数字电力为电力传输带来智能和安全

自从所谓的“电流之战”——在 1880 年代后期，托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉之间在证明哪种电流（直流或交流）更适合电力传输方面展开了激烈的竞争——没有很多围绕电力的创新。

尽管电力在为我们的世界供电方面发挥着至关重要的作用，但交流或直流输电系统的内在危险性使得这些系统的部署和维护成本很高。为了使电力传输更安全、更高效，总部位于罗德岛东格林威治的公司 VoltServer 开发了一项名为数字电力（DE） 的专利技术。它使交流或直流电力能够以低压电力系统的安全性和经济性进行远程分配。

图 1 显示了一个简化的框图，它解释了数字电力技术的工作原理。它首先采用模拟电力输入（来自主电源或墙壁插座的交流电，或来自电池厂的直流电），并将其转换为数字电DE 功率发射器中的电流。之后，数字电力通过铜缆发送到 DE 电力接收器，该接收器将数字电力转换回 AC 或 DC，具体取决于用户希望在远程端为哪种负载供电。

图 1：数字电力框图

数字电力

这种技术的典型用例可以用无线电来表示。当移动服务提供商部署 4G 或 5G 网络时，他们希望将这些无线电部署到最适合射频覆盖和容量的地方，而这些地方通常恰好不是插座所在的地方。VoltServer 技术允许供应商使用与以太网供电 （PoE） 连接相同的实践类型为网络无线电供电。

“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.”

在安全检查期间，系统可以确定是否存在短路、电阻故障、开路等情况。只要没有检测到故障，系统就会继续发送能量包，而一旦检测到错误，则立即停止传输。数据包以非常高的速率发送——大约每秒 500 个数据包。但是，每个单独的数据包都需要少量的能量。如果检测到故障，则停止发送数据包，从而耗散到故障中的能量仅为 1 焦耳左右。这允许 VoltServer 使用更高的电压来降低电流并允许使用小导体 （18–16 AWG）。

“接收器是将数字电力转换回交流电或直流电的设备，”Getto 说。“我们正在使用 Vicor 转换器，因为它们的 DE 到 DC 转换非常高效。这允许我们的接收器更小，因为散热要少得多。我们接收器的效率接近 96% 到 98%，额定功率为 1，200 W。”

图 2 显示了 RX548 接收器，它具有四个数字电输入通道和 48-VDC 输出，并且防护等级为 IP65。

DE 与 PoE 不同，后者的功率限制为 90 W，最大范围为 100 米，并且在非常细的 CAT6 电缆上运行。这会产生大约 50 V 的电压和 2 A 的电流。但是，由于电缆非常小（仅 23 AWG），我们必须考虑电压降。因此，离 PoE 交换机越远，负载点可用的功率就越少。使用 Cat6 电缆，PoE 只能在 100 米的最大范围内提供 70 W。

根据 VoltServer 的说法，DE 也不同于 2 类低压电力系统，后者在 2 A 上提供 54 V，并通过 12/14/16 规格的电缆。如果我们需要让电源离电源更远，我们必须使用更粗、更不灵活且更昂贵的电缆。使用 14-AWG 电缆，2 类只能在 300 米处提供 80 W 的功率。

“使用与低压相同的布线实践，我们能够提供更高的功率，并且我们可以比 PoE 和 2 类走得更远：我们可以在 2 公里处提供高达 400 W 的功率，在 300 米处提供 2，000 W 的功率， 100 米处的功率为 2，400 W，”Getto 说。

更高的功率通过轻型电缆从发射器发送到接收器。在那里，使用Vicor 的高效 BCM6123 固定比率转换器，可以将其转换为负载。BCM6123 提供的电源效率允许将接收器放置在狭小的封闭空间中，这些空间太小而无法使用主动冷却。这允许 VoltServer 的平台以更小的接收器占用空间更有效地运行。

在应用方面，VoltServer Digital Electricity 可用于为安全摄像头、接入点或无线电、物联网设备等设备提供远程电源。DE 技术使这些设备几乎可以放置在任何地方。发射器可以与 UPS、电池系统或发电机一起放置在中央位置，以支持那里的所有电源。

“我们现在做很多的一个应用是室内农场，”Getto 说。“在室内农场，你必须为植物提供灯光。你必须基本上复制太阳。”

VoltServer 在这里提供的更像是一个 IT 网络，其中 DE 可以直接插入灯中。这是受控环境农业的一个示例，其中可以通过专用软件应用程序远程控制 LED，模拟从日出到日落的太阳行为。这允许打开或关闭每个 LED，缓慢地将它们提高到全能量或降低它们。好消息是，在室内农业设施中部署这些灯的成本最多可降低 20% 至 30%，而为灯供电的成本可高达建造室内农场资金的 50%。

图 3 显示了 VoltServer 的数字电力农业平台的示例。交流电网或微电网输入连接到一组 ETX8 发射器，能够在八个输出通道上提供 3 kW 的输出功率。每个发射器通过 18-AWG 通信电缆连接到 DRX8 接收器。然后接收器驱动无人驾驶 LED 灯具，为植物提供所需的光线。在 PC 上运行的专用软件应用程序控制发射机机架以实施自定义照明配置文件。

图 3：VoltServer 的数字电力农业平台

数字电力提供低压的优势以及交流高压的功率和距离能力。使用轻量级布线更容易安装长距离线路，并且符合 NEC 和 CEC 规范。