一、直流電源系統簡介
　　
　　發電廠和變電站的直流電源系統是保證操作電源、繼電保護裝置、自動控制裝置、計算機監控系統、通信系統、遙視安防系統等在發電廠和變電站失去交流電源時仍能正常工作的重要安全設施。數十年來人們一直在沿用如圖1所示的模式構造直流電源系統。
　　
　　圖1中的整流充電器、蓄電池組、絕緣電壓監察裝置及負荷在技術水平上都經歷了極大的變革:充電器從早期的汞弧整流器、硒整流器、硅整流器、晶閘管整流器到現在的開關電源;蓄電池從維護煩雜、腐蝕氣體*的低壽命到如今的免維護密封高能蓄電池;監察裝置從原始的分立元件電磁繼電器到微機全智能化監控系統;不僅如此負荷性質也有了極大的變化，過去以高耗低效的負荷為主，而現在大部分設備都是低耗的微機型設備，尤其應指出的是這些設備幾乎都是交直流電源兩用設備。這一進步不得不喚起人們關注直流電源系統的技術改造，改造的目標就是提高系統的性能/價格比。
　　
　　下面將著重討論供繼電保護、自動裝置、信號系統、計算機監控系統、通信系統、遙視安防系統、大屏幕顯示系統等使用的直流系統改造問題。而討論的起點則是從不間斷電源UPS（UnintemptablePowerSupply）開始。
　　
　　二、變電站二次設備的傳統供電可靠性
　　
　　發電廠和變電站有為數不少的負荷需保證不間斷供電，尤其在事故狀態時更不允許供電中斷。以火電廠的電氣二次設備為例:計算機監控系統、繼電保護裝置、安全自動裝置、斷路器跳閘及合閘操作回路、預告及事故信號回路、控制室長明燈、設備位置信號、事故照明、通信系統、大屏幕顯示系統、遙視警戒系統等都要求不間斷供電。目前，解決不間斷供電的途徑是由蓄電池組供電，或由UPS供電[1]。現在幾乎在所有的發電廠和變電站都可以看到這樣的設計，這一供電方式似乎還會延續下去。然而，人們忽視了近20年來發電廠和變電站的大量（幾乎全部）二次設備在電源供給上發生了一個根本性的變革，即當今這類裝置內部都使用了小巧、的逆變開關穩壓電源。它不再限于只能由交流電源供電，而且還可以由直流電源供電。顯然，只要發電廠和變電站有了由蓄電池組產生的可靠直流電源，就能確保所有二次設備不會因交流電源停電而停止工作。于是UPS對發電廠和變電站而言就純屬多余，它不僅耗費了不菲的資金，而且使電源系統又多了一個引發故障的環節。
　　
　　圖2是傳統二次設備的供電系統示意圖。

　　
　　圖2中充電器左側的UPS在交流電源停電時，利用自帶的蓄電池經過逆變轉換為交流電壓繼續供電、持續供電時間取決于蓄電池的容量。充電器右側的逆變器實質是不帶蓄電池的UPS，它將電站蓄電池組提供的直流電源逆變為交流電源，保證對負荷的不間斷供電，從某種意義上講圖2中左右兩側都使用了逆變技術，只不過是蓄電池的來源不同而已。
　　
　　三、逆變開關穩壓電源
　　
　　體積小、重量輕、效率高、干擾小、調壓范圍廣的逆變開關穩壓電源取代了體積大、重量重、效率低、干擾大、調壓范圍窄的線性穩壓電源。這一變化帶來的更大價值是后者只能取用交流電源，而前者則交直流電源通用，這就為在既有交流電源又有直流電源的發電廠和變電站奠定了廢除UPS的基礎。圖3是一個線性穩壓電源的原理示意圖。
　　
　　交流電壓經過變壓器TC將電壓降低到給定值后由整流器VC整流為直流電壓U1，再通過三端穩壓器VST輸出規定的穩定直流電壓U0;C1，C2，C3為濾波電容。U0提供該二次設備所需的直流電壓，由于負荷變化所引起的電壓波動均由VST吸收，從而保證U0的穩定。為了使負荷在一定范圍內變動時U0足夠穩定，就要求VST能較大范圍地吸收電壓的波動，因而VST的功耗很大。再加上笨重的變壓器，所以這種穩壓電源技術指標極差。
　　
　　由于一般電子電路的工作電壓都是較低的直流電壓，例如5V,l2V,24V等，所以變壓器TC將電壓降低并起電磁隔離作用就是*的部件。正是由于這個變壓器的存在，就注定只能使用交流電源。
　　
　　圖4是一個脈寬調制（PWM）原理的逆變開關穩壓電源的原理示意圖。

　　
　　開關晶體管VT1和高頻變壓器TP的W1及W3繞組構成了一個自激振蕩開關電路，交直流電源經LC噪聲濾波器后通過整流器VC整流得到直流電壓U1。當開關管VT1導通時TP的次級繞組W2無輸出電流。而當VT1截止時則W2將變壓器的儲能輸出。由于VT1在振蕩過程中交替導通和截止，工作在開關狀態，所以變壓器TP的繞組W2輸出為一個占空比受晶體管VT2控制的矩形波電壓，經過二極管VD整流及電容C濾波后即得到平滑的直流輸出電壓U0供負荷使用。比較放大器AJ通過分壓器R1，R2取得輸出電壓U0的當前值，再與穩壓管VS的標準電壓比較，輸出與電壓偏差成比例的電流控制線性光藕合器的LED電流，進而調節晶體管VT2的基極電流，改變振蕩電壓的占空比，從而實現電壓的穩定調節。
　　
　　不難看出開關電源靠調節振蕩矩形波電壓的占空比穩定電壓，開關管VT1交替工作在開（電阻極?。┖完P（電阻極大）兩個狀態，因此功耗極小，且由于將矩形波進行整流很容易得到平滑的直流輸出電壓，因此目前各種電子設備幾乎全都淘汰了線性穩壓電源，例如計算機、打印機、顯不器、服務器、微機繼電保護、微機自動裝置、路由器、RTU、測量儀表甚至DVD、電視機、錄像機、手機等都采用開關電源。圖4中沒有圖3中的電源變壓器TC，電源通過由高頻電感L及電容C組成的噪聲濾波器后直接施加到整流器VC上。不難看到，不管是直流電壓或是交流電壓加到整流器后，輸出的都是直流電壓，只不過輸入交流電壓時全波整流橋的兩對橋臂交替導通，而輸入直流電壓時只有一對橋臂持續導通，在整流二極管容量足夠且濾波的容量足夠大的前提下絲毫不影響穩壓電源的輸出電壓和功率。
　　
　　由此可見，把發電廠和變電站現成的直流電源直接作為各個二次設備的電源，摒去傳統二次設備供電系統中的UPS和逆變器（見圖2），不僅節省投資，而且提高了直流電源系統的可靠性。
　　
　　四、分布式直流電源系統
　　
　　分布式控制提高了系統的可靠性和運行速度，并使系統結構清晰，擴展方便。概括地說分布式控制系統就是分散危險性，避免高度集權所造成全軍覆沒的毀滅性后果[2]。
　　
　　發電廠和變電站對直流電源從來都是重視的，因為它涉及到對zui要害設備的供電，所以都盡可能減少直流電源的負荷數量、減少直流電纜的敷設長度，從而避免為數不多（一組或兩組蓄電池）的直流電源遭受侵害而停電。
　　
　　在以前的設計中未曾考慮所有二次設備都直接取用直流電源，盡管它們都具備這個條件，而且這樣做不僅省去了用于UPS的投資，更重要的是提高了可靠性，因所有二次設備都處在交、直流電源同時供電的雙保險狀態。在闡述分布式直流電源系統的方案之前，先提供一個作者已使用多年的交直流電源無縫切換電路，如圖5所示。

　　
　　圖5的虛線左面為交、直流電源自動無縫切換電路，交流電源經變壓器TC次級輸出到整流器VC及濾波電容C，得到整流后的直流電壓UJ，設計時使UJ略高于直流電源電壓UZ，這樣由于二極管VD1，VD2被反偏，形成負載電流*由UJ供給，一旦交流電源消失，UJ下降到低于Uz時，VD1，VD2反偏消失，直流電源無縫進入帶負荷狀態，二極管VD3，VD4則用于防止直流電源倒灌。如果發電廠和變電站的二次設備按這種模式設計電源系統，比起用UPS既省錢又更可靠。
　　
　　現在的蓄電池與20年前相比已有了很大改進，其體積小、容量大、免維護。當前的逆變開關電源同樣是體積小、容量大、效率高且自動化程度高，還可實現遠程監控和維護;再加上所有二次設備都能夠直接取用直流電源，這些*的硬件條件已足以支持產生分布式直流電源系統。作者認為分布式直流電源系統應具備以下特點:
　　
　　a.充電器、蓄電池組、監控設備三合一、組成獨立的直流電源屏。
　　
　　b.二次設備按工作性質及負荷大小分組，每組二次設備由一面與諸設備并列布置的直流電源屏供電，即直流電源屏下放到二次設備安裝地。
　　
　　c.多面直流電源屏共用一面備用直流電源屏，并能實現備用電源自動切換。
　　
　　d.各直流電源屏的監控設備通過現場總線或局域網受控于上位控制機。
　　
　　不難看出，這樣的直流電源系統不同于過去由1-2組蓄電池組集中供電的方式，由于電源及負荷在地域上進了分散，縮短了電源電纜供電距離。減少了每組蓄電池組的供電范圍，大大降低了直流系統接地和故障概率，并且減少了維護工作量。