低功耗电路实现方法精选(九篇)

第1篇：低功耗电路实现方法范文

关键词:低功耗;SoC;CMOS;功耗估计;

The Application of Low-Power Methods in SoC Design

Abstract: SOC design occupies an important position in IC design market. The low-power design is an important part in SoC design process. This paper firstly gives a comprehensive analysis of the composed of CMOS circuit power consumption and the related theory of power estimation, then analyzes the SoC low-power design theory of various design levels in detail.

Keywords: low-power,SoC,CMOS,power estimation

1引言

随着工艺水平的不断发展,集成电路设计已经进入超深亚微米(Deep Sub-Micron,DSM)和纳米的SoC时代,设计规模越来越大,单一SoC芯片的集成度已经达到了上亿门。在之前的集成电路设计中,设计者首要关心的芯片性能往往是面积与速度,然后才是功耗。到了深亚微米阶段,功耗设计在芯片设计中所占的比重开始上升到与面积和速度同等重要的程度,设计人员需从功耗、性能和成本三者之间取得折衷。据统计数据分析,目前市场上的一些功能强大的微处理器芯片功耗可达100-150 W,平均功耗密度可达50-75 W/cm2。而芯片上某些热点(hot spots)的功耗更是数倍于这一数值。功耗问题的重要性在便携式数码产品芯片的设计中显现的尤为突出。便携式产品要求重量轻、电池续航时间长,而电池技术发展不能跟上这一要求,这就间接使芯片的低功耗设计面临更严峻的挑战。

2集成电路功耗组成

对SoC芯片进行低功耗设计,首先必须从各个方面弄清集成电路的功耗组成,然后采用适当的方法,有针对性地对设计从系统方案到物理版图各个设计阶段进行低功耗分析。由于在当前芯片设计制造中,CMOS电路仍然占据主要位置,以下将从CMOS电路的特点入手讨论数字集成电路的功耗组成。

2.1 功耗组成

SoC中的功耗大致可分为三个部分,即处理器功耗、通讯功耗以及存储器功耗。处理器功耗和通讯功耗又可统称为逻辑电路功耗。

CMOS逻辑电路功耗主要有两部分组成,即动态功耗与静态功耗。动态功耗是指当芯片处于激活(active)状态时,也即信号发生跳变时的功耗;静态功耗是指芯片处于未激活状态或者说没有信号的跳变时的功耗。

2.2 动态功耗

在CMOS电路中,动态功耗主要由交流开关功耗和直流开关功耗两部分组成。交流开关功耗又称为负载电容功耗,是指电路对负载电容充放电形成电流所引起的功耗;直流开关功耗又称短路功耗,是指输出电压变化时由PMOS管和NMOS管在同一时间导通产生的瞬态电流所引起的功耗。

2.2.1 交流开关功耗

交流开关功耗由门的输出电容充放电形成,是CMOS电路动态功耗的首要来源。以CMOS反相器为例,设电源电压为Vdd,输出端负载电容为CL。当输入信号电平分别由高向低或由低向高转换时,对应输出端情况分别为Vdd对电容CL的充放电,从而形成了交流开关功耗,如图1所示。交流开关功耗表示如下。

PD =αCLfVdd2

式中,α为节点的翻转概率,f为电路时钟频率。

2.2.2 直流开关功耗

由于在实际电路中,输入信号的跳变过程总是需要一定的时间,因此当输入电压落到VTn和Vdd-|VTp|的区间内时(VTn和VTp 分别为NMOS管和PMOS管的阈值电压),两管会同时处于导通状态,从而在电源与地之间产生了一条电流通路。由此短路电流产生的功耗就叫做直流开关功耗,也称为短路功耗,如图2所示。

2.3 静态功耗

静态功耗主要是指泄漏电流所引起的功耗,又称泄漏功耗。CMOS电路中主要存在有四种泄漏电流:亚阈值泄漏电流(IDS)、栅泄漏电流(IGATE)、门栅感应漏极泄漏电流(IGIDL)以及反偏结泄漏电流(IREV)。芯片的静态功耗就是由总的泄漏电流引起的功耗之和。可表示为:

Pleakage =Vdd*(IDS +IGATE +IGIDL +IREV)

短路功耗和静态泄漏功耗在深亚微米工艺下占总功耗的比例很小,基本达到可以忽略的程度,此时开关功耗是主要因素。然而,随着工艺技术发展到纳米工艺水平时,泄漏电流造成的功耗将会大大地增加,在某些65 nm工艺中,泄漏电流大小已经达到接近动态电流的水平。

2.4 存储器功耗

存储器是SoC系统的重要组成部分。随着视频、音频等多媒体芯片上存储应用的迅速发展,存储系统功耗日益增加,已经成为SoC系统功耗的重要组成部分。由于在SoC系统设计中,要实现设计功能,往往需要对存储器频繁读写,这样势必会增加大量存储器系统功耗,因此,需要研究可行的设计方案来降低由于存储系统引起的功耗,以提高系统性能,保证系统能够稳定工作。

3低功耗设计方法及实现

在SoC芯片设计流程的各个阶段都需要进行低功耗设计的分析,并采用合适的方法进行低功耗设计。根据集成电路的设计流程由高到低具体包括体系结构级、电路级、寄存器传输(RTL)级以及门级与晶体管级设计。而在进行低功耗设计之前,则首先要进行功耗估计,从整体了解设计的功耗信息以及把握功耗优化的效果。

3.1 功耗估计技术

功耗估计技术是进行系统芯片功耗优化的重要环节,设计过程中如果没有对设计准确迅速的功耗估计,就无法把握所使用的功耗优化技术的效果,低功耗设计也就无从谈起。另外,通过功耗估计能尽早发现电路设计中存在的一些功耗问题,从而尽量避免可能出现的由功耗问题引起的重复设计。功耗估计的方法分为概率分析法和仿真分析法。

概率分析法可以快速估算功率,但精确度有限。目前使用较多的是基于矢量输入的动态仿真方法,即使用仿真工具利用综合或是布局布线阶段得到的门级网表进行动态仿真,得到电路的开关活动性信息,再进行反标,然后根据工艺库的数据从而得到具体功耗。利用动态仿真方法进行功耗分析的关键因素有两个:一是要能够提供合适的输入信号矢量;二是需要足够长的时间进行动态仿真以确保其覆盖率。

3.2 体系结构级设计

进行体系结构设计时,首先可以利用并行处理的技术,在不影响电路基本工作性能的基础上尽量降低其工作频率,从而大大降低功耗。其次,流水线技术也是降低功耗的重要途径之一。其核心思想就是将系统中相同或者相似的一系列操作通过时间上串行,空间上并行的方式实现,其时空图如图3所示。

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图中以五级流水线为例,运算总共分成完成时间近似相等的五个步骤,和之前相比,路径长度缩短为原来的,这样,在一个时钟周期t内,充放电电容变为原来的。因此,在相同的电路速度下,可以采用较低的电源电压来驱动系统工作,从而降低了系统功耗。

3.3 电路级设计

通常在SoC电路设计中往往会包含较多的总线,而总线一般都会给电路带来长连线、大电阻和大负载等效应。由此引起的功耗约占总功耗的15%～20%以至更高,因此电路总线的低功耗设计技术也成为SoC设计重点考虑的问题之一。目前比较成熟的总线低功耗设计技术是减摆幅设计Vswing 。定义输出电压高电平为,那么跳变功耗表示如下:

Ps =AVCVswing f

由此可见,降低Vswing 可以达到降低功耗的目的。

另外,电荷再循环总线结构(Charge Recycling Bus)是另外一种降低总线功耗的技术,它把整个电势差分成几等份,利用总线各数据位电容上存储的电荷电势的变化来传输数据,其本质上也是利用了减摆幅技术。

3.4 RTL级设计

3.4.1门控时钟设计

门控时钟是一种应用较为广泛的低功耗设计技术。它是通过减少电路中冗余状态翻转,即让一些暂时不工作的单元处于非触发状态,当需要这些单元工作时,再用使能信号进行触发。借助门控时钟插入技术可以减小由于不必要的时钟跳变而产生的动态功耗。如图4所示,使用控制信号en来完成门控。门控后的时钟信号gclk送到寄存器中。这样,当en为“0”时,该时钟被关掉;en为“1”时,clk被传送给gclk,寄存器正常工作。

在实际的设计过程中,可以借助DC中Power Compiler工具中的相关命令,实现门控单元的插入。

3.4.2 操作数隔离

操作数隔离主要是针对系统中的算术、逻辑运算模块进行低功耗设计,其核心思想是增加额外的数据选择器,通过控制选择器的使能端,在不需要进行算术以及逻辑运算时,使这些模块的输入保持为“0”,从而不让操作数进来,输出结果不会翻转;而如果需要进行这方面的运算时,再将它们打开。

如图5所示为利用操作数隔离设计一个简单加法器的例子。当系统不需要加法运算的时候,adder_en信号为“0”,则加法器的两个输入端都保持“0”,其输出不会发生任何翻转,不会产生动态功耗,而如果需要进行加法运算时,adder_en变成“1”,数据端a,b信号被送入加法器进行加法运算。

3.4.3 存储器分块访问

一个系统中往往需要引入片上存储器,用来存储特定的指令集或运算的中间结果,而片上存储器的加入则会引起功耗的增加。如前所述,SoC设计中存储器带来的功耗已经越来越不容忽视,必须采用适当的设计方法降低存储器的功耗。

存储器分块访问方法是指根据电路中存储器的工作情况,将系统所需要的一定容量的存储器分成相同容量大小的两块或多块,然后通过适当的片选译码实时决定哪片存储器处于工作状态。当然,利用这一方法降低功耗的同时也会不可避免的增加芯片的面积,因此设计中要权衡考虑。

3.5 门级与晶体管级设计

门级与晶体管级是在芯片功耗、性能之间进行折中的最直接的设计层次。在门级设计阶段,主要方法是将节点翻转率比较高的逻辑门合并到复杂的门电路中,从而降低节点的等效电容,以达到降低功耗的目的。另外,逻辑门驱动能力大小的选择也会影响到功耗,一般尽量选择节点电容较小的逻辑门以降低功耗,但这样做也可能会对电路的时序产生相应影响。

晶体管级设计阶段,一般采取先进的制造工艺来降低功耗。比如,采用更小的晶体管特征尺寸使电路负载电容减小,从而使电路的开关功耗随之减小。另外还可以采用低阈值电压器件降低功耗,由于高阈值电压可以有效地减少电路的亚阈值漏电流功耗,减小阈值电压会导致静态功耗呈指数级增加。因此,可以在电路的非关键路径上采用高阈值电压的逻辑器件,在关键路径上采用低阈值电压器件以取得电路性能和功耗的折中。

4 总结

随着工艺的发展,芯片集成度的规模与日俱增,单一SoC芯片的功耗也逐渐达到让人难以接受的

(下转第46页)

程度。功耗问题在深亚微米及纳米工艺条件下系统设计中的瓶颈效应日益加剧,低功耗设计也成为新一代SoC设计方法学的重要内容。低功耗设计贯穿于SoC设计的各个层次中,从最顶层的体系架构设计到最底层的晶体管级设计,都有低功耗设计思想的体现。

参考文献

[1] Keating M, Flynn D, Aitken R,et al. Low power Methodology Manual for System-on-Chip Design [M]. NewYork: Springer, 2007: 34-38.

[2] Emnett F, Biegel M. Power Reduction Through RTL Clock Gating [R]. SNUG Conference, San Jose, 1999.

[3] Mehra R, Rabaey J. Behavioral Level Power Estimation and Exploration. In Proc. Int. Workshop Low Power Design, Napa Valley, CA, Apr. 1994, Piscataway, NJ, IEEE press 1994: 197-202.

[4] Rabaey J M. Low Power Design Essentials [M]. NewYork: Springer, 2009: 55-58

第2篇：低功耗电路实现方法范文

关键词 石油测井；高温电子线路；设计方法

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0102-01

如何保障电子系统在高温环境下正常的运作，是本文研究的主要的问题。因为，在石油测井时，仪器通常都是在井下几千米以上的深井中工作，这种环境通常伴有：剧烈震动、压力大以及温度高等特点。电子线路将很难在这种环境下保持正常的运作。

1 温度对电路的影响

温度对电子线路的影响最主要还是对电子元件的影响。随着温度的变化，使得电子元件的一些特征和性能产生变化，从而影响到电路。

1）温度半导体元件的影响。设计高温电路，则必须先解决元件的问题。半导体是现代集成电路元件的主要材料，它一种热敏材料，随着温度升高，它的许多参数也将会随之变化，特别是本征承载流子的密度还与温度成正比，从而使得PN结的反向电流增加的很明显，进而导致功率损耗增加，噪声增大以及阻抗降低，最后，随着温度逐渐的升高，电子元件的内部结构受到破坏，致使电子元件的性能受损。有实验表明：随着半导体结温每10℃的增加，元件无故障时间将缩短一倍。所以，降低对半导体结温的要求，是设计高温电路的重点。

2）耐高温的电子元件。所有电子元件都有其的高温额制限度，由于元件工作自身也会产生温度，所以工作时元件的温度一般都会高于工作环境的温度。设计时，元件工作最高的温度不能超过其本身的温度允许值。所以，在设计时：①元件的选择上，应尽量额选择温度最高允许值大的的元件。在选择半导体元件时，应该注意不宜选用结温较低的锗件，而应该选用结温较高的硅件；②尽可能的减少电路系统功率的消耗，降低元件散热性的要求；③在设计上尽可能的增加热导和减少热阻，促使降低低功率消耗和最高允许结温的要求。元件的热阻是有两个部分组成的。其分别是，件外热阻：电子元件外壳到周围环境的热阻；件内热阻：电子芯片内部到外壳之间的热阻。确定件外热阻的因素有多种。一般是由：器件引线框材料和结构，半导体芯片的尺寸，压焊丝材料，芯片粘结材料，表面积的大小和直径以及器件外壳的材料所决定的。而件内热阻主要和组装件的组装密度、元件、结构材料、功率分布等等有关。

2 设计高温电路

高温电路的设计目前有三种方法可以实现。其分别是：传统、混合电路、HTASIC方法。

1）传统设计。传统的设计方法一般只是在设计和制造时将高温特性考虑进去的依照普通环境进行的系统设计方法。这种设计方法既要使用一些热设计去调整元件的功率，还得选用耐高温元件，但要在150℃以上的高温环境下正常工作还是很难实现的。别的高温元件也大概如此。不过可以用降温的方法来降低电路的温度，促使仪器内温度保持长时间在150℃以下，完成所需的测量。

传统的设计方法，对于短期的应用时可行的，甚至一些很复杂的电路也能用到。然而在长期的高温下应用，可靠性不高。因为，电路的无源与有源部分之间的互联部分在长期的应用下很容易老化。

2）混合电路设计的方法。我们将同时在一块基体上应用现成集成芯片和薄厚膜技术的方法称之为混合电路设计的方法。它是一种介于HTASIC和传统之间的方法。相对于传统技术，混合电路的功耗要低；而且，在高温工作环境下的各种效果都要比传统电路要好。

3）HTASIC设计方法。相对于传统电路和混合电路，集成电路技术在高温条件下应用的效果肯定是最好的。在一些典型的高温环境系的特性它都有很好的表现。能适应的最高工作环境高达250℃。

应用集成电路的好处：①随着能够集成在芯片上的功能的增多，处于外部的电子元件的数量也将逐渐减少；②集成电路相对分离电路其内部元件的尺寸要小的多，所以，大大的降低了功耗，也避免了芯片内部过热；③由于芯片内所有功耗元件都可以通过物理延伸或调整到避免本地过热点产生，就使得集成元件在高温环境下有了更高的保证。

3 低功耗的设计

高温电路的设计，在于提高电路系统高温环境下正常工作的时间。上述在采用耐高温元件、优化电路结构的同时，还应该考虑降低系统的功耗，减少热量的释放。

减低集成电路芯片功耗的设计最主要的研究内容是：如何有效的降低芯片功耗和如何通过软件硬件的优化在保持本来性能的前提下，使得总体功耗在一个较低值上。集成电路芯片所产生的功耗，最主要的是来源于电路逻辑状态所产生的动态功耗。所以，降低功耗最直接有效的方法是降低供电电压。只是这样经常会增加电路输出延迟。另外一种方法就是降低频率，有选择的降低频率可以再降低功耗的同时，保证系统的性能不受影响。而降低负载容抗的的方法，是实际中降低功耗最有意义的方法。

所以，在电路实际中降低功率消耗，可以从硬、软件的设计采取

措施。

1）硬件设计。①元件上，尽可能的采用功耗小，可胜任高温工作要求的高温低供电集成芯片；②在电路性能得到保证的前提下，进可能的提高电源转化效率和降低电源工作电压；③在保证电路性能的情况下尽量的减少元件数量，简化电路；④如果仪器是智能型的，则可以充分的利用中央处理器的运算、处理功能代替硬件电路。

2）软件设计。①尽可能的硬件软件化来实现功能。这样有利于降低成本，降低功耗，偏于维护和升级，还能提高工作的可靠性；②电源管理功能最好使用微处理器自身所带的；③采用可用的各种手段减少耗电；④结合实际应用，尽量利用软件手段减少耗能。例如：石油井下测量采样时，可以于事先预算好最好的采样方针，在不影响测量效果的前提下，尽量减少功耗；⑤在应用的过程中应该注意：要仔细检查各元件，特别是集成电子芯片的工作状态。考察其是否能够正常运作以及其各种性能是否健全。如果不能，应当及时给予处理。

4 小结

经过对耐高温电子元件的选择、电子线路结构的优化和降低电路系统功耗的设计，基于PCB的高温电路时可以实现的。实践也证明该电子系统能够在250℃以下的高温环境下正常运作。

参考文献

[1]Akira Matsuzawa. Low-voltage and low-power circuit design for mixed analog/digital systems in portable equipment. IEEE Journal of Solid-State Circuit.1994,29(4).

[2]Moyer, B. Low-power design for embedded processors. Pronceedings of the IEEE Circuits and Systems Magazine,2001,1(1).

[3]童诗白.模拟电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.

第3篇：低功耗电路实现方法范文

1.1传统方法

高温电路的设计的传统方法主要是针对电子器件本身进行的优化设计，即采用耐热设计、降低电子器件的功耗、选择耐热原材料，进而提高电子器件的耐热性。这种方法短期见效快，但是这种方法主要是针对普通高温环境进行的设计，应用范围小，同时如果电子器件长期处于高温条件下，其整体性能不能得到保证。

1.2混合电路方法

混合电路方法主要是通过同时运用现成的集成芯片和薄厚膜技术来设计电路的方法，这种方法下设计的电路性能居于传统电路方法与专门功能设计方法之间。这项技术无论是在功耗方面还是在耐高温方面都由于传统电路设计方法，但是这种方法也存在一个重要的缺点就是设计、应用成本高。

1.3专用功能电路方法

所谓的专用功能电路方法其实就是专门针对集成电路设计的一种特殊的设计方法，这种方法设计的电路耐高温性能最高，针对性、适应性较强，因此这种方法也成为了未来高温电路设计的一个重要方向。

1.4三种高温电路设计方法对比

在三种高温电路设计方法中，专用功能方法下设计的电路具有功耗低，体积小、稳定性高、针对性强、耐热性好的特点，但是这种方法的有一个重要的缺点，即设计研发的成本高，设计周期较长。传统的电路设计方法与专用功能方法恰恰相反，它具有研发成本低，设计周期短的特点。对于混合电路方法来说，它的性能介于上述两种方法之间。因此，我们在选择电路设计方法时，要针对它所处的状况进行选择，比如在普通的温度下，最好采用传统的设计方法，再比如在一些特殊的高温环境下，我们则要采用专门功能方法。

2低功耗设计方法

提高电路耐高温的性能除了采用耐高温的元器件和优化电路结构外，还可以通过降低功耗的方法实现。目前降低功耗的措施主要有降低供电电压、实施降频以及降低负载容抗等。其中最有效降低功耗的方法就是降低负载容抗。

2.1硬件设计方面

2.1.1高温集成芯片具有耐高温、功耗低的特点，所以进行电子器件选择时应该尽量选择集成芯片；

2.1.2较低的工作电压可以较大幅度地提高电源的转化效率，进而减少转化过程产生的多余热量，因此我们应该在确保电路性能的基础上，尽量降低电源电压；3.1.3优化电路设计，精简元器件的数量；

2.1.4在允许的条件下，我们应该做到硬件软件化，用软件代替硬件；

2.1.5软件设计方面

2.1.5.1加大相关软件的开发进度，尽量用软件取代硬件去工作，减低维护、运营成本；

2.1.5.2可以充分利用中断等手段减少电量的损耗；

2.1.5.3通过软件和具体的应用相结合来达到降低能耗的目的。

2.2结语

第4篇：低功耗电路实现方法范文

关键词：输配电系统，电能损耗，输配电损耗，损耗分配

 

节能减排是我们国家的国策，各行各业都必须认真贯彻执行。降低电能损耗是电力部门的重要的工作，也是重要的经济指标。本文通过对配电网主要电能损耗设备的电能损耗计算，阐述了如何降低配电网的电能损耗。

1.电能损耗的计算

配电网的电能损耗主要包括配电线路和配电变压器的电能损耗两部分。对供配电系统电能损耗的理论计算是降低电能损耗、加强电能管理的重要手段。通过计算能够对降低电能损

耗工作提供理论和技术依据。

1.1输电线路电能损耗

电力线路的运行状况和线路的电能损耗随时间而变化，如一年内某一条线路的电能损耗，即是若干更短时间段内电能损耗的总和，由电能损耗计算公式可以看出线路的电能损耗与输电线路的有功功率、无功功率的平方、线路电阻成正比关系，与输电电压的平方成反比关系。

1.2变压器电能损耗

在电力传输过程中，有功功率和无功功率都造成功率损耗，因此，配电变压器的电能损耗也包括有功损耗和无功损耗两部分。变压器的电能损耗与变压器的空载损耗、负载损耗、空载电流百分比、阻抗电压百分比成正比，与功率因数的平方成正比。

2.输配电损耗分配方法

输电网损耗的分配，近年来引起了国内外学者的关注。免费论文。已有的研究综合起来可以分为以下几类：

2.1比例分配法，思想简单，是最常用的方法之一

它将输电网损耗按节点发电或负荷有功大小成正比分配。没有考虑发电和负荷在电网中的相对位置，没有考虑无功对损耗的祸合影响和交易间的相互作用，要人为指定分配给发电方和负荷方损耗的比例。

2.2 MW-MileMethod（简称MWM法）

它基于DC潮流求各交易引起的线路功率，按与被传输功率的大小和路径长度的乘积成正比分配电网损耗。它只在一定程度上弥补了比例分配法无法计及电网结构的缺陷。因此，没有考虑无功潮流对损耗的影响，也没有考虑交易之间的祸合作用。

2.3 微增损耗法（Incremental TransmissionLoss Meth-ods，简称ITL法）

由于ITL在电力系统经济运行中的应用由来已久，因此是一种被广泛接受的方法。其中基于最终潮流解的ITL以边际微增系数）求得的损耗分配结果通常会导致收益盈余口，因此需要做规范化处理以确保收支平衡，同时这种分配方法不具有唯一性。基于ITL积分给出了将损耗分配给Pool中的发电和负荷方的方法，采用分散平衡节点来消除计算结果对平衡节点的依赖性，但需要人为指定负荷分配系数与损耗供给系数，当损耗同时分配给Poof中的发电机和负荷时还需要指定两者的分配比例。

2.4功率分解法（Power DecompositionMethods，简称PD法）

基于电网总损耗表达式或支路总损耗表达式，结合阻抗或导纳矩阵方程（即按电路定理所得的方程）进行推导，以求取以交易有功或发电有功或负荷有功为变量的损耗分解表达式。注入功率着手分解有功注入，得到了有功注入的总和（总损耗）与节点阻抗矩阵及节点注入电流的关系，从而得到将各节点注入功率分解为损耗和负荷的两个分量，数学上这种分解是不唯一的。配电网损耗分配方法原则上与输电网损耗分配方法相似，但配电网有它的特殊性，对配电网损耗分配的研究，目前国内国际研究较少。归结起来，现有损耗分配研究中存在的问题有：1.分配比例问题。上面各种方法不能将输电损耗同时、自然地分配给电网中的所有电源和负荷，都必须指定电源和负荷的网损分配比例，难以适应含有Pool.和Bliateral交易的任意复杂的电力市场模式。2．基于电路方程推导的方法对平衡节点的选取具有依赖性，且平衡机不分配损耗；它们缺乏经济学意义。3．反向潮流与分配负损耗问题。在电力系统输电网络中，市场中的任何一个交易都会产生损耗，但在某些情况下，某交易的存在实际上却减少了系统总的输电损耗，原因是这一交易在系统中某些线路上所引起的潮流与这些线路的主导潮流的方向相反。反向潮流是电力系统中的一种客观存在，交易的最终输电损耗分配结果中应当反映引起反向潮流的作用。免费论文。是否真实地反应交易提供反向潮流的情况是评价输电损耗分配方法是否合理的一个重要因素，反向潮流的存在，损耗分配结果就有可能出现负值的情况，究竟是否应该给引起反向潮流的交易分配负损耗没有明确的说法。

3.减少网络电能损耗措施

减少电能损耗，就是减少线路和变压器中的电能损耗，具体措施如下：1．使无功功率合理分布，无功功率在电网中的传输，会使功率和电能的损耗都增加，导致电压下降，因此应在受电区域装设一定数量的无功功率补偿设备。目前有借助电子计算机进行无功功率计算来实现无功功率经济调度和随机补偿的，应用比较普遍。2．合理选用电力变压器和使之经济运行，电力变压器的容量不得过大。免费论文。否则，变压器空载或轻载运行，会消耗较大的无功功率。而这些无功功率是由电力系统供给的，既增加了初次投资，也使功率因数降低，电网损耗增加，因此必须合理选用电力变压器的容量。选择的原则是：（1）既要考虑变压器的额定容量足以满足全部用电负荷的需要，又不使变压器长期过载运行，同时在能耗最小的情况下使变压器经济运行。因此，变压器的容量不宜过大或过小。装有两台和两台以上变压器的变、配电所，应考虑有一台变压器发生故障时，其余变压器能满足一、二级负荷的需要；（2）选用的变压器，其容量等级应尽量少，以达到运行灵活、维修方便和减少变压器台数的目的；（3）变压器的经常负荷以大于其额定容量的60％为宜。3．减少电压变换次数每进行一次变压，大致要消耗1%～2％的有功功率，所以应尽量减少变压次数。4．合理布设线路，在输、配电线路的布局方面，应避免对负荷重复或迂回曲折布线，以减少线路中的电能损耗，变压器应尽量放在负荷中心。

4.结语

输、配电损耗分配是电力市场理论研究的一个重要内容。因为降低电能损耗也就是节约了电能，既为国家的节能减排工作做出了贡献，也为企业降低了生产成本。降低电能损耗不但是电力部门的一项工作，也成为部分拥有自己配电网络的各行业的当务之急，随着国家节能减排工作的不断推进，必须坚持降低电能损耗。不断采用新技术，利用配网自动化，数据无线远传等先进技术，提高配电网降低电能损耗的管理水平，争创企业更大效益。

参考文献：

[1] 戴彦,倪以信,文福拴,韩祯祥. 基于潮流组成分析及成本分摊的无功功率电价[J]电力系统自动化, 2000, (18) .

[2] 余志伟,谢志棠,钟志勇,黄耀光,钟德成,赵学顺. 多区域电力联营体运行下的输电成本分配[J]电力系统自动化, 2002, (06) .

第5篇：低功耗电路实现方法范文

【关键词】电能损耗；合理分配；节约能量

引言

我国一直坚持走可持续发展道路，提倡构建节约型社会。但目前在电能损耗方面，还面临着比较严重的问题，尤其在输配电系统中的电能损耗情况尤为严重。这不仅背离了我国发展健康可持续发展的初衷而且对我国的经济发展构成一定阻碍。为摆脱电能耗损严重这一怪圈，我们要从输配电系统的不同方面深刻分析电能损耗形成原因，进而找到解决办法，节约能源。

一、电能损耗概况

（1） 输电过程中的电力损耗

电力在运行过程中由于电路的各方面原因也会形成电能消耗。比如在电力需求量大的某一时间段里，由于电力需求旺盛，在一定程度上就造成了输电线路功率增大，使得电能有了一定的损耗；还有因一些不可抗因素的影响，使电路电阻增大，造成电力在运行中损耗严重。这些在电力运行过程中造成的电力损耗容易忽视并且将会一直存在与以后的电力运行，所以必须加以重视。

（2） 变压器造成的电能损耗

电厂输送电力是需要经过多次变压器变电之后才达到正常的用户电力的规格需求，然而在输送电力的过程中变电器本身的电阻经过电流后会发生电能热量产生电能损耗，降低电能利用率。

二、如何合理分配输配电的电能损耗

1、利用电网中的损耗情况和功率大小间的关系进行分析

此种办法是通过研究某一时段的电能损耗情况和负荷功率的大小进行比较分析，从而得电能分配概况。由于在负荷功率上存在有很多不确定因素，所以在进行相关比较时要将负荷功率的各种情况都考虑在内，包括其自身的能量损耗情况，进而得出结论。该方法简单可行，但在分析输配电的电能损耗过程中需要人为参与，同时需要对负荷功率的物件有一定了解。

2、MW-Mile Method（MWM）的方法

此种方法是通过计算线路功率来分析输配电损耗的分配，输电线路越长其输配电的电力损耗也会相应增多，通过输电线路的一定比例的计算能大概了解到输配电损耗的分配情况，但这种方法对于电力运行中产生损耗的其他方面并没有完全涉及到，具有一些片面性。使得所得结果并不十分精确，影响结果判断。

3、微增损耗法（Incremental Transmission Loss Methods）

微增损耗法在输配电系统中已经有很长时间的应用过程，所以对其的应用和其产生的效果得到一定的认可，是一种普遍被应用的降低电能损耗的手段。而其普遍被应用在电力经济系统中。一般情况下，运用微增损耗的方法对电能损耗进行分配会造成收益盈余口，所以要对其进行相应的处理，以避免出现收益盈余口的问题，而且微增损耗法不是具备唯一性的方法。根据微增损耗法的积分对发电以及负荷方总结出了电能损耗的分配法，但对于负荷的分配系数以及损耗供给的系数需要人为地进行计算指定。

4、功率分解法（Power Decomposition Methods）

4.1前面谈到的关于分配电能损耗的若干办法都无法全面、快捷的了解输配电系统的电能损耗分配情况，大部分了解办法都需要人为参与，并且操作起来繁杂不易，这对现如今如此广泛多变的电力市场来说显然是不现实的，在其实施过程中也存在诸多不便。这就需要按比列进行能耗分配，避免其他不确定因素的干扰。使对输配电系统中的电力消耗研究更简洁明了。

4.2潮流与电能损耗的关系。在整个输配电系统中，一般情况下市场的每次交易都会造成电能的损耗，也有一些特殊情况除外，有些交易中甚至降低了输配电系统的总的电能损耗，可能是因为在这个交易中线路导致的潮流与主导潮流是两个反方向。

潮流与主导潮流程相反方向的现象也叫做反向潮流，它在带电力系统中是非主观存在的。在电力交易中，反向潮流表现在电能损耗分配的最终结果中，所以输电损耗是不是得到了合理的分配，其重要的判断方法就是交易中是否有反向潮流情况的发生，若存在反向潮流，在电能损耗分配的最终结果中就可能发生负值的情况。

三、如何降低输配电网络的电能损耗

在整个输配电系统网络中，降低电能的损耗也就是降低线路中电能损耗和变压器中的电能损耗，归纳方法有以下三种：

（1）有效适当地分配无功功率。在整个电网中传输无功功率的时候，会提高功率损耗率和电能损耗值，并且会造成电压的下降，所以应该安置相应的无功功率设备进行平衡和补偿。现阶段中，无功功率的调度以及随机补偿一般都是应用电子计算机进行和计算。

（2）有效减少电压的变换数量，因为实施电压的变换，会造成有功功率的消耗，一般每一变换要耗损1.5%左右的有效功率，因此要尽可能地降低变压的数量。

（3）对于整个输配系统的线路分布问题。对整体线路问题要适当地进行布设，尽可量减少重复的负荷线路和线路曲折繁琐的布线情况，以便降低输配电系统中线路造成的电能损耗，其中变压器的最适宜安置在负荷中心位置上。

第6篇：低功耗电路实现方法范文

关键词：水表集抄系统采集终端低功耗H8/3834

随着我国经济的飞速发展以及水表“一户一表”制的逐步实施，挨家挨户人工上门抄表的模式已暴露出种种缺陷，越来越显得与城市的现代化建设不相适应，采用集中水表抄表系统已经成为一种趋势。水表集抄系统妥善地解决了水表抄表和水费管理问题，能够对居民水区每户的用水量进行集中抄录，且具较高的可靠性和稳定性。由于实际使用环境的要求和现代电子系统的普遍取向，是否具备良好的低功耗设计是决定该系统能否成功应用和推广的一个关键问题，因此对其研究和探讨具有重要意义。

1水表集抄系统的基本结构

水表集抄系统主要由脉冲远传水表、水表采集终端、远程抄表终端、掌上机、PC机五部分组成。系统结构图如图1所示。

（1）在每个单元放置一个采集终端，采集单元内居民水表的用水数据。因为采集终端和水表之间有一定距离，所以应采用具有远传功能的脉冲水表。

（2）采用RS485总线方式实现小区内采集终端的联网。由于RS485通信距离可达1千米以上，所以保证了小区物业管理的PC机可以对分布在小区各处的采集终端进行统一抄录。

在采集终端上还设计有RS232通信接口，可实现掌上机通信，以便工作人员进行现场设置和抄表之后带回管理部门（自来水公司或小区物业管理）录入到管理计算机。

（3）在物业管理部门安装有PC机，用于对小区内所有居民水表计量数据进行统计、打印，以便进行小区一级的水费收缴管理。而自来水公司的管理计算机则可以通过远程抄表终端打录下属小区的用水信息，从而实现整个城市统一用水管理，进而对全城实时数据进行挖掘，供自来水设施建设决策时使用。

2水表集抄系统功耗分析

在水表集抄系统中，脉冲远传水表主要是一个无源的机械装置，电能量由采集终端供给；采集终端负责采集水表的脉冲信号，将水表的机械数据转化成电数据储存起来，供上位机抄录使用，是集抄系统的核心所在。但是由于采集终端一般不能和市电连接，无法利用市电作为电源，只能采用电池作为电源，因此采集终端的低功耗设计在集抄系统的低拉耗设计中显得极为重要；而远程抄表终端、PC机、掌上机的功耗主要取决于所选用的设备，只需在选型中注意即可。从以上分析可以看出，采集终端的低功耗性能是决定系统能否长期使用的关键，因而水表集抄系统的低功耗设计主要体现在采集终端上。采集终端是典型的单片机应用系统。由于水表的脉冲信号速度很慢，管径15毫米的水管用水量很大时一般达到5吨/小时，使用0.01吨水时水表产生一个脉冲，因而一个脉冲将持续7.2秒。这相对每秒百万条指令的微控制器（MCU）来说，变化极为缓慢，所以造成采集终端有很多的无谓等待时间。而当终端与上位机通讯时，又要有较快的反应，即通讯波特率要做到9600bps。这样采集终端的低功耗设计要解决的问题就是既要尽量降低系统在无谓等待时间的无效功耗，又要降低系统在有效运行时的有效功耗。

3系统硬件的低功耗设计

采集终端由微控制器、脉冲信号采集电路、LCD显示电路、时钟电路、RS485通讯电路和电源电路等几部分构成。采集终端原理框图如图2所示。

对于采集终端，在系统本质低功耗、系统功耗管理和系统供电管理等三方面进行了设计，从而保证了系统在有效运行下及动态运行时做到功耗最小；在时、空无谓等待及电路静态做到微功耗和无异常功耗。

3.1系统的本质低功耗设计

本质低功耗是指系统在有效运行状态下的功耗，主要涉及硬件设计，包括总体设计中的器件、电路设计中的防异常设计等方面内容。

作为系统的核心，MCU的选择对一个系统性能的优劣有着重大影响。本采集终端的MCU采用的是HITACHI公司的H8/300L产品系列中的H8/3834单片机。这是一款以H8/300CPU为核心，集成了若干重要的系统支持功能部件，采用高速CMOS工艺制成的高档微控制器。它具有高速、低功耗、大容量的特点，其丰富的I/O引脚资源、集成于片内的液晶驱动器和专为低功耗设计的5种节电运行模式，非常适合于要求低功耗的多路采集系统。其内部的液晶驱动模块耗电极省，仅为几个μA（而同类液晶驱动芯片如常见的PCF8576在相同条件下的耗电量是180μA），这为液晶显示模块的低功耗性能奠定了良好的基础。

微控制器的另一种方案是选用TI公司的MSP430系列中的F14X系列。它们有6种工作模式备选，是具有超低功耗性能的16位单片机。在3V电压供电时功耗特性为：活动模式下电流消耗值340μA，低功耗模式0.1～70μA。针对具体情况进行盯模式的切换，可在绝大多数时间内将电源电流降低到2μA以下。值得注意的是由于其I/O口集成有施密特触发电路，脉冲信号可直接输入到引脚而不用外加整形电路，从而为整形电路的低功耗性能奠定了良好的基础。14X系统没有集成液晶驱动模块，需外加一片液晶驱动芯片，可以选用可关断型的芯片，同样发电路，脉冲信号可直接输入到引脚而不用外加整形电路，从而为整形电路的低功耗性能奠定了良好的基础。14X系列没有集成液晶驱动模块，需外加一片液晶驱动芯片，可以选用可关断型的芯片，同样可以做到低功耗。

采集终端的芯片选型如下：时钟芯片8583、EEPROM24C01、施密特整形芯片40106和通讯芯片MAX485、MAX232。它们的功能分别是对系统进行自动计时、定时起闹，将记录的各水表数据长期保存，将输入脉冲信号进行整形以及进行基于RS485、RS232总线的通讯。在同样功能的条件下应当尽可能采用CMOS型器件，并且保证芯片静态功耗要很小。

在电路设计中，对微控制器未连接的输入端连接了下拉电阻，以防止输入端静电感应形成有效输入电平，造成逻辑状态无谓翻转，导致功耗异常。同时，由于在CMOS电路中，当输入电压在转换电压附近时，PMOS管和NMOS同时导通，输出端状态不稳定，电路易产生振荡而形成功耗异常，因而将水表脉冲信号经过施密特触发电路整形后才输入微控制器。

3.2系统的功耗管理设计

系统功耗管理是指系统在供电状况下，实现最小功耗运行的方法。功耗管理的基础是CMOS电路的静动态特性以及系统和器件实际运行时的有效运行具有时、空占空比现象。通过对H8/3834进行低功耗的运行管理，使处于无谓等待状态的电路最大限度静态化，从而极大地降低系统运行的平均功耗。

H8/3834（标准型）是具有双晶振和2.5～5.5V宽电压供电的MCU芯片。主振频率为1～10MHz（5MHz以上的电压范围为4.0～5.5V）；使用主振时，MCU工作在（high-speed）Active或（medium-speed）Active模式。副振频率为32.768KHz；使用副振时，MCU具有5种不同的工作模式，分别是Subactive、Sleep、Subsleep、Watch和Standy模式。各工作模式说明如表1所示。

表1H8/3834的工作模式说明

Active模式（highspeed）在高频系统时钟下，高速运行

Active模式（mediumspeed）在高频系统时钟下，减速运行

Subactive模式在32.768KHz时钟源的低频系统时钟下，低速运行

Sleep模式CPU停止运行，片内支持模块在系统时钟下工作

Subsleep模式CPU停止运行，定时器A、C、G和Lcd模块在副振下工作

Watch模式CPU停止运行，定时器A和Lcd模块在副振下工作

Standy模式CPU和一切片内支持模块停止运行

利用以上特性，将系统设计成：在电池供电的情况下MCU运行于Subactive和Watch节电模式；在外加电源的情况下，MCU运行于Active模式。系统平时工作在Watch模式下，当需要激活运行时根据电源情况切换到Active模式或Subactive模式，以此将系统的静态功耗降到最低。H8/3834的工作模式之间的转换是通过先设定一些相关控制寄存器，然后执行特殊指令实现的。当处在CPU停止运行的工作模式时，它只能通过特定中断唤醒。由该策控制器的直流特性可行，5V电压供电时，在Active模式下典型工作电流值为9.0mA；2.7V电压供电时，在Subactive模式下典型值为22.0μA；正Watch模式下最大值为5.5μA。后两者的功耗分别为正常功耗的1.32%和0.33%，可见MCU本身节电模式的低功耗程度。相对于51系列而言，其优势更是明显。以80C51为例（时钟频率16MHz，电源电压5V），正常运行时电源电流25mA，休闲（ID）方式时6.5mA，掉电（PD）方式时75μA；而H8/3834在功能相似状态下（Active、Watch、Standy模式，2.7V）的工作电流分别为9.0mA、5.5μA和5.0μA。

针对水表脉冲信号变化缓慢的情况，系统设计成以脉动方式工作，即每隔一定时间由定时中断将MCU唤醒，进入Subactive模式，进行各个水表脉冲的记录、水量的计量等处理；而在其余时间MCU转入Watch模式。这样每次采样MCU的激活时间不过几ms，从降低时钟频率和最大限度减少动态工作时间两个层面上降低了功耗。

3.3系统的电源设计和供电管理设计

采集终端设计为双电源供电系统，平时使用3.6V的电池供电。因为系统功耗正比于供电电压的平方，故采用低电压供电可以有效降低功耗。考虑到外界有条件提供电源的情况，本系统电路也提供了外接5V供电的接口，主要在通讯时提供电源。当外加5V电源时，电池不工作，各部分电路统一供电；而当电池供电时，通讯电路不工作。为了随时检测电源状况，设计了电压检测信号，使MCU能根据电压情况，快速准确切换工作模式，达到降低功耗的效果。

系统的供电管理指的是在系统中，对处于无谓等待的电路器件及电路采取关断电源来减少系统功耗的办法。对采集终端芯片进行合理的供电管理，可有效降低系统功耗。

日历时钟的性质决定了8583的电源不能间断；EEPROM虽然是可以断电的，但考虑其静态功耗很小，而且将数据写入EEPROM时又不可断电，所以两者的供电和微控制器一样，都采用了不间断电源。当不对上述两芯片进行读写操作时，它们的静态电流分别为6.0μA和1.6μA，完全可达到低功耗要求。

耗电较大的整形电路采用间歇供电方式。即只在采样时供电，而在无谓等待状态下关闭工作电源。电源的开关功能由一个控制引脚和三极管控制电路来实现。

通讯部分的电路，无论是485还是232芯片，功耗都较大。以Max485为例，工作电流1mA，静止电流300μA而ICL232的工作电流达5mA。这对于一个电池供电的系统来说几乎是不可承受的，解决的方案是通讯部分电路采用外供电方式。在掌上机进行数据抄录时，由掌上机提供电源，或者在计算机抄表时，通过采集终端网统一供电。这样就实现动态功耗由外加电源承担，只是极低的静态功耗由电池供电，从而保证了系统的低功耗。

4系统软件的低功耗设计

一个低耗系统，仅仅依靠硬件设计技术还不够，必须有相应软件措施配合才能达到最佳效果。对于水表集抄系统，需要考虑以下几个方面：充分利用MCU各个工作模式的特点，进行合理切换；对各模块的供电进行管理；因为系统动态功耗正比于CPU的工作时间，所以在软件设计时设法缩短CPU的运行时间。相应的措施是：

（1）由于系统对脉冲信号的采样是定时进行的，并且确定一个脉冲、脉冲个数计量、用水量折算等都需要在多次采样的基础上完成，每次执行之间间隔时间很长，又因为这些操作任务可由高速运行的微控制器瞬间完成，从而形成了MCU在有效运行后，长期处于无谓等待状态。针对水表采集系统的这些特点，可在采样完成后转入Watch模式，由TimerA或按键定时唤醒，从而极大降低系统无谓等待时的功耗，做到系统在有效运行及电路动态运行时才消耗功耗，成为一个零功耗系统。

(2)应注意对电源的监视和控制，根据电源状况迅速切换工作模式。同时根据功能需要，接通相应模块的电源。

（3）充分利用片内的定时器实现按键、显示程序所需的延时，避免使用软件指令循环延时。

（4）需要CPU踏步等待一段时间或循环检查条件满足后才去干正事的程序尽可能纳入到各种中断的断服务程序。例如编写串行通信程序采取串行中断方式；在定时采样用的定时中断服务子程序中实现脉冲记录、判断通信超时、确定已经显示时间，通过相应标志位的设定，在主程序中进行处理。

（5）采用自动“掉电”方式。利用实时时钟，显示一定时间后若无按键操作，自动转入Watch模式。

采取了上述措施的主程序流程如图3所示。

第7篇：低功耗电路实现方法范文

【关键词】农村电网;损耗;管理措施

1.农村线损主要存在的原因

1.1农村的供电线路还存在着不完善的问题

一方面农村电网线路较长，又迂回曲折，供电半径多数超出合理范围;另一方面，近几年农村经济发展的很快，乡镇企业由城市转移到农村的企业增加，随之用电量增加，使变压器超出负荷，并凸显了其配置不合理的问题，配变不在负荷中心，供电线路过长，从而导致线损加重。

1.2农村基层电工综合素质较差

有一部分技术水平较低，实际工作经验不足，缺乏工作责任感，认为干多干少是一个样，干好干坏一个样，导致工作不认真，更有甚者，与居心不良的用户勾结，给供电企业造成损失。

1.3窃电现象比较严重

农村的用电户比较分散，面广、点多，线长，管理起来难度比较大。这就给了一部分不良用户窃电带来可乘之机，窃电现象时有发生，手段也越来越隐蔽、先进。

2.技术措施方面

2.1提高低压电网建设标准

农网低压供电半径的一般要求不大于500m，10kV供电线路一般不超过15km。低压电网设计要合理，无迂回、不超长，选择导线既要考虑安全性，又要考虑经济性，在资金允许的条件下，尽量选择大截面导线，以减少线损。

2.2调整三相负荷平衡

通过平衡三相负荷，减小中性线的不平衡电流，能够降低线损。按照我局管理要求，供电所要定期对三相负荷进行测试，每季度至少测试一次，在负荷高峰及负荷变化较大特殊季节要增加测试次数，根据测试结果合理调整负荷的分配，同时要制定负荷分配接线图，新装用户的接入都要按照负荷分配图的要求进行接线。

2.3加强无功管理

无功补偿是日常运行中最常用、最有效的降损节能技术措施，无功分散补偿更能实现无功的就地平衡。实行无功就地补偿，不但可以改善电压质量，而且可以减少线路无功传输，减少线路电能损耗，因此，应重视无功管理工作，积极推广三相动力用户电容就地补偿方法，以此提高用户的电压质量并减少电能损耗。‘这对降低供电线损，提高配网供电能力，改善电压质量都有重大意义，所以，在配电网建设与改造中应大力推广无功补偿技术。

无功补偿应按“统一规划、合理布局、分级补偿，就地平衡”的原则，在负荷的有功功率不变的条件下，提高负荷的功率因数可减少负荷的无功功率在线路和变压器的流通，达到减少无功功率在线路和变压器中引起的有功损耗，降低线损。提高线路功率因数，减少无功功率的输送不仅对提高配电网电能质量，而且对降低线损也具有重要的意义。提高功率因数，减少无功损耗的途径有以下两个方面:一是采取人工无功补偿提高功率因数。采用人工无功补偿，可以有效地降低电力网的线损，改善电压质量，提高配变供电能力和用电设备的出力。在低压配电网中通常采用并联电容器的方法来实现无功补偿，这样就能以最小的投资，获取最大的经济效益。二是提高自然功率因数。提高电气设备的自然功率因数，主要包括:通过合理选择供、用电设备的容量和型号;推广使用节电新产品和新技术;及时停用空载设备来减少电力网中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功消耗。

2.4变压器的经济运行

变压器的经济运行是指它在运行中，所带的负荷通过调整后达到合理或基本合理值，此时，变压器的电功率损耗达到最低值，效率达到最高值。为提高供电可靠性和适应农电网络季节性强，负载波动大的特点，在条件允许的情况下，对配变的安装地点进行调整，根据负荷情况合理调配配变和无功补偿设备的大小和数量，解决配变过载和“大马拉小车”的不合理现象，降低实际损耗，提高配网的供电能力。

2.5电网升压

电网升压后可降低电网的电能损耗。虽然线路的导线和变压器绕组中的功率损耗与电压的平方成反比，但是变压器铁芯的功率损耗却与电压平方成正比，因配电变压器是电网的重要组成部分。它的损耗占电网总损耗很大的部分。因此，应根据负荷的变化对母线电压进行适时调整，降低电网的电能损耗。减少重复的变电容量和采用节能型配变更换高能耗配变是一项切实可行的节能技术措施，具有明显的经济效益。

3.管理措施方面

3.1加大反窃电工作的力度

反窃电工作是一项长期而艰巨的工作，此项工作管理好坏直接影响该线路或线损值。目前，社会上窃电方法很多，如:欠压法窃电、欠流法窃电、移相法、扩差法、无表法窃电等。因此，我们应积极探讨新形势下反窃电工作的最佳形式和有效途径。

3.2加强农电人员专业培训，加大指导和督促力度

加强农电人员线损管理培训工作，全面掌握线损管理所需要的基本方法,并能从技术线损和管理线损两方面入手，提出有效的降损措施。加强各方面交流和学习，拓宽线损工作思路。同时开展供电所总结交流以及线损管理竞赛活动，形成“比、学、敢、超”的学习氛围，增强他们线损管理意识，培养主人翁精神，用实际行动积极开创线损管理新局面。

3.3合理布局农村配电网络

根据负荷增长的需要，增加变电所的布点，缩短供电半径，有效解决高损线路供电距离长、导线细、损耗大的问题。供电所要及时掌握营业区内负荷分布，要按季节或定期进行负荷实测，以及时调整三相负荷不平衡度，减少电能损耗。合理布局配电网络，合理选择变压器的安装位置，合理选择变压器容量，可按负荷的季节特点适时调整变压器容量，使变压器容载比保持在合理范围内，以提高设备利用率，降低变压器的铜、铁损。强化无功管理，堵漏降损。要坚持集中补偿与分散补偿相结合，对于10kV及以上的农村综合变动力客户要合理配置无功补偿设备，以全面提高电压质量，降低线路损耗。

3.4积极开展线损理论计算

线损理论计算是线损管理的一项重要基础手段，线损理论计算的结果就是线损管理工作的理想目标，它既是编制和下达线损指标的依据，又是考核线损管理水平的重要参照。降损节能始终是经济运行的工作主线，因此，线损理论计算是线损管理的一项重要基础手段，有关部门必须时刻注意加强这方面工作。

3.5加强电网经济运行管理

根据负荷特点及时、合理调整运行方式，在满足电网安全运行的前提下，综合考虑经济运行对电网的要求，认真做好变压器经济运行分析;做好计划检修管理，减少临时停电检修，减少非正常运行方式时间，进一步降低网络损耗。同时及时关注检修进展情况，做好流程管理，在停役设备检修工作结束后尽快恢复送电，以减少电网非正常运行方式下的时间，降低电网网损。加强负荷潮流控制，提高线路、变压器经济运行水平。

第8篇：低功耗电路实现方法范文

【关键词】配电变压器；节能；电力设施

一、建筑配电变压器的损耗分析

建筑配电变压器大多是双绕组变压器，电能损耗主要有有功功率损耗、无功功率损耗和综合功率三种。有功功率损耗主要由变压器铁芯内部激励电流引起磁通变化产生的空载损耗和负载电流在经过线圈产生的负载损耗组成；无功功率损耗一般是变压器通过电磁感应的无功负载产生的损耗，远远大于有功功率损耗；综合功率是由变压器的有功功率损耗和因抵消无功功率是供电网产生的有功功率损耗之和。

二、建筑配电变压器的节能措施

无功损耗可以通过低压无功补偿方式，减少线路损耗，提高功率因素，减少线路和变压器的电压损失，减少变压器的铜耗和提高配电设备的供电能力；有功损耗分为铁耗和铜耗两种，铁耗又叫空载损耗，其大小与铁质材料有关，与负载大小无关，基本上是不变的。铜耗的大小与电流平方成正比，当负载电流为额定值时，将铜耗成为短路损耗。有功功率损耗可以表示为：P=Po+β2Pk，P：有功功率损耗，kW；Po变压器空载损耗，kW；β变压器负载率，%；Pk：变压器短路损耗，kW。当Po=β2Pk时候，也就是铜耗和铁耗向同时候，变压器的损失率为最低。（1）合理选择建筑配电变压器的型号。变压器的铁耗发生在变压起到铁芯内，是由交变的磁力线通过铁芯产生的涡流带来的损耗。在铁芯中加入少量的硅和铝可以增大铁芯的导磁率和电阻率，降低涡流损耗。目前的变压器基本上采用非晶态磁性材料作为变压器的铁芯材料，例如我国现在大规模使用的S1I型变压器。由于现在生产厂商的技术水平的差异，生产的变压器的性能参数不符合要求，尤其是空载损耗过大必将导致损耗过大，在安装变压器查看变压器的性能参数是否满足建筑内多用电要求，并做好耐压绝缘处理。选用低损耗的变压器是节能的基础条件。（2）合理配置变压器。一般变压器的空载和短路损耗之比大约为0.25～0.35之间，当变压器的负载率在50%～70%之间，变压器的运行效率最高。根据建筑用电量的需求计算出负荷的变化范围，合理配置变压器数量和容量，随着变压器容量的增大，节能效率也就越明显，（变压器的容量过大，负载率较低，不经济划算，如果电容率较小，电路处于过负荷运行，变压器可能出现故障危及供电安全）。这样达到了提高运行效率和降低变压器损耗的目的。（3）正确合理地安装变压器。配电变压器应该设置在建筑物用点的中心位置，随着供电半径的加大，在配电网中的电流也就越大，也就会加大损耗。尽量避免低压长距离供电。例如在新建的水厂房应该将变压器和配电中心安置在反冲洗泵房附近，满足反冲洗水泵和鼓风机等主要用电设备的需求，同时可以将一些不能停电的电力设备的用电线路集中到一台变压器上装用供电，不需要用电时候停用其他变压器，有利于节电。（4）优化变压器的运行。一是合理调整变压器的电压。变压器的空载损耗与通过电压的平方成反比。一额定电压下的损耗为基准，一定范围内调节运行电压，对不同负载率的总损耗的增加和减少是不同的。当变压器处于空载运行，运行电压会升高，空载损耗在所有损耗中的比例会增加，因此必须通过调整分接开关来降低输入电压，在不影响供电质量的前提下，降低空载消耗；在满载状态下，运行电压必然会降低。二是调整三相负荷平衡。由于不平衡电流的存在，在增加变压器损耗的同时加大了低压线路的损耗。在三相负荷不平衡时，在低压侧会产生零序电流，而高压侧则没有零序电流的产生，零序电流产生的零序磁通在变压器内通过时发热，增加损耗。主要表现形式为附加铁损、附加铜损和线路损耗。三相电流不平衡程度越大，其零序电流也就越大，有功功率损耗越大。要及时调整负荷的接入方式，使变压器的三相电流趋于平衡。（5）增加无功补偿提高功率因素。配电变压器的效率不仅与有功功率的变化有关，还与功率因素的变化有关。功率因素较低时，变压器的效率也就很低。根据电力学知识，对变压器提供无功补偿可以提高功率因素，大大减小了无功功率的传输，实现在变压器上的损耗的降低。这种措施一般在功率因素较低时候才用。由于无功补偿提高了变压器的负载能力，还实现了输电质量的提高。（6）建筑物内用户的节能。建筑内配电变压器的节能不只是体现在变压器的节能，还包括用户节能，降低电压在线路中的损耗，实现变压器的功率损耗的降低。用户使用节能用电设备，减少变压器的负载，实现节能的目的。

参 考 文 献

[1]李关定，周佃民，张华等.配电变压器节能浅析[J].上海节能.2009（11）

第9篇：低功耗电路实现方法范文

关键词：配电网节能与降耗措施

O 引言

配电网是电力系统中功率消耗的主要部分，实现配电网的节能降耗，对于提高供电企业的经济效益具有举足轻重的作用，对于降低能耗、减少温室气体排放也具有重要意义。作为连接电网与用户的重要桥梁，10kV线路长度在电力网中占到60％的以上，其损失在电力网的总线损中占80％以上，因此10kV配电网的节能降耗对于电力系统的节能具有至关重要的作用。电网的功率损耗主要是变压器损耗和线路损耗，因此节能降耗的主要措施也围绕这两方面展开。此外，10kV配电网涉及城市电网与农村电网，本文先以城市电网作为主要研究目标，最后说明了农村电网的特点极其措施。

1 降低变压器损耗的措施

电网中使用变压器的作用是提高输送距离，降低电能传输的总体能量消耗，一般来说，从发电、输电、供配电到用电，需要经过升压、传输、降压至适当的电压等级以便用户使用。10kV配电网所用的变压器为降压变压器，由于其数量多，总容量大，因此总损耗很大。据统计，在10kV配电网的功率损耗中，变压器的损耗占80％以上，线路损耗不足20％，因此，降低损耗的重点应放在降低变压器的损耗上。

变压器的功率损耗包括两部分：一是变压器的固定损耗，即与用电负荷无关的空载损耗：二是变压器的可变损耗，与电流的平方成正比。固定损耗即是在变压器铁心中产生的空载损耗，其损耗=空载损耗×时间；可变损耗即是电流在变压器线圈中产生的损耗，与变压器的负荷大小有关。

1．1保障变压器的安全经济运行变压器经济运行是指在保证安全可靠运行及满足供电量需求的基础上，通过对变压器进行合理配置，对变压器的运行方式进行优化选择，对变压器负载实施经济调整，从而最大限度的降低变压器的电能损耗。变压器的经济运行以降低变压器的综合功率损耗为目标，即降低变压器运行中有功功率损耗与因无功功率损耗使其增加的有功功率损耗之和。保障变压器经济的基本要求包括：合理的选择变压器组合的容量和台数；优化选择变压器综合功率损耗最低的经济运行方式；合理调整变压器负载，在综合功率损耗最低的经济运行区间运行。

在当前的10kV配电网中，经常出现小马拉大车或大马拉小车的状况，这便会带来功率损耗的增大。

PZ％=f( )为变压器综合功率损耗与负载率 的函数特性曲线，其中 JZ2代表与额定功率综合功率损耗相同的另一负载率，进而可以得到 JZ，从而将变压器综合功率运行区间的范围划分出：经济运行范围 JZ2≤ ≤1，最佳经济运行区1.33 JZ2 ≤ ≤O.75,非经济运行区0≤ ≤ JZ2。从图1可以看出，无论是超出额定功率运行，或者在负载率极低的情况下运行，都会导致变压器综合功率损耗的大幅增大。最合理的变压器容量即为使变压器长期运行在最佳经济运行区内。

图1双绕组变压器综合功率运行区间的划分

1 .2大力推广节能变压器 节能变压器是指三相高压为10kV、低压为400V，额定容量为30kVA～1600kVA的油浸式和额定容量为30kVA一2500kVA的干式配电变压器。其空载损耗和负载损耗应符合国家标准GB20052―20006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值>中节能评价值的规定。节能变压器与普通变压器相比，在综合功率损耗上有极大降低。以非晶合金变压器为例，其空载损耗可比普通S9型硅钢片变压器的降低75％～8O％。应当说明，对于非晶合金变压器与普通硅钢变压器在额定电流下的负载损耗大小相等，使用中只要负载情况相同，产生的可变损耗都相同：非晶合金变压器与硅钢变压器节能体现在不变损耗即空载损耗上。虽然推广节能变压器有利于节能降耗，但也应考虑到节能变压器的费用和更换成本，应结合电网改造和原有变压器的状况，综合考虑成本与效益考虑是否更换。超过寿命服役的变压器、国家规定淘汰的老旧变压器，能效或其他性能不符合国家标准的变压器时首先应更换的，同时应对变压器的经济运行做出作何评价，评价为运行不经济、且综合功率较大的变压器应更换。

1.3开展无功补偿 10kV配电网功率损耗的主要原因是功率因数低，其原因是多方面的，如供电线路支接多、线路长、辐射面光，受季节时段影响大等。功率因数的降低意味着同等电压情况下输电电流变大，不但会造成无功消耗，也会使有功功率损耗增大。加装电力电容器进行无功功率补偿是提高功率因数的的有效方法。对于10kV配电网进行无功补偿，主要是对配电变压器进行补偿，配电变压器的空载电流一般为额定电流的10％左右，功率因数仅为O.2，考虑到用户用电情况不稳定，如能将按照变压器容量10％进行补偿，则空载时功率因数提高到0.8上，在节能降耗方面的效果非常明显。此外，无功补偿对于保障电压稳定，提高电能质量都具有重要意义。进行无功补偿时，应尽量进行分散补偿，从维持整个配电网的水平出发，保障足够的无功补偿容量，实行无功功率的分区就地平衡。在当前无功功率普遍不足的情况下，适当的进行无功补偿，是减少功率损耗最直接有效也是最经济的措施之一。

2 降低10kV输电线路损耗的措施

10kV配电线路的实际损耗包括技术损耗和管理损耗，其中技术损失时实际损失在传输中的电能，而管理损失是指供电企业在生产、调度以及营销中因人为原因造成的损失。

2．1合理选择电缆截面积输电线路的能量损失与其阻抗成正比，增大导线截面积可以减少能量消耗，因此在满足载流量并保证电压质量的前提下，应按照经济电流密度选择合适的导线截面。截面积增大会提高单位长度导线的重量和价格，因此应综合考虑，选择适当截面积的导线。

2．2合理布局和分配负荷过长的线路距离必然导致损耗的增大。对于10kV配电网，应注重合理布局，使线路的实际距离尽量短。在保证负荷由最近的电源点供电的同时，合理的布置电源点，在考虑当前经济性的前提下也考虑到新增负荷，是更为有效的措施。

同时，三相负荷不平衡，也会增加线路、变压器的损耗，最理想的情况是三相的功率完全平衡。但因为负荷的投切是有用户而非供电企业决定的，所以在实际中时难以做到三相平衡，因此供电企业应根据负荷的性质、重要性、用电量及用电时间，尽量做到在时间和功率上都趋于平衡，从而降低功率损耗。同时，我国对于电流不平衡的度也有相应的规定，如配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10％，干线及分支线前端的不平衡度不大于20％，中性线的电流不超过额定电流的25％等。具体措施有：定期测量三相用户的负载，检查负荷是否平衡，以便及时调整。二是单相接线用户，应综合考虑其主要输送距离、用电时间和用电量尽量均匀的分配在A、B、C三相上。三是对功率因数较低的用户，应对其所在线路加装低压电容器。

此外，10kV配电网中往往还存在部分线路老化严重，负荷增长过快导致实际负荷远大于原设计的输送容量等情况，这时可以结合变压器的更新改造及增设变压器并更改用户所属变压器等方式加以解决。改造已有的电源点，可以在提高供电能力的同时减少变压器和线路的综合损失。新增电源点有助于电网的整体合理布局，缩短输电距离进而减少线路损失。

3 降低10kV农村电网损耗的措施

农村电网不同于城市电网的特点有：①长期负荷以家庭用户为主，季节性的以农业与小工业负荷为主。②布局经常不合理，出现迂回供电，超长距离供电等情况。③ 经常出现违章用电或窃电等情况，造成管理损失，单户统计困难。

除以上适用于城市电网的方法外，结合实际工作，适用于农村电网的措施有：做好大用户与村委会的沟通工作，将变压器的进线电量精确记录，并留出一定的损耗额，将费用与村委会或大用户结算，使用户主动参与到节能降耗中来，提高用户的节能积极性。做好与用户的沟通工作，对于家庭困难的群众，予以帮助，兼顾了供电企业的社会职能的同时减少了部分管理损失。

4 结语