數(shù)字電力為電力傳輸帶來(lái)智能和安全

數(shù)字電力為電力傳輸帶來(lái)智能和安全

自從所謂的“電流之戰(zhàn)”——在 1880 年后期，托馬斯·愛(ài)迪生和尼古拉·特斯拉之間在證明哪種電流（直流或交流）更適合電力傳輸方面展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)——沒(méi)有很多圍繞電力的創(chuàng)新。

盡管電力在為我們的世界供電方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但交流或直流輸電系統(tǒng)的內(nèi)在危險(xiǎn)性使得這些系統(tǒng)的部署和維護(hù)成本很高。為了使電力傳輸更安全、更高效，總部位于羅德島東格林威治的公司 VoltServer 開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)名為數(shù)字電力(DE) 的專利技術(shù)。它使交流或直流電力能夠以低壓電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行遠(yuǎn)程分配。

圖 1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的框圖，解釋了數(shù)字電力技術(shù)的工作原理。它首先采用模擬電力輸入（來(lái)自主電源或墻壁插座的交流電，或來(lái)自電池廠的直流電），并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電DE 功率發(fā)射器中的電流。之后，數(shù)字電力通過(guò)銅纜發(fā)送到 DE 電力接收器，該接收器將數(shù)字電力轉(zhuǎn)換回 AC 或 DC，具體取決于用戶希望在遠(yuǎn)程端為哪種負(fù)載供電。

數(shù)字電力

這種技術(shù)的典型用例可以用無(wú)線電來(lái)表示。當(dāng)移動(dòng)服務(wù)提供商部署 4G 或 5G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，他們希望將這些無(wú)線電部署到最適合射頻覆蓋和容量的地方，而這些地方通常恰好不是插座所在的地方。VoltServer 技術(shù)允許供應(yīng)商使用與以太網(wǎng)供電 (PoE) 連接相同的實(shí)踐類型為網(wǎng)絡(luò)無(wú)線電供電。

VoltServer 產(chǎn)品管理總監(jiān) Luke Getto 說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了我們所謂的分組能量傳輸?！盀榱耸蛊浞浅Ｒ子诶斫猓?qǐng)考慮一個(gè)占空比為 75% 的方波。對(duì)于四分之三的數(shù)據(jù)包，我們正在發(fā)送電力，而對(duì)于相同數(shù)據(jù)包的四分之一，我們正在執(zhí)行我們所謂的安全檢查。安全檢查讓我們知道數(shù)據(jù)包是否已正確發(fā)送和接收。”

在安全檢查期間，系統(tǒng)可以確定是否存在短路、電阻故障、開(kāi)路等情況。只要沒(méi)有檢測(cè)到故障，系統(tǒng)就會(huì)繼續(xù)發(fā)送能量包，而一旦檢測(cè)到錯(cuò)誤，則立即停止傳輸。數(shù)據(jù)包以非常高的速率發(fā)送——大約每秒 500 個(gè)數(shù)據(jù)包。但是，每個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)包都需要少量的能量。如果檢測(cè)到故障，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)包，從而耗散到故障中的能量?jī)H為 1 焦耳左右。這允許 VoltServer 使用更高的電壓來(lái)降低電流并允許使用小導(dǎo)體 (18–16 AWG)。

“接收器是將數(shù)字電力轉(zhuǎn)換回交流電或直流電的設(shè)備，”Getto 說(shuō)?！拔覀冋谑褂?Vicor 轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈兊?DE 到 DC 轉(zhuǎn)換非常高效。這允許我們的接收器更小，因?yàn)樯嵋俚枚?。我們接收器的效率接?96% 到 98%，額定功率為 1,200 W?！?

圖 2 顯示了 RX548 接收器，它具有四個(gè)數(shù)字電輸入通道和 48-VDC 輸出，并且防護(hù)等級(jí)為 IP65。

DE 與 PoE 不同，后者的功率限制為 90 W，最大范圍為 100 米，并且在非常細(xì)的 CAT6 電纜上運(yùn)行。這會(huì)產(chǎn)生大約 50 V 的電壓和 2 A 的電流。但是，由于電纜非常小（僅 23 AWG），我們必須考慮電壓降。因此，離 PoE 交換機(jī)越遠(yuǎn)，負(fù)載點(diǎn)可用的功率就越少。使用 Cat6 電纜，PoE 只能在 100 米的最大范圍內(nèi)提供 70 W。

根據(jù) VoltServer 的說(shuō)法，DE 也不同于 2 類低壓電力系統(tǒng)，后者在 2 A 上提供 54 V，并通過(guò) 12/14/16 規(guī)格的電纜。如果我們需要讓電源離電源更遠(yuǎn)，我們必須使用更粗、更不靈活且更昂貴的電纜。使用 14-AWG 電纜，2 類只能在 300 米處提供 80 W 的功率。

“使用與低壓相同的布線實(shí)踐，我們能夠提供更高的功率，并且我們可以比 PoE 和 2 類走得更遠(yuǎn)：我們可以在 2 公里處提供高達(dá) 400 瓦的功率，在 300 米處提供 2,000 瓦的功率， 100 米處的功率為 2,400 W，”Getto 說(shuō)。

更高的功率通過(guò)輕型電纜從發(fā)射器發(fā)送到接收器。在那里，使用Vicor 的高效 BCM6123 固定比率轉(zhuǎn)換器，可以將其轉(zhuǎn)換為負(fù)載。BCM6123 提供的電源效率允許將接收器放置在狹小的封閉空間中，這些空間太小而無(wú)法使用主動(dòng)冷卻。這允許 VoltServer 的平臺(tái)以更小的接收器占用空間更有效地運(yùn)行。

在應(yīng)用方面，VoltServer Digital Electricity 可用于為安全攝像頭、接入點(diǎn)或無(wú)線電、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等設(shè)備提供遠(yuǎn)程電源。DE 技術(shù)使這些設(shè)備幾乎可以放置在任何地方。發(fā)射器可以與 UPS、電池系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)一起放置在中央位置，以支持那里的所有電源。

“我們現(xiàn)在做很多的一個(gè)應(yīng)用是室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)，”Getto 說(shuō)?！霸谑覂?nèi)農(nóng)場(chǎng)，你必須為植物提供燈光。你必須基本上復(fù)制太陽(yáng)。”

VoltServer 在這里提供的更像是一個(gè) IT 網(wǎng)絡(luò)，其中 DE 可以直接插入燈中。這是受控環(huán)境農(nóng)業(yè)的一個(gè)示例，其中可以通過(guò)專用軟件應(yīng)用程序遠(yuǎn)程控制 LED，模擬從日出到日落的太陽(yáng)行為。這允許打開(kāi)或關(guān)閉每個(gè) LED，緩慢地將它們提高到全能量或降低它們。好消息是，在室內(nèi)農(nóng)業(yè)設(shè)施中部署這些燈的成本最多可降低 20% 至 30%，而為燈供電的成本可高達(dá)建造室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)資本的 50%。

圖 3 顯示了 VoltServer 的數(shù)字電力農(nóng)業(yè)平臺(tái)的示例。交流電網(wǎng)或微電網(wǎng)輸入連接到一組 ETX8 發(fā)射器，能夠在八個(gè)輸出通道上提供 3 kW 的輸出功率。每個(gè)發(fā)射器通過(guò) 18-AWG 通信電纜連接到 DRX8 接收器。然后接收器驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛 LED 燈具，為植物提供所需的光線。在 PC 上運(yùn)行的專用軟件應(yīng)用程序控制發(fā)射機(jī)機(jī)架以實(shí)施自定義照明配置文件。

數(shù)字電力提供低壓的優(yōu)勢(shì)以及交流高壓的功率和距離能力。使用輕量級(jí)布線更容易安裝長(zhǎng)距離線路，并且符合 NEC 和 CEC 規(guī)范。

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