แหล่งจ่ายไฟแบบแยกส่วนสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่อง: พลังงานที่เชื่อถือได้สำหรับพลังงานใหม่รถไฟการควบคุมอุตสาหกรรม & โทรคมนาคม

1. บทนำ — เหตุใดการดำเนินการอย่างต่อเนื่องจึงมีความสำคัญ

โครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัยต้องการการส่งมอบพลังงานอย่างต่อเนื่องมากขึ้น ซึ่งต่ออายุได้-โรงไฟฟ้าพลังงานการส่งสัญญาณรถไฟสายอัตโนมัติอุตสาหกรรมและสถานีฐานโทรคมนาคมมักจะทำงาน 24/7 และทนต่อการหยุดทำงานน้อยมาก แหล่งจ่ายไฟแบบแยกส่วน (ส.ส.) — ร้อน-การแลกเปลี่ยน, ปรับขนาดได้และการสร้างที่ให้บริการได้ — เป็นสถาปัตยกรรมที่ต้องการเพื่อตอบสนองความพร้อมใช้งานสูงการบำรุงรักษาและความต้องการความร้อนในสภาพแวดล้อมเหล่านี้

ประโยชน์ที่สำคัญของสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรสำหรับระบบต่อเนื่อง ได้แก่ ความซ้ำซ้อนการให้บริการออนไลน์ (ร้อน-แลกเปลี่ยน)ความสามารถที่ปรับขนาดได้การจัดการความร้อนที่ง่ายขึ้นและการเปลี่ยนสนามที่ง่ายขึ้น — ทั้งหมดนี้สั้นลงเวลาในการซ่อมแซม (MTTR) และปรับปรุงการทำงานของระบบ

2. ใหญ่-ข้อมูลรูปภาพและแนวโน้ม

• การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่คือ เทคโนโลยีพลังงานที่เติบโตเร็วที่สุดในปี 2566ด้วยการปรับใช้ทั่วโลกเพิ่มประมาณ 42 GW ความจุแบตเตอรี่ในปีนั้น — มากกว่าสองปีก่อน — สะท้อนให้เห็นถึงการดูดซึมอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างสมดุลระหว่างรุ่นทดแทนตัวแปร การเติบโตอย่างรวดเร็วนี้เป็นแรงผลักดันความต้องการ DC ที่แข็งแกร่ง/DC และ AC/DC Modular Power Systems สำหรับทั้งกริด-มาตราส่วนและด้านหลัง-ที่-การติดตั้งมิเตอร์ (แบตเตอรี่และการเปลี่ยนพลังงานที่ปลอดภัย — IEA- กริด-ข้อมูลการจัดเก็บพลังงานสเกล — IEA)-

• สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ไฮไลท์เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานกริด-การจัดเก็บสเกลจะต้องปรับขนาดอย่างมาก — สถานการณ์ IEA บ่งบอกถึงความหลากหลาย-ร้อย-GW ถึง> 1 TW-ความทะเยอทะยานในระดับปี 2573 ข้ามสถานการณ์ (กริด-ภาพรวมการจัดเก็บพลังงานสเกล — IEA)-

• ภาคโทรคมนาคมบัญชีสำหรับ ~2–3% การใช้ไฟฟ้าทั่วโลก- ผู้ให้บริการเครือข่ายแปลงแบตเตอรี่สำรองและเปิดมากขึ้นเรื่อย ๆ-โมดูลพลังงานไซต์เป็นสินทรัพย์ที่ยืดหยุ่น (เช่นโรงไฟฟ้าเสมือนจริง) ในขณะที่มองหาสูง-ระบบพลังงานโมดูลาร์ที่น่าเชื่อถือเพื่อเพิ่มเวลาทำงานและประสิทธิภาพของเครือข่ายให้สูงสุด (ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในเครือข่ายโทรคมนาคม — GSMA)-

3. ความท้าทายทางเทคนิคหลักสำหรับการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง

1. การจัดการความร้อน & การแลกเปลี่ยนตลอดชีวิต
   การดำเนินการอย่างต่อเนื่องจะยกระดับอุณหภูมิกรณีเฉลี่ยสำหรับโมดูลพลังงาน ทุก 10°การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิส่วนประกอบสามารถลดอายุการใช้งานได้อย่างมาก (แบบจำลองโดยทั่วไปโดย Arrhenius-ประเภทการเร่งความเร็วตลอดชีวิต)- การออกแบบสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรที่ดีใช้การพาความร้อนที่มีประสิทธิภาพ/การไหลเวียนของอากาศต่ำ-ขั้นตอนการแปลงการสูญเสียและความร้อนแบบอนุรักษ์นิยม

2. ความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าภายใต้โหลดตัวแปร
   โหลดทดแทนและอุตสาหกรรมอาจมีพลวัตสูง การควบคุมแบนด์วิดท์สูงระลอกคลื่นเอาท์พุทต่ำและการตอบสนองชั่วคราวที่รวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการโหลดที่ละเอียดอ่อน (เช่นอินเวอร์เตอร์ควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และปลายด้านหน้า RF)-

3. ความน่าเชื่อถือความซ้ำซ้อน & ความสามารถในการให้บริการ
   n+1 (หรือ 2n) ความซ้ำซ้อนแบบแยกส่วนร้อน-เปลี่ยนโมดูลพลังงานและการตรวจสอบการทำนาย (อุณหภูมิ, กระแส, ความเร็วพัดลม, สุขภาพของตัวเก็บประจุ) ลดเวลาหยุดทำงานที่วางแผนไว้และไม่ได้วางแผนไว้

4. อีเอ็มไอ/EMC และความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง
   ทางรถไฟและหนัก-สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมกำหนดข้อ จำกัด EMC ที่เข้มงวด การปฏิบัติตามข้อกำหนดกับตระกูล EN 50121 สำหรับ EMC ทางรถไฟและด้วยมาตรฐานความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ IEC นั้นจำเป็นสำหรับการปรับใช้ที่รับรองได้ (EN 50121 ทางรถไฟ EMC Standard- IEC 62368-1 มาตรฐานความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์)-

5. แบตเตอรี่ & การรวมการสำรองข้อมูล
   สถานีฐานโทรคมนาคมและการติดตั้ง BESS จำนวนมากขึ้นอยู่กับการสำรองแบตเตอรี่ การออกแบบโมดูลจะต้องรองรับช่วงอินพุตที่กว้างการชาร์จแบตเตอรี่/การควบคุมการปลดปล่อยและความเข้ากันได้กับลิเธียมและตะกั่วขั้นสูง-Chemistries กรดแนะนำสำหรับไซต์โทรคมนาคม (ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในเครือข่ายโทรคมนาคม — GSMA- พลังงานสีเขียวสำหรับมือถือ — GSMA)-

4. แหล่งจ่ายไฟแบบแยกส่วนในพลังงานใหม่ (PV, Wind, Bess)

ใช้กรณี:

• พัสดุเสริม PV อินเวอร์เตอร์ตู้ควบคุมพืชโหนด SCADA และชั้นวาง SCC

• กริด-Edge Bess Converters และ DC Distribution; โมดูลสองทิศทางสำหรับไฮบริด AC/DC microgrids

ลำดับความสำคัญในการออกแบบ:

• ประสิทธิภาพสูงในจุดปฏิบัติการทั่วไป (การสูญเสียต่ำลดความต้องการการระบายความร้อนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน)-

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้างเพื่อยอมรับแรงดันไฟฟ้าบัส DC ที่ผันผวนจากสตริงอินเวอร์เตอร์หรือสตริงแบตเตอรี่

• DC แบบแยกส่วน/อิฐ DC สำหรับการให้อาหารบัสและการบำรุงรักษาซ้ำซ้อนโดยไม่ต้องหยุดทำงานของโรงงาน

• การปฏิบัติตามกฎระเบียบและความปลอดภัยสำหรับระบบพลังงานแบตเตอรี่ (การลดความร้อน)-

ข้อมูล & เหตุผล:

• การปรับใช้แบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว (เพิ่ม 42 GW ในปี 2023) และการคาดการณ์ IEA สำหรับ Multi-การจัดเก็บพลังงานหลายร้อย GW ภายในปี 2573 ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความยืดหยุ่นเป็นการซื้อเชิงกลยุทธ์สำหรับโครงการทดแทน (แบตเตอรี่และการเปลี่ยนพลังงานที่ปลอดภัย — IEA)-

5. แอปพลิเคชันการขนส่งทางรถไฟ

ใช้กรณี:

• การส่งสัญญาณ&พลังงานประสานอิเล็กทรอนิกส์ออนบอร์ดการสื่อสารโทรคมนาคมและระบบข้อมูลผู้โดยสาร

ลำดับความสำคัญในการออกแบบ:

• ภูมิคุ้มกัน EMC ที่มีประสิทธิภาพและการปล่อยมลพิษที่ควบคุมเพื่อตอบสนองส่วน EN 50121 ที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณและ telemetry (EN 50121-4 มาตรฐานการส่งสัญญาณรถไฟ)-

• รางพลังงานซ้ำซ้อนพร้อมกับการสลับการควบคุมและการแยกกัลวานิกเพื่อรักษาความล้มเหลว-การดำเนินงานที่ปลอดภัย

• บรรจุภัณฑ์เชิงกลที่ทนทานการสั่นสะเทือน/ความทนทานต่อการกระแทกและช่วงอุณหภูมิกว้าง

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด:

• ใช้โดเมนพลังงานแยก (ควบคุม/ตรรกะกับสูง-แรงฉุด/ออกมา) ด้วยอุปกรณ์แยกส่วนที่แยกได้และการกรองท้องถิ่นเพื่อหลีกเลี่ยงการข้าม-การรบกวนโดเมน

6. ระบบควบคุมอุตสาหกรรม

ใช้กรณี:

• ชั้นวางของ PLC, ตัวควบคุมการเคลื่อนไหว, แอมพลิฟายเออร์เซอร์โว, เครือข่ายเซ็นเซอร์และโรงงาน O&ระบบ M ที่ทำงาน 24/7.

ลำดับความสำคัญในการออกแบบ:

• ประสิทธิภาพที่กำหนดภายใต้โหลดอย่างต่อเนื่องเสียงเอาต์พุตต่ำสำหรับ ADC/ด้านหน้า DAC และเซ็นเซอร์-สิ้นสุดและการปฏิบัติตามความปลอดภัย (IEC 62368-1 มาตรฐานความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์)-

• ซ้ำซ้อนn+1 การกำหนดค่าโมดูลสำหรับบรรทัดวิกฤต telemetry สุขภาพระยะไกลเพื่อกระตุ้นการบำรุงรักษาทำนาย

ตัวชี้วัดเพื่อตรวจสอบ:

• สถิติ MTBF และ MTTR ต่อตระกูลโมดูลการเจริญเติบโตของตัวเก็บประจุ ESR อัตราความล้มเหลวของพัดลมและแนวโน้มอุณหภูมิออนบอร์ด — ใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อปรับช่วงเวลาการบำรุงรักษาและการเก็บอะไหล่

7. วิศวกรรมโทรคมนาคม

ใช้กรณี:

• มาโคร/แบ็กเอนด์พลังงานของสถานีฐานขนาดเล็กโหนดข้อมูลขอบอินเตอร์เฟส BTS UPS

ลำดับความสำคัญในการออกแบบ:

• ความคาดหวังของการทำงานหนักสูง ผู้ให้บริการหลายคนออกแบบมาห้าคน-Nines หรือใกล้-ความพร้อมใช้งานอย่างต่อเนื่องสำหรับลิงก์ที่สำคัญ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากเครือข่ายโทรคมนาคมเป็นพลังงาน-เข้มงวด (~2–3% ของไฟฟ้าทั่วโลก) (ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในเครือข่ายโทรคมนาคม — GSMA)-

• การออกแบบโมดูลเพื่อทำงานกับ UPS และเคมีแบตเตอรี่ทั่วไปสำหรับโทรคมนาคม (วัฏจักรยาว-ชีวิตการทำงานที่อุณหภูมิกว้าง)- ให้ telemetry สำหรับสถานะแบตเตอรี่รอบการชาร์จและความจุที่เหลือ

8. การออกแบบ & ข้อควรพิจารณาในการปรับใช้ (รายการตรวจสอบที่ใช้งานได้จริง)

1. โทโพโลยีซ้ำซ้อน —n+1 หรือ 2n; ร้อน-ความสามารถในการแลกเปลี่ยนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการลดการหยุดทำงาน

2. ความร้อน & การออกแบบเชิงกล — การไหลเวียนของอากาศที่ใช้งานอยู่สำหรับอุณหภูมิโดยรอบการกรองฝุ่นในแทร็กไซด์/สิ่งกีดขวางทางอุตสาหกรรม

3. การตรวจ & การบำรุงรักษาทำนาย — SNMP/modbus/TCP telemetry; การบันทึกคลาวด์สำหรับการวิเคราะห์แนวโน้ม

4. มาตรฐาน & การรับรอง — IEC 62368-1, EN 50121 และ EMC ระดับภูมิภาคอื่น ๆ/ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ (IEC 62368-1 มาตรฐานความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์- EN 50121 ทางรถไฟ EMC Standard)-

5. วงจรชีวิต & การวางแผนล้าสมัย — ผู้ขายที่มีแผนงานผลิตภัณฑ์ยาวและรับประกันการเปลี่ยน

9. กรณีศึกษาขนาดเล็ก

A. PV + โรงงานเบส — ร้อนซ้ำซ้อน-แลกเปลี่ยน DC/ชั้นวาง DC ปรับปรุงเวลาขึ้นเป็น> 99.9% (แบตเตอรี่และการเปลี่ยนพลังงานที่ปลอดภัย — IEA)-
B. การส่งสัญญาณรถไฟใต้ดินในเมือง — EN 50121-โมดูลที่สอดคล้องกันลดเหตุการณ์การรบกวน (EN 50121-4 มาตรฐานการส่งสัญญาณรถไฟ)-
C. ไซต์มาโครบนดาดฟ้าโทรคมนาคม — เคมีแบตเตอรี่ที่ทันสมัย & Telemetry ปรับปรุงความพร้อมใช้งาน (พลังงานสีเขียวสำหรับมือถือ — GSMA)-

10. บทสรุป

แหล่งจ่ายไฟแบบแยกส่วนส่งมอบการรวมกันของความน่าเชื่อถือการบำรุงรักษาความยืดหยุ่นและการตรวจสอบที่จำเป็นโดยต่อเนื่อง-อุตสาหกรรมการดำเนินงาน ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของการจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ความต้องการ EMC ที่เข้มงวดขึ้นในทางรถไฟความเข้มของพลังงานและความต้องการด้านโทรคมนาคมและภารกิจ-ธรรมชาติที่สำคัญของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมการลงทุนในสถาปัตยกรรมพลังงานแบบแยกส่วนเป็นทั้งความจำเป็นทางเทคนิคและธุรกิจ