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數字電力為電力傳輸帶來智慧性和安全性

電流之戰的下個篇章是有關數字電力的競爭。VoltServer 的專利技術可能會徹底改變未來執行遠程布線的方式 — 按當前標準來衡量,會更快、更安全。

Agriculture lighting image

VoltServer™ 開發了一項被稱為數字電力 (DE) 的專利技術。它可實現使用安全、經濟的低壓電力系統遠程配送 AC 或 DC 電力。

19 世紀 80 年代末,托馬斯·愛迪生和尼古拉·特斯拉為證明哪種電流(AC 還是 DC)更適合電力傳輸展開了激烈的競爭,自從這場所謂的「電流之戰」以來,有關電力的創新並不多。

盡管電力在為我們的世界提供動力方面發揮著重要作用,但 AC 或 DC 輸電系統固有的危險屬性使得這些系統的部署和維護成本高昂。為了使電力傳輸更安全、更高效,總部位於羅德島東格林威治的 VoltServer 公司開發了一項名為 「數字電力 (DE)」 的專利技術。它可實現使用安全、經濟的低壓電力系統遠程配送 AC 或 DC 電力。

圖 1 是一個簡化的框圖,主要說明數字電力技術的工作原理。無論是來自輸電幹線或墻上插座的 AC 電源還是來自電池設備的 DC 電源,它首先需要一組模擬電力輸入並在 DE 電源發射器中將其轉換成數字電力。然後通過銅質線纜將數字電力發送至一個 DE 電源接收器,該接收器可根據用戶想要在遠端供電的負載類型,將數字電力轉換回 AC 或 DC 。

Digital Electricity block diagram

圖 1:  數字電力框圖

數字電力

這種技術的典型使用案例的代表是無線電。當移動服務提供商部署 4G 或 5G 網路時,他們希望將這些無線電部署在最適合 RF 覆蓋和容納的地方,恰巧電源插座通常不在這些地方。VoltServer 技術允許提供商使用與以太網供電 (PoE) 連接相同的方式,將電源送至網路無線電。

VoltServer™ 產品管理總監 Luke Getto 表示:「我們開發出了一種解決方案,我們將其稱之為能量傳輸包。為了便於理解,可以看看占空比為 75% 的方波。我們用四分之三的包來發送電力,用四分之一的包來執行所謂的安全檢查。安全檢查可讓我們知道能量包是否已正確發送和接收。」

在安全檢查期間,系統可以確定是否有短路、電阻故障以及開路等類似情況發生。只要沒有檢測到故障,系統就會不斷發送能量包,一旦檢測到錯誤,就會即刻停止發送。能量包發送的速率極高,每秒大約 500 個。但每個單包只有少量的能量。檢測到故障時,就會停止發送能量包,因此故障消耗的能量大約僅為 1 焦耳。這不僅允許 VoltServer 使用更高的電壓,減少電流,而且還允許使用較小的導體 (18 - 16AWG)。

Getto 講道:「接收器是將數字電力轉回 AC 或 DC 的設備。我們使用的是 Vicor 轉換器,因為它們在將數字電力轉換成 DC 電源時具有極高的效率。這有助於我們使用更小的接收器,因為熱耗散得到了顯著降低。VoltServer 接收器的效率接近 96% 至 98%,其額定功率為 1200W。」

圖 2 是 RX548 接收器,它支持四個數字電力輸入通道和 48VDC 輸出,額定值為 IP65。

VoltServer RX548 receiver image

圖 2:  VoltServer RX548 接收器。

DE 不同于 PoE,其仅限 90W 的功率,最远距离为 100 米,运行的 CAT6 线缆很细。这将产生大约 50V 的电压和 2A 的电流。但由于线缆很细(只有 23AWG),我们必须考虑压降问题。因此,离 PoE 开关越远,为负载点提供的电源就越少。PoE 使用 Cat6 线缆在 100 米的最远距离范围内,只能提供 70W 的电源。

據 VoltServer 介紹,DE 也不同於 2 類低壓電源系統,該系統電流 2A 時電壓為 54V,支持 12/14/16 規格線纜。如果我們需要把電力從電源轉移到更遠的地方,就必須使用更粗的線纜,其不僅靈活性更差,而且成本還更高。2 類電源系統使用 14AWG 線纜,在 300 米的範圍內只能傳輸 80W 的電源。

Getto 指出:「我們能夠使用與低壓相同的布線,提供顯著增加的電源,而且供電距離也比 PoE 及 2 類系統遠得多:我們能在2 公裏遠的地方提供高達 400W 的功率, 300 米內提供 2,000W 的功率,100米內提供2,400W 的功率」

更高的功率通過輕量級線纜,從發射器發送到接收器。在那裏使用 Vicor 的高效率 BCM6123 固定比率轉換器,可將其降壓轉換至負載電壓。BCM6123 提供的電源效率允許接收器布置在狹窄的封閉空間中,這些空間太小而無法使用主動散熱。這使得 VoltServer 的平臺能以更小的接收器封裝更高效的工作。

就應用而言,VoltServer 數字電力可用於為安全攝像頭、接入點或無線電,以及物聯網設備等設備遠程供電。DE 技術允許這些設備布置在幾乎任何地方。發射器可布置在一個中心位置,與 UPS、電池系統或者發電機部署在一起,發電機用於備份所有電源。

Getto 說:「我們現在做得很多的一個應用是室內農場。在室內農場中,您必須為植物提供光照。總的來說,您必須復製太陽光。」

VoltServer 在這裏提供的更像一個 IT 網絡,DE 可直接插在燈中。這是一個控製環境農業的範例,可通過專用軟件應用遠程控製 LED,從而模仿太陽從日出到日落的行為。這允許對每個 LED 進行開關,慢慢地讓它們充滿能量或慢慢地讓它們減少能量。令人高興的是,在一個室內農業設施中部署這些燈的成本可降低 20% 至 30%,而為這些燈提供電源的成本可達到建一個室內農場所需資金的 50%。

圖 3 是 VoltServer 數字電力農業平臺的一個示例。AC 電網或微電網輸入連接一系列 ETX8 發射器,能夠通過 8 個輸出通道提供 3kW 的輸出功率。每個發射器通過一根 18AWG 通信線纜連接至 DRX8 接收器。該接收器隨後可驅動無驅動程序的 LED 燈具,使其為植物提供所需的光照。在 PC 上運行的專用軟件應用通過控製發射器機架來執行定製的照明配置文件。

VoltServer’s Digital Electricity agriculture platform image

圖 3:  VoltServer 的數字電力農業平臺。

Digital Electricity™ 可使用 AC 高電壓的功率與遠距離功能提供低電壓優勢。它不僅可使用輕量級線纜簡化遠距離安裝,而且還符合 NEC 及 CEC 規範。

本文最初由 Power Electronic News 發表。

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