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数字电力为电力传输带来智能性和安全性

电流之战的下个篇章是有关数字电力的竞争。VoltServer 的专利技术可能会彻底改变未来执行远程布线的方式 — 按当前标准来衡量,会更快、更安全。

Agriculture lighting image

VoltServer™ 开发了一项被称为数字电力 (DE) 的专利技术。它可实现使用安全、经济的低压电力系统远程配送 AC 或 DC 电力。

19 世纪 80 年代末,托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉为证明哪种电流(AC 还是 DC)更适合电力传输展开了激烈的竞争,自从这场所谓的“电流之战”以来,有关电力的创新并不多。

尽管电力在为我们的世界提供动力方面发挥着重要作用,但 AC 或 DC 输电系统固有的危险属性使得这些系统的部署和维护成本高昂。为了使电力传输更安全、更高效,总部位于罗德岛东格林威治的 VoltServer 公司开发了一项名为 “数字电力 (DE)” 的专利技术。它可实现使用安全、经济的低压电力系统远程配送 AC 或 DC 电力。

图 1 是一个简化的框图,主要说明数字电力技术的工作原理。无论是来自输电干线或墙上插座的 AC 电源还是来自电池设备的 DC 电源,它首先需要一组模拟电力输入并在 DE 电源发射器中将其转换成数字电力。然后通过铜质线缆将数字电力发送至一个 DE 电源接收器,该接收器可根据用户想要在远端供电的负载类型,将数字电力转换回 AC 或 DC 。

Digital Electricity block diagram

图 1:  数字电力框图

数字电力

这种技术的典型使用案例的代表是无线电。当移动服务提供商部署 4G 或 5G 网络时,他们希望将这些无线电部署在最适合 RF 覆盖和容纳的地方,恰巧电源插座通常不在这些地方。VoltServer 技术允许提供商使用与以太网供电 (PoE) 连接相同的方式,将电源送至网络无线电。

VoltServer™ 产品管理总监 Luke Getto 表示:“我们开发出了一种解决方案,我们将其称之为能量传输包。为了便于理解,可以看看占空比为 75% 的方波。我们用四分之三的包来发送电力,用四分之一的包来执行所谓的安全检查。安全检查可让我们知道能量包是否已正确发送和接收。”

在安全检查期间,系统可以确定是否有短路、电阻故障以及开路等类似情况发生。只要没有检测到故障,系统就会不断发送能量包,一旦检测到错误,就会即刻停止发送。能量包发送的速率极高,每秒大约 500 个。但每个单包只有少量的能量。检测到故障时,就会停止发送能量包,因此故障消耗的能量大约仅为 1 焦耳。这不仅允许 VoltServer 使用更高的电压,减少电流,而且还允许使用较小的导体 (18 - 16AWG)。

Getto 讲道:“接收器是将数字电力转回 AC 或 DC 的设备。我们使用的是 Vicor 转换器,因为它们在将数字电力转换成 DC 电源时具有极高的效率。这有助于我们使用更小的接收器,因为热耗散得到了显著降低。VoltServer 接收器的效率接近 96% 至 98%,其额定功率为 1200W。”

图 2 是 RX548 接收器,它支持四个数字电力输入通道和 48VDC 输出,额定值为 IP65。

VoltServer RX548 receiver image

图 2:  VoltServer RX548 接收器。

据 VoltServer 介绍,DE 也不同于 2 类低压电源系统,该系统电流 2A 时电压为 54V,支持 12/14/16 规格线缆。如果我们需要把电力从电源转移到更远的地方,就必须使用更粗的线缆,其不仅灵活性更差,而且成本还更高。2 类电源系统使用 14AWG 线缆,在 300 米的范围内只能传输 80W 的电源。

Getto 指出:“我们能够使用与低压相同的布线,提供显著增加的电源,而且供电距离也比 PoE 及 2 类系统远得多:我们能在2 公里远的地方提供高达 400W 的功率, 300 米内提供 2,000W 的功率,100米内提供2,400W 的功率”

更高的功率通过轻量级线缆,从发射器发送到接收器。在那里使用 Vicor 的高效率 BCM6123 固定比率转换器,可将其降压转换至负载电压。BCM6123 提供的电源效率允许接收器布置在狭窄的封闭空间中,这些空间太小而无法使用主动散热。这使得 VoltServer 的平台能以更小的接收器封装更高效的工作。

就应用而言,VoltServer 数字电力可用于为安全摄像头、接入点或无线电,以及物联网设备等设备远程供电。DE 技术允许这些设备布置在几乎任何地方。发射器可布置在一个中心位置,与 UPS、电池系统或者发电机部署在一起,发电机用于备份所有电源。

Getto 说:“我们现在做得很多的一个应用是室内农场。在室内农场中,您必须为植物提供光照。总的来说,您必须复制太阳光。”

VoltServer 在这里提供的更像一个 IT 网络,DE 可直接插在灯中。这是一个控制环境农业的范例,可通过专用软件应用远程控制 LED,从而模仿太阳从日出到日落的行为。这允许对每个 LED 进行开关,慢慢地让它们充满能量或慢慢地让它们减少能量。令人高兴的是,在一个室内农业设施中部署这些灯的成本可降低 20% 至 30%,而为这些灯提供电源的成本可达到建一个室内农场所需资金的 50%。

图 3 是 VoltServer 数字电力农业平台的一个示例。AC 电网或微电网输入连接一系列 ETX8 发射器,能够通过 8 个输出通道提供 3kW 的输出功率。每个发射器通过一根 18AWG 通信线缆连接至 DRX8 接收器。该接收器随后可驱动无驱动程序的 LED 灯具,使其为植物提供所需的光照。在 PC 上运行的专用软件应用通过控制发射器机架来执行定制的照明配置文件。

VoltServer’s Digital Electricity agriculture platform image

图 3:  VoltServer 的数字电力农业平台。

Digital Electricity™ 可使用 AC 高电压的功率与远距离功能提供低电压优势。它不仅可使用轻量级线缆简化远距离安装,而且还符合 NEC 及 CEC 规范。

本文最初由 Power Electronic News 发表。

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