分布式电源系统因功率大小和负载需求不同而结构各异,按照模块的组合方式,可以分为级联、并联、串联、以及串并联组合等,其中级联和并联组合两种方式最为常用。分布式电源系统具有下列一些特点。

1)热管理简化

在中大功率的集中式电源系统中,除功率变换器外,人们印象最深刻的就是大量的机械部件,如输出母线、散热器、辅助散热系统等。而在分布式电源系统中,由于功率处理单元分布在不同的物理位置,其热源是分散的,因而可以简化散热设计,降低系统成本。在某些系统中,甚至可以利用系统自身的传导和辐射来实现散热,从而省却散热装置。

2)高性能、高效率、高功率密度

随着负载需求电压的不断降低和电流的不断增大,集中式电源系统由于远离负载,其导线压降不仅会影响负载端电压的稳定,而且使效率降低。而在分布式电源系统中,由于板载电源模块和负载点电源模块靠近负载,负载电压稳定,导线损耗几乎为零;同时,系统中远距离传送的是母线电流,而母线电压一般较高,母线电流与负载电流相比要小得多,因此线损会大幅减小,可有效提高系统效率,由此可进一步降低对散热的要求。与此同时,交错并联、同步错相技术的采用,可以等效提高开关频率、降低电压电流脉动,从而减小滤波器的总体积。因此分布式电源系统功率密度比集中式电源系统有明显提高。

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分布式电源

3)可靠性高

相对于集中式电源系统而言,分布式电源系统通常采用(N+R)的并联方式进行备份。其中 N 是指系统正常工作所需要的最少模块数,而 R(通常 R=1)是冗余备份的模块数,它可以保证在 R 个模块发生故障时系统依然正常供电。除此之外,同步错相技术的引入可以等效提高系统的带宽,从而可以对诸如过载、短路等故障作出更迅速的响应,从而提高系统的可靠性。

4)可维护性好、有效性好

系统有效性是指系统的预计有效工作时间,一般采用平均故障间隔时间(Mean time between failures,MTBF)或平均维修时间(Mean time to repair, MTTR)来衡量。由于分布式电源系统中的每个功能单元中都采用多个模块并联冗余工作,因此其有效性比集中式电源系统有较大改善。在维修时,通常是更换失效的标准模块,而且可以采用热插拔技术对失效模块进行在线更换,由此保证系统的不间断供电。因此从这个角度来讲,分布式电源系统的可维护性要远比集中式电源系统好。

5)标准化、模块化、系统设计灵活

如果采用集中式电源系统,那么对于不同的要求,整个系统需要特别设计。而采用分布式电源系统,则可以采用标准化的模块,通过不同组合,来满足不同的系统需求。显然,这将大幅度缩短系统开发周期、降低开发成本。同时,分布式电源系统可以采用“很复杂”的结构以满足不同设备的高性能要求。比如通过模块并联实现系统热插拔,通过级联方式采用 POL 以解决宽输入范围问题。为了保证系统的可靠性,还可以采用多个电源联合给系统供电。