管之間要連接良好。即要求連接點的接觸電阻小而且穩定。與同長度同截面導線的電阻比較，新裝比值應不大于1。
目前現場多采用壓接技術，需要一定的專業設備。而采用螺栓連接技術，現場施工時僅需要一支力矩扳手，就能達到導體連接基本技術的要求。從而簡化了對安裝設備的專業要求。而且對于需要去除不導電氧化層的鋁電纜連接，事先也不需要進行專門的去氧化層處理。
3.2絕緣材料三元乙丙橡膠和硅橡膠材料在預制式電纜附件中都得到了廣泛應用，在高壓電纜附件領域，比較而言，可以分為以硅橡膠為基材的歐式結構和以三元乙丙橡膠為基材的日式結構。而在中壓領域，經過改進的三元乙丙橡膠電纜附件比硅橡膠同類產品擁有更好的機械強度和抗撕裂性能。
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻：
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[2]季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998。
[3]葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998。
1．1PID控制原理［1，2］
常規PID控制系統原理框圖如圖1所示。
PID控制器是一種線性控制器，它根據給定值r（t）與實際輸出構成控制偏差：
將此偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。其控制規律為：
式中，Kp為比例系數，T1為積分時間常數，TD為微分時間常數。
在PID控制中，比例項用于糾正偏差，積分項用于消除系統的穩態誤差，微分項用于減小系統的超調量，增加系統穩定性。PID控制器的性能就決定于Kp、T1和TD這3個系數。如何選用這3個系數是PID控制的核心。
1．2數字PID控制算法選擇
設計和調整數字PID控制器的任務就是根據被控對象和系統要求，選擇合適的PID模型，將其進行離散化處理，編出計算機程序由微處理器實現，最后確定KP、T1、TD、和T，T為采樣周期。微處理器控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量，因此，必須對PID模型進行離散化處理。
用矩形方法數值積分代替式（3）中的積分項，對式（3）中的導數項用后向差分逼近，經推理可得到基本PID控制的位置式算法：
式中k——采樣序號，k＝0，1，2，……
U（k）——第k次采樣時刻輸出值
E（k）——第k次采樣時輸入的偏差值
E（k－1）——第（k－1）次采樣時刻輸入的偏差值
K1——積分系數，K1＝KpT／T1
KD——微分數系，KD＝KpTD／T1
在數字控制系統中，PID控制規律是用程序來實現的，因而具有更大的靈活性。由于基本PID控制中引入了積分環節，其目的主要是為了消除靜差，提高精度。但在柴油機調速過程中，突加突減負載時，會引起轉速的較大波動，導致短時間內轉速出現較大偏差，通過PID積分運算積累，超調量過大，系統產生振蕩，嚴重影響發電機組輸出電能的品質。為避免PID控制中積分項引起的超調，提高其調節品質，擬采用積分分離法對基本PID控制進行改進，簡稱變速積分PID。變速積分PID的基本思路是設法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應，偏差越大，積分越慢；反之，則越快。
式中，A、B為積分區間。
變速積分PID算法為：
式中，U1（k）為第k次采樣時刻PID運算的積分部分輸出值。
采用變速積分PID控制，系統具有以下特點：用比例消除大偏差，用積分消除小偏差，可完全消除積分飽和現象；各參數容易整定，易實現系統穩定，而且對A、B兩參數不要求十分精確；超調量大大減小，改善了調節品質，適應性較強。
2柴油發電機組數字調速系統中PID控制參數整定［3，4］
數字PID控制參數整定的任務主要是確定數字PID的參數KP、T1、TD和T。
對于簡單控制系統，可采用理論計算方法確定這些參數。但由于柴油機調速系統的工況較為復雜，其數學模型并非十分精確，在此，采用工程整定常用的擴充臨界比例帶法，結合經驗法再對參數進行調整，得到最終的PID參數。
（1）采樣周期T的選擇
在數字控制系統中，采樣周期T是一個比較重要的因素，采樣周期的選取，應與PID參數的整定綜合考慮。
首先，采樣周期T的選取應滿足以下要求：遠小于對象擾動周期；比對象時間常數小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調節品質。
該系統中，PID調節控制過程是在定時中斷狀態下完成的，因此，采樣周期T的大小必須保證中斷服務程序的正常運行。在不影響中斷程序運行的情況下，可取采樣周期T＝0．1τ（τ為柴油機的純滯后時間）。當中斷程序運行時間Tz大于0．1τ時，則取T＝Tz，
（2）臨界振蕩周期Ts的確定
初始確定數字PID參數時，在用上述方法確定采樣周期T的條件下，從調速系統的PID調節回路中，去掉數字控制器的微分控制作用和積分控制作用，只采用比例調節環節來確定系統的振蕩周期Ts和臨界比例系數Ks。由單片機系統自動控制比例系數KP，并逐漸增大Kp，直到系統出現持續的等幅振蕩，然后由單片機系統自動記錄并顯示調速系統發生等幅振蕩時的臨界比例度δ和相應的臨界振蕩周期Ts。
控制度就是以模擬調節器為基礎，定量衡量數字控制系統與模擬調節器對同一對象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準則，根據系統在規定的輸入下的輸出響應，使用該準則取最小值時的最
如前所述，采樣周期T的長短會影響系統的控制品質，同樣是最佳整定，數字控制系統的品質要低于模擬系統的控制品質。即控制度總是大于1的，且控制度越大，相應的數字控制系統品質越差。
為獲得與模擬控制器相當的品質，控制度選為1．05。不同控制度時，擴充臨界比例帶法PID參數計算公式
（4）KP、K1、KD、T的求取
根據實驗所得Ks和Ts及選定的控制度，按表1計算出數字PID參數Kp、T1、TD和T。
（5）控制效果的調節
按求得的參數值在調速控制系統中運行，并觀察控制效果。如控制效果達不到控制要求，可基于以下原則，根據經驗法對參數做適當調整。
①增大比例系數Kp，將加快系統的響應速度，但過大會使系統產生較大超調，甚至產生振蕩。
②增大積分時間T1，有利于減小超調，減少振蕩，使系統更加穩定，但會增加系統過渡過程時間。
③增大微分時間常數TD有利于加快系統的響應，使超調減小，穩定性增加，但系統對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應。
基于上述原則，調整PID參數時，應先比例、后積分、再微分進行調整。
參考文獻：
［1］陶永華，尹怡欣，葛蘆生．新型PID控制及其應用［M］．機械工業出版社，1998．
［2］王福瑞．單片微機測控系統設計大全［M］．北京航空航天大學出版社，1998．
關鍵詞：大型水輪發電機；定子鐵芯；推力軸承
中圖分類號：TM312 文獻標識碼：A
中國有著豐富的水資源，是水電行業發展的基礎。隨著諸多大型水利工程的建成，有效的推進了我國水電發展，對應的水電機組不斷的朝向大型及超大型發展。根據國內水利發電工程學會相關統計資料顯示，到2020年，國內的700MW水輪發電機數目將會超出150臺。大型水輪發電機具備非正常停機損失大、定轉子額定電壓較高以及發電機定子繞組的中性點引出方法極多等自身特點。
一、大型水輪發電機技術問題分析
如圖1所示，定子鐵芯受力簡示圖。
1 定子鐵芯熱膨脹
隨著國際科學技術的不斷發展，對應技術較為先進的國家，水輪發電機單機容量逐漸擴大，其對應定子鐵芯的直徑也是持續增加，由最初的幾米持續發展至十幾米，或者說還有超過20m的。相對直徑在成倍的提高，緊接著其鐵芯溫升所產生的對應徑向尺寸的膨脹量是在飛速提升，鐵芯以及機座之間的溫差所出現的徑向尺寸過量也隨之提升。水輪發電機定子鐵芯，其鐵芯的溫度升至為50℃時，那么鐵芯徑向膨脹就會達到11mm，鐵芯以及機座溫差是20℃時，那么其鐵芯以及機座的半徑方向過盈量就大概會是2mm，進而促使定子鐵芯因為其受到了機座徑向壓力而存在極大的切向應力。
2 定子鐵芯壓緊質量
在實際運作過程中，大型水輪發電機盡管其機座能夠自由伸縮膨脹，對應的鐵芯軸向單位相關面積壓力會大幅度下降，對應的定子鐵芯就會出現翹曲的情況。要是其機座并不是全部膨脹，其對應的單位壓力面積承受壓力會保持在10kgf/cmZ之下，這時其對應定子鐵芯也還是會極有可能存在翹曲情況。
3 定子鐵芯分瓣
定子鐵芯的結構是分瓣狀的，關于定子鐵芯的裝配，應重視其鐵芯合縫位置會受到分布不均勻以及很難預測的對應擠壓力，該擠壓力對定子鐵芯會造成不良的影響，這樣就在很大的程度上加劇了翹曲情況的出現。導致定子鐵芯在受到相關的力之后出現形變以及振動、損壞等。
4 轉子支架剛度及圓盤形結構
水輪發電機轉子對應支架的結構形式一般是根據其發電機容量以及轉速和尺寸、運輸條件等相關條件來合理選定。通常在中型及小型或者是高速水輪發電機上利用較為簡單的圓盤式或者是無支架轉子結構。對于大型水輪發電機來講，其因為會受到相關運輸條件的制約，一般會利用中心體以及支臂裝配組合形成支臂式的轉子支臂。關于其對應容量以及尺寸非常大的水輪發電機，近年來，國內通常使用的發電站裝配以及拼焊，大多都是多層圓盤式轉子支架。
二、大型水輪發電機關鍵技術改善
1 水輪機模型轉輪水力設計
水輪機的最關鍵部件就是轉輪，其相關性能直接關系著對應發電機運作經濟性以及安全性、穩定性。關于水輪機模型轉輪水力性能設計，國內外的研究差距很大，很多有關項目對應轉輪是使用國外引進的相關技術，其自開發轉輪效率大約是95%，國外所引進的轉輪效率能夠達到94%以上。國內很多較大型工程有效的引進了三維粘性流體數據庫為其最主要的基礎，再合理運用其對應實驗技術以及相關模型制造水平的不斷提升，國內在很短的時間內關于模型轉輪水力設計，跟上了世界的先進水平。
2 大型水輪發電機推力軸承技術
大型發電機最關鍵的構成部分就是推力軸承，其對應的設計以及制造技術是不是最優化會直接關聯到水輪發電機的安全可靠運作。想要合理的對其進行優化，就應該注重其結構以及性能參數，以便于有效提升運作的可靠性。有關企業對其投入了大量的人力物力進行全方位的分析研究。自主開發水輪發電機推力軸承的熱彈性流體動力的性能相關計算分析軟件，構建了三萬噸的對應推力軸承試驗臺，該實驗是現今世界上相關運作中最大推力軸承試驗臺。相關的實驗室研究結果也在很多較大的水電站對應推力軸承運作實測過程中展開了一定程度的對比，以便于有效健全和提升推力軸承設計以及制作技術和測試技術。這些相關的工作也為水輪發電機的推力軸承設計以及制作工藝積累了相當的經驗。
3 大型水輪發電機轉子接地保護方式
大型水輪發電機組的額定轉子電壓通常是較高的，可以超出500V，在強勵時是最高的，并且還伴隨著非常顯著的交流分量，這時直接性的將其取出的危險性極高，并且其對應電纜更不好選擇。我國的很多較大型水電機組在進行工程設計時大都是利用轉子接地保護和失磁保護，并運用轉子電壓測量對應附件再就地安裝在相關的勵磁體系之內，把較大功率的電阻安置在相關勵磁體系屏柜之內，其對應轉子電阻在分壓之后會長距離的接進發電機的保護屏柜中，這時轉子的接地保護功能就會在發電機的屏柜之內很好的實現。
大型水輪發電機的機組轉子接地保護應該合理的就地安置在對應勵磁體系室內，其失磁保護需要的相關電壓最好是通過變送器之后再接進發電機的保護設備上，這樣能夠合理避免掉其高壓電纜存在長距離引線，在很大程度上簡化了勵磁回路并節約了長距離進行高壓控制的電纜費用。
4 大型水輪發電機定子繞組主絕緣技術
有關公司關于定子繞組的地主絕緣是應用了F級的桐馬環氧玻璃粉云母系統，其電機的主絕緣結構以及防暈結構和對應繞組槽部、端部的相關固定結構與各類絕緣材料，總體上來講均是都實現了國產化，并且國產的相關絕緣材料性能均是達到了國際化水平。線棒是多膠帶連接式包扎以及其外包防暈帶絕緣結構，運用對應加熱橫壓來進行固化，以致其能夠一次成型，其對應線棒的尺寸應該是統一的，且要具備較好的互換性。該F級桐馬環氧玻璃粉云母帶的絕緣運作經驗極為豐富以及對應水電站不同電壓等級的較大型水輪發電機和其相關的出口機組之上。
5 大型水電機組結構剛強度分析技術
經過國內外諸多企業的相關設計，其關鍵器件剛強度性能展開大量有限元分析以及比對，也找出了不同企業對于同一個器件的設計差異。關于其結構拓撲以及幾何形狀和板厚尺寸等展開了系統化的分析，找出其關聯機組器件剛強度的關鍵因素，對部件的設計進行的全方位的深刻認識，形成了一定的結構模式，再運用其對應參數來實現建模，有效達到結構的優化及分析過程自動化。其對應的運用變量分析技術定量分析出對應主參數，并給設計師所需要的相關設計曲線，進而給結構改善及創新提供參考。運用尺寸以及形狀充分結合優化技術，能夠合理的找出板厚的配置以及幾何形狀均是合理化的最優化結構。諸多水電機組結構器件優化設計均采用了相關研究成果，并得到了顯著的效果。
結語
水輪機正常的運作狀態下，其對應的定子鐵芯會承受切向電磁扭矩以及相關軸向重力，還有在水輪機快速運作時其對應定子鐵芯會存在一定程度的發熱，機座以及鐵芯均是不一樣的運作情況，所以在溫度不一樣的狀態下就會存在溫差，對應的高溫鐵芯會出現膨脹以及其座機的制約，座機對于鐵芯具備一個徑向壓力，和相關鐵芯膨脹力剛好是相反的；以及其對應的定子鐵芯會受到轉子所具備的徑向磁拉力，和分瓣定子會被拼為整圓形態以配合其鐵芯共同進行運作。水輪機在運作時其鐵芯會受到一定的熱膨脹，致使總體鐵芯對應縫合面會受到不一樣方向所帶來的擠壓力，這樣會導致鐵芯出現損失的情況。因此，對大型水輪發電機關鍵技術問題進行詳細分析研究是勢在必行的。
參考文獻
[1]王初銘.大型水輪發電機幾個關鍵技術問題的分析[J].大電機技，2013（02）.
關鍵詞：節水灌溉；技術，趨勢，建議
節水灌溉技術的發展不僅是節水的需要，也是農業現展的需要。發展節水灌溉技術對于推進現代農業、建設節約型社會有十分重要的意義。為此，筆者就我國節水灌溉技術及發展趨勢作一探討。
1.節水灌溉技術含義及體系
節水灌溉技術是比傳統的灌溉技術明顯節約用水和高效用水的灌水方法，措施和制度等的總稱。灌溉用水從水源到田間，到被作物吸收、形成產量，主要包括水資源調配、輸配水、田間灌水和作物吸收等四個環節。在各個環節采取相應的節水措施，組成一個完整的節水灌溉技術體系，包括水資源優化調配技術、節水灌溉工程技術、農藝及生物節水技術和節水管理技術。
節水灌溉技術體系主要包括以下幾個方面：（1）灌溉水資源優化調配技術。主要包括地表水與地下水聯合調度技術、灌溉回歸水利用技術、多水源綜合利用技術、雨洪利用技術。（2）節水灌溉工程技術。主要包括渠道防滲技術、管道輸水技術、噴灌技術、微灌技術、改進地面灌溉技術、水稻節水灌溉技術及抗旱點澆技術。直接目的是減少輸配水過程的跑漏損失和田間灌水過程的深層滲漏損失，提高灌溉效率。（3）農藝及生物節水技術。包括耕作保墑技術、覆蓋保墑技術、優選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調控技術。（4）節水灌溉管理技術。包括灌溉用水管理自動信息系統、輸配水自動量測及監控技術，土壤墑情自動監測技術、節水灌溉制度等。
2.節水灌溉新技術
目前，比較有發展潛力的節水灌溉新技術是：（1）與生物技術相結合的作物調控灌溉技術。就是從作物生理角度出發，在一定時期主動施加一定程度有益的虧水度，使作物經歷有益的虧水鍛煉，改善品質，控制上部旺長，實現矮化密植，到達節水增產的目的。（2）應用3S技術的精細灌溉技術。就是運用全球衛星定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS），遙感技術（RS）和計算機控制系統，實時獲取農用小區作物生長實際需求的信息，通過信息處理與分析，按需給作物進行施水的技術，可以最大限度提高水資源的利用率和土地的產業率。T是農田灌溉學科發展的熱點和農業新技術革命的重要內容。（3）智能化節水灌溉裝備技術。就是把生物學、自動控制、微電子、人工智能、信息科學等高新技術集成節水灌溉機械與設備，適時地檢測土壤和作物的水分，按照作物不同的需水要求來實施變量施水，達到最優的節水增產效果。
3.節水灌溉技術發展趨勢
我國的節水灌溉技術發展呈現以下趨勢：（1）噴灌技術仍為大田農作物機械化節水灌溉的主要技術，其研究方向是進一步節能及綜合利用。不同噴灌機型有各自的優缺點，要因地制宜綜合考慮。軟管卷盤式噴灌機及人工移動式噴灌機比較適合我國國情。（2）地下灌溉已被世人公認是一種最有發展前景的高效節水灌溉技術。盡管目前還存在一些問題，應用推廣速度較慢，但隨著關鍵技術的解決，今后將會得到一定的發展。（3）地面灌溉仍是當今世界占主導地位的灌水技術。隨著高效田間灌水技術的成熟，輸配水有低壓管道化方向發展的趨勢。（4）農業高效節水灌溉技術管理水平越來越高。應用專家系統、計算機網絡技術、控制技術資源數據庫、模擬模型等技術的集成，達到時，空、量、質上的精確灌水，是今后攻關的重點。（5）節水綜合技術的開發利用，是提高水分利用率和水分利用效率的重要途徑，也是今后節水灌溉發展的方向。
4.發展節水灌溉技術的政策建議
（1）提高發展節水灌溉技術的認識。我國是一個水資源短缺的國家，隨著人口增加、經濟發展、社會進步，農業灌溉用水要在用水總量基本不增加的情況下保障我國糧食安全，只能走內涵式發展的道路，灌溉必須走節水型的發展道路。因此，我們應加大對發發展節水灌溉技術的宣傳教育力度，使全社會都來關心節水灌溉技術，形成一個較好的節水灌溉技術發展環境。
（2）形成發展節水灌溉技術內在機制。通過制定和運用好水價、水權這些經濟手段，對農業用水需求進行有效調控，削弱低效益膨脹型的用水需求，杜絕無效益浪費型的用水需求，促進節約農業用水的需求，從而推進節約灌溉技術發展。
摘要：廣播電視信號傳輸和播出手段主要有微波、衛星、光纜3種，本文簡述了的廣播電視移動接收的制式及技術。
科學技術的飛速發展給各行各業帶來了挑戰和機遇，隨著廣播事業的不斷發展和進步，移動接收成為發展方向之一。廣播電視雖然有很長的歷史，但移動接收的進展卻不盡人意。即使是調頻廣播，在汽車高速行駛中的接收也往往遇到困難。電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多，所以至今還沒有得到解決，所以廣播電視的移動接收引起廣電界的重視。
一、移動電視
移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能，使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點，較之衛星接收，有實現容易、價格低廉的特點；較之有線接收不易受城市施工建設、自然災害戰爭等因素造成的斷網影響。移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會“信息到人”的要求，也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收制式
眾所周知，地面數字電視廣播系統目前有多種制式，除了國外正在使用的幾種標準外，還有我國自己提出的若干種制式。這些制式總體上可以分為單載波方式和多載波方式兩類，美國用的ATSC是單載波的，歐洲的DVB-T是多載波的。國外主要有三種數字電視地面廣播標準：歐洲的DVB-T(DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial)、美國的ATSC(AdvancedTelevisionSystemsCommittee)和日本的ISDB-T(IntegratedServicesDigitalBroadcastingTerrestrial)(綜合業務數字廣播)。
ATSC采用的是單載波調制方式(VSB)，抗多徑干擾和抗多譜勒效應能力差，難以建立單頻網和進行移動接收。ISDB-T雖然支持單頻網和移動接收的應用要求，但是該技術應用較少。從世界各地對數字電視地面廣播標準的采用情況來看，DVB-T標準較ATSC和ISDB-T更具優勢。DVB-T是歐洲DVB系列標準中較新的一個標準(此外還有有線數字電視標準DVB-C，以及衛星數字電視標準DVB-S)，也是最復雜的DVB傳輸系統。此標準是1998年2月批準通過的。DVB-T標準的核心是MPEG-2數字視音頻壓縮編碼，采用編碼正交頻分復用COFDM(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)調制方式，適用于大范圍多發射機的8k載波方式。為高清晰度電視(HDTV)信號傳輸提供大于20Mbps的凈荷碼率，支持簡單天線室內固定接收。為標準清晰度電視(SDTV)信號傳輸提供大于5Mbps的凈荷碼率，并能在車速移動條件下支持移動接收。具有單頻組網能力。目前采用DVB-T標準的國家和地區有德國、西班牙、挪威等歐洲國家及澳大利亞、新加坡等其它國家。其中新加坡和德國等國將移動接收和手持設備作為主要方向。歐洲的DVB-T標準最初是為便攜和固定接收而設計，它采用的是COFDM（編碼正交頻分復用）多載波調制方式，其調制參數（如星座圖、編碼率、保護間隔等）可調，可提供120種常規模式和1200種分級模式。隨后，針對DVB-T(DigitalvideobroadcastingTerrestrial)在移動接收中的不足，人們提出了一種DVB-H的制式專門用于移動接收，而原有的數字音頻廣播（DAB）也發展到播出多媒體。
DVB-H(Digitalvideobroadcastinghandheld)，通過地面數字廣播網絡向便攜/手持終端提供多媒體業務所制定的傳輸標準。該標準是歐洲的數字電視標準DVB-T的擴展應用。和DVB-T相比，DVB-H終端具有功耗更低、移動接收和抗干擾性更強的特點，因此該標準適用于移動電話、手持計算機等小型便攜設備通過地面數字電視廣播網絡接收信號。也可以說DVB-H標準依托DVB-T傳輸系統，通過增加一定的附加功能和改進技術使手機等手持便攜設備能夠在固定和移動狀態下穩定地接收廣播電視信號。DVB-H采用時分數字多媒體廣播帶寬、以脈沖方式發送各頻道的數據。一般情況下，除接收所需頻道的數據外，調諧器電路在其它時間均處于關閉狀態，因此可有效減少耗電。DVB-H的基本商業要求是用電池供電的小的屏幕移動終端。它應該能夠在手提式的，移動的和室內的環境中，使用單一天線接收多媒體業務。目前看來，數字移動電視非數字電視地面廣播莫屬。我國地面數字電視傳輸標準于2006年8月18日頒布(GB20600-2006)，并自2007年8月1日起正式實施(國標地面數字電視標準簡稱為DTMB-DigitalTerrestrialMultimediaBroadcasting。較早時也稱為DMBTH)。DMB-TH采用了PN序列填充的時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM)多載波調制技術，這種獨特的先進技術有機地將信號在時域和頻域的傳輸結合起來，在頻域傳送有效載荷，在時域通過擴頻技術傳送控制信號以便進行同步、信道估計，實現快速碼字捕獲和穩健的同步跟蹤性能。DMB-TH具有自主知識產權，能較好地支持移動接收，高清數字電視廣播，單頻組網。
三、小結
廣播電視的移動接收作為當前的技術熱點，盡管它的市場前景和受眾分析還有待進一步的研究，但它的技術還在發展中。它還有著信號衰落、多普勒效應、覆蓋網的建設，接收機（特別是便攜機）的耗電，接收天線的安裝等問題，所以要說哪一種制式最適合移動接收還為時尚早，因為每種制式都會根據市場的需要及時改進其技術，從而改善其移動接收的性能。
參考文獻：
[1]都研美，劉峰.淺談數字電視地面廣播技術[J].廣西輕工業，2007(05).
關鍵詞：無線發射FSK射頻發射器nRF902
1概述
nRF902是一個單片發射器芯片，工作頻率范圍為862～870MHz的ISM頻帶。該發射器由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩定的頻率合成器，因此，頻率漂移很低，完全比得上基于SAW諧振器的解決方案。nRF902的輸出功率和頻偏可通過外接電阻進行編程。電源電壓范圍為2.4～3.6V，輸出功率為10dBm，電流消耗僅9mA。待機模式時的電源電流僅為10nA。采用FSK調制時的數據速率為50kbits/s。因此，該芯片適合于報警器、自動讀表、家庭自動化、遙控、無線數字通訊應用。
2引腳功能和結構原理
nRF902采用SIOC-8封裝，各引腳功能如表1所列。
表1nRF902的引腳功能
引腳端符號功能
1XTAL晶振連接端/PWR-UP控制
2REXT功率調節/時鐘模式/ASK調制器字輸入
3XO8基準時鐘輸出（時鐘頻率1/8）
4VDD電源電壓（+3V）
5DIN數字數據輸入
6ANT2天線端
7ANT1天線端
8VSS接地端（0V）
圖1所示是nRF902的內部結構，從圖中可以看出：該芯片內含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等電路。
通過nRF902的天線輸出端可將平衡的射頻信號輸出到天線，該引腳同時必須通過直流通道連接到電源VDD，電源VDD可通過射頻扼流圈或者環路天線的中心接入。ANT1/ANT2輸出端之間的負載阻抗為200～700Ω。如果需要10dBm的輸出功率，則應使用400Ω的負載阻抗。
調制可以通過牽引晶振的電容來完成。要達到規定的頻偏，晶振的特性應滿足：并聯諧振頻率fp應等于發射中心頻率除以64，并聯等效電容Co應小于7pF，晶振等效串聯電阻ESR應小于60Ω，全部負載電容，包括印制板電容CL均應小于10pF。由于頻率調制是通過牽引晶振的負載（內部的變容二極管）完成的，而外接電阻R4將改變變容二極管的電壓，因此，改變R4的值可以改變頻偏。
將偏置電阻R2從REXT端連接到電源端VDD對可輸出功率進行調節。nRF902的工作模式可通過表2所列方法進行設置。
表2nPF902的工作模式設置
引腳
工作模式XTALREXTXO8DIN
低功耗模式（睡眠模式）GND---
時鐘模式VDDGNDVDD-
ASK模式VDDASK數據VDD或者GNDVDD
FSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK數據
在FSK模式時，調制數據將從DIN端輸入，這是nRF902的標準工作模式。
ASK調制可通過控制REXT端來實現。當R2連接到VDD時，芯片發射載波。當R2連接到地時，芯片內部的功率放大器關斷。這兩個狀態可用ASK系統中的邏輯“1”和邏輯“0”來表示。在ASK模式，DIN端必須連接到VDD。
時鐘模式可應用于外接微控制器的情況，nRF902可以給微控制器提供時鐘。它可在XO8端輸出基準時鐘，XO8端輸出的時鐘信號頻率是晶振頻率的1/8。如晶振頻率為13.567MHz，則XO8輸出的時鐘信號頻率為1.695MHz。
在低功耗模式（睡眠模式），芯片的電流消耗僅10nA。在沒有數據發射時，芯片可工作在低功耗模式以延長電池的使用時間。電路從低功耗模式轉換到發射模式需要5ms的時間，從時鐘模式轉換到發射模式需要50μs的時間。
圖2nRF902的應用電路