數(shù)字電力為電力傳輸帶來智能和安全

自從所謂的“電流之戰(zhàn)”——在 1880 年代后期，托馬斯·愛迪生和尼古拉·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了激烈的競(jìng)爭——沒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)簡化的框圖，它解釋了數(shù)字電力技術(shù)的工作原理。它首先采用模擬電力輸入（來自主電源或墻壁插座的交流電，或來自電池廠的直流電），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。

圖 1：數(shù)字電力框圖

數(shù)字電力

這種技術(shù)的典型用例可以用無線電來表示。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)無線電供電。

“We have developed what we call a packet energy transfer，” said Luke Getto， director of product management at VoltServer. “To make it very simple to understand， think about a square wave with a 75% duty cycle. For three-quarters of the packet， we are sending power， while for one-quarter of the same packet， we are doing what we call our safety check. The safety check allows us to know if the packet has been properly sent and received.”

在安全檢查期間，系統(tǒng)可以確定是否存在短路、電阻故障、開路等情況。只要沒有檢測(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僅為 1 焦耳左右。這允許 VoltServer 使用更高的電壓來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。“我們正在使用 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?！?/p>

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 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 W 的功率，在 300 米處提供 2，000 W 的功率， 100 米處的功率為 2，400 W，”Getto 說。

更高的功率通過輕型電纜從發(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。“在室內(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?！?/p>

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行為。這允許打開或關(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)資金的 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 18-AWG 通信電纜連接到 DRX8 接收器。然后接收器驅(qū)動(dòng)無人駕駛 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。

圖 3：VoltServer 的數(shù)字電力農(nóng)業(yè)平臺(tái)

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)布線更容易安裝長距離線路，并且符合 NEC 和 CEC 規(guī)范?！?/p>