UPS電源在電力調(diào)度中心應(yīng)用中的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

徐鐵紅

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信技術(shù)在電力行業(yè)中發(fā)揮著日益重要的作用，已經(jīng)成為了我國(guó)電廠(chǎng)、變電站及各級(jí)電力公司必不可少的一項(xiàng)設(shè)備，因而為通信設(shè)備提供電源的供電系統(tǒng)就成為了社會(huì)上所關(guān)注的重點(diǎn)。UPS電源作為電力調(diào)度中心的重中之重，在功率、容量、功能及可靠性上都得到了較大的完善，該文主要通過(guò)分析以往調(diào)查研究資料對(duì)UPS電源的現(xiàn)狀和發(fā)展提出相關(guān)的意見(jiàn)和建議。

關(guān)鍵詞：UPS電源 電力調(diào)度 可靠性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（a）-0048-02

電力調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)備一般包括通信系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度MIS系統(tǒng)及應(yīng)急照明系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不僅取決于系統(tǒng)自身的好壞，同時(shí)也與UPS電源的供電能力有關(guān)。就目前而言，我國(guó)的電力調(diào)度一般采用大型UPS集中供電模式，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，所引發(fā)的后果就會(huì)影響到整個(gè)調(diào)度公司。因此，UPS電源系統(tǒng)的可靠性應(yīng)該得到電力行業(yè)的足夠重視，接下來(lái)就對(duì)UPS電源的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行分析與探討。

1 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

UPS電源系統(tǒng)的主設(shè)備主要包括主電路、控制電路及輔助電路，其中主電路的主要組成部件為整流器、逆變器及靜態(tài)旁路三部分，負(fù)責(zé)為用戶(hù)提供電能變換、隔離及傳輸服務(wù)；控制電路主要是控制主電路的部件正常運(yùn)行，其主要組成部件為一系列控制板；輔助電路的主要組成部分為內(nèi)部控制電源、內(nèi)部風(fēng)扇等易損壞部件。

根據(jù)調(diào)查研究，人們對(duì)于電力調(diào)度的可靠性和穩(wěn)定性越來(lái)越高，20世紀(jì)末期21世紀(jì)初期華東地區(qū)的調(diào)度中心使用的UPS電源都為50kva以上，典型的大力供電，而且為了保證各大企業(yè)的運(yùn)行幾乎全部使用的雙機(jī)冗余設(shè)備，而且儲(chǔ)蓄了大量的后備電池。隨著新技術(shù)的不斷產(chǎn)生與推進(jìn)，大型UPS電源在功能和性能上都有了很大程度的提高，但是在實(shí)際應(yīng)用方面仍然有些許漏洞，主要表現(xiàn)在缺乏合理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行效率低下等幾個(gè)方面。

2 影響UPS電源系統(tǒng)的因素

2.1 主電路

前面講到，主電路主要包括整流器、逆變器和靜態(tài)旁路三個(gè)部件，因而主電路對(duì)UPS電源系統(tǒng)的影響也將從這三部分入手，下面展開(kāi)具體闡述。

2.1.1 整流器

又被稱(chēng)之為輸入端，主要是將普通交流電源轉(zhuǎn)化為直流電源，在為后端的逆變器提供電源的同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電操作。由于整流器是處于和外界電網(wǎng)相連接的輸入端位置，因而有著較為完善的保護(hù)功能。因而在大型調(diào)度中心不僅要求配電室有避雷針，要求UPS本身也要配置有防雷部件，需要在整流器的輸入和輸出端配置LC濾波器，以此來(lái)消除來(lái)自外界的電壓及電流來(lái)保證整流器的安全。

2.1.2 逆變器

又被稱(chēng)之為輸出端，主要是講來(lái)自整流器輸出或是電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，向客戶(hù)提供凈化后的交流電源。作為UPS內(nèi)部最為關(guān)鍵的部件之一，其可靠性與電流沖擊息息相關(guān)。要求在UPS的輸出端配置大電感的部件以此來(lái)抵消可能出現(xiàn)的大電流沖擊，同時(shí)UPS供電系統(tǒng)也應(yīng)該在切換的時(shí)候設(shè)置自動(dòng)提升電壓的功能。這項(xiàng)措施的原理是使得UPS在切換時(shí)盡量讓輸出電壓接近旁路輸入電壓，從而在一定程度上減少?zèng)_擊電流。

2.1.3 靜態(tài)旁路

又被稱(chēng)之為應(yīng)急通路，主要部件是三相雙向晶閘管開(kāi)關(guān)。之所以稱(chēng)之為旁路是因?yàn)槠涔ぷ髟頌閷㈦娔懿唤?jīng)過(guò)任何轉(zhuǎn)化直接傳遞給負(fù)載的通路，所以相關(guān)人員為了保證負(fù)載的安全性在旁路上配置有專(zhuān)門(mén)的隔離變壓器，以此來(lái)緩沖來(lái)自外界電網(wǎng)和后續(xù)負(fù)載的電流沖擊。我國(guó)機(jī)房的零地電壓國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為小魚(yú)1V，然而由于電網(wǎng)三相負(fù)載的不對(duì)程序和非線(xiàn)性負(fù)載的范圍之廣等諸多因素，往往導(dǎo)致零地電壓經(jīng)常大于等于3V，這在一定程度上嚴(yán)重影響了用戶(hù)計(jì)算機(jī)負(fù)載的安全性。因而在旁路安裝隔離電壓裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)UPS電源輸入零地與輸出零地的徹底隔離，保證機(jī)器運(yùn)作的可靠性。

2.2 控制電路

控制電路是整個(gè)UPS電源的核心組織，其主要工作原理是通過(guò)傳感器檢測(cè)UPS的輸入輸出控制參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，輔以?xún)?nèi)部的綜合處理來(lái)達(dá)到調(diào)控主電路部件的工作。但是在實(shí)際操作中，由于控制電路中的零部件都具有極高的敏感性，因而成為了UPS內(nèi)部最為薄弱和故障率最高的一個(gè)組成部分，也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)代企業(yè)所應(yīng)用的集成化是也高電子電路可靠性的重要途徑，集成度的程度已經(jīng)成為人們?cè)u(píng)定一個(gè)設(shè)備可靠性的硬性指標(biāo)；控制板之間的連接方式也影響著UPS電源的運(yùn)作，控制板之間的連接關(guān)系越少，其互相之間的依存關(guān)系便會(huì)越來(lái)越簡(jiǎn)單，因而出錯(cuò)率就會(huì)少很多，當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的網(wǎng)絡(luò)化連接就極大的提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外半數(shù)字半模擬控制的供電系統(tǒng)也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橹皞鹘y(tǒng)的模擬控制中的所有參數(shù)都是通過(guò)電腦經(jīng)串口輸入的，而現(xiàn)在所采用的某些參數(shù)卻仍然需要用電位器來(lái)設(shè)定，這也是不容忽視的一個(gè)問(wèn)題之一。

2.3 輔助電路

這里的輔助系統(tǒng)最主要的就是控制電源和散熱風(fēng)扇，所說(shuō)的控制電源的故障的工作原理就是將內(nèi)部控制電路變成斷電狀態(tài)，而風(fēng)扇的主要作用是保證內(nèi)部控制電路和控制電路的部件不因過(guò)溫而關(guān)機(jī)。其主要存在的問(wèn)題如下：輔助電源主要是向各個(gè)控制面板提供低壓直流電源，一旦出現(xiàn)故障整個(gè)控制電路都會(huì)停止工作甚至供電系統(tǒng)都不會(huì)轉(zhuǎn)旁路；其次UPS電源是作為一種但能轉(zhuǎn)換設(shè)備期間會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，而眾所周知電子元件的工作穩(wěn)定性一般與環(huán)境溫度有著密切關(guān)系，因而風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速問(wèn)題也是影響供電系統(tǒng)工作的一個(gè)重要原因，因而工作人員一定要注意在風(fēng)扇的設(shè)計(jì)上采用冗余方式并做到及時(shí)進(jìn)行查漏更換。

3 UPS電源的優(yōu)化措施

當(dāng)前我國(guó)的UPS電源已經(jīng)處于不斷的優(yōu)化和完善之中，但是正如上述所言，在實(shí)際操作中仍然存在著部分問(wèn)題亟待解決，下面將針對(duì)故障率最高的幾個(gè)問(wèn)題提出有效的改進(jìn)措施。

3.1 進(jìn)線(xiàn)電源的切換

應(yīng)用最為廣泛的是大中型UPS電源，同小型的UPS電源相比，前者幾乎都采用了交流三相供電，要求至少具有兩條電源點(diǎn)不聽(tīng)且相互獨(dú)立的電源線(xiàn)，一條為主一條為輔，正常運(yùn)行時(shí)主電源線(xiàn)提供電能，輔助電源處于備用狀態(tài)。在主供電器失電或是失壓的情況下主要有兩種切換途徑。

上圖是第一種切換方式，一開(kāi)始主供電源正常運(yùn)作接觸器CJ1閉合而CJ2處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)主供電源斷電時(shí)二者的狀態(tài)又會(huì)瞬間置換過(guò)來(lái)，此時(shí)UPS電源就會(huì)進(jìn)入輔助電源供電狀態(tài)。這是比較普遍的一種切換方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路可以自行進(jìn)行切換不需要人工的協(xié)調(diào)，可以在一定程度上減少工作量。

以上是第二種切換方式，只能通過(guò)控制QA1和QA3實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換。主要工作原理為當(dāng)摁下某一按鈕時(shí)其相對(duì)應(yīng)的另一條回路就會(huì)被禁止，當(dāng)主供電源失電或失壓時(shí)，該方式無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)切換，此時(shí)UPS電源會(huì)轉(zhuǎn)化為蓄電池供電，有點(diǎn)在于其不會(huì)造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)停電。這里需要注意的一點(diǎn)是，UPS電源的蓄電池通常處于浮充狀態(tài)，適當(dāng)?shù)淖屝铍姵胤乓徊糠蛛娔軐?duì)于蓄電池的保養(yǎng)而言還是有一定好處的，因而建議在此情況下可以先對(duì)蓄電池進(jìn)行放點(diǎn)操作，等到釋放出適量的電能再由工作人員手動(dòng)將其切換。

3.2 電源主機(jī)與蓄電池的連接

蓄電池是UPS電源的重要組成部分，在當(dāng)今應(yīng)用范圍最為廣泛的大型UPS電源中，蓄電池的容量是個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。蓄電池的造價(jià)幾乎超過(guò)UPS電源主機(jī)的造價(jià)，因而提高設(shè)備的利用率是設(shè)計(jì)中理應(yīng)注意到的關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際操作中可以采用兩臺(tái)UPS電源共用一套蓄電池的做法，當(dāng)市電斷電時(shí)，蓄電池可以同時(shí)向兩臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電，此時(shí)即使其中一臺(tái)電源主機(jī)處于檢修狀態(tài)，蓄電池中所儲(chǔ)存的能量依然可以通過(guò)另一條電源主機(jī)對(duì)外供電，很大的程度上避免了電能的浪費(fèi)而且能夠保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的持續(xù)性。影響UPS容量的主要有功率因數(shù)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系數(shù)、直流電壓下降系數(shù)、溫度補(bǔ)償系數(shù)及設(shè)備老化設(shè)計(jì)裕度系數(shù)等五個(gè)因素，其中必要的裕度系數(shù)比較重要，在提高UPS容量的時(shí)候要盡可能的留有必要的裕度系數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

電力調(diào)度中心UPS電源的可靠性和安全性對(duì)于電力調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用，UPS電源的可靠性需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)UPS電源的系統(tǒng)部件、設(shè)計(jì)原理、運(yùn)作方式及制作工藝等具有一定程度的了解，對(duì)能夠影響到電源可靠性的因素進(jìn)行深入的分析探討才能做出有針對(duì)性的優(yōu)化措施，通過(guò)認(rèn)真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)使得UPS電源處于良好的工作狀態(tài)。

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