電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS供電方案可靠性

文/吳慶，南京超級(jí)云計(jì)算信息服務(wù)有限公司

1 前言

作為一項(xiàng)實(shí)際要求較高的實(shí)踐性工作，電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS供電可靠性的特殊性不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS供電的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化該項(xiàng)工作的最終整體效果。

2 UPS電源的工作原理

隨著信息技術(shù)等的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)技術(shù)和組成部分也到得了有效的發(fā)展，UPS電源是當(dāng)前產(chǎn)生的一種不間斷電源，UPS電源是一種儲(chǔ)能裝置，按照其工作方式可以將其分為后備式UPS電源和在線式UPS電源。從UPS電源的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析，UPS電源不僅僅是一個(gè)電源儲(chǔ)存裝置，它還具有電力凈化的作用。

在實(shí)際的用電中，用電質(zhì)量不理想，會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)、電流不穩(wěn)定、停電等現(xiàn)象，這些用電不穩(wěn)定現(xiàn)象，在家庭用電中可以承受，但是在信息技術(shù)設(shè)備例如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的運(yùn)行中，卻是一個(gè)較大的安全威脅。這些不穩(wěn)定用電現(xiàn)象的產(chǎn)生，會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，造成敏感元件、精密設(shè)備等出現(xiàn)損傷。所以在實(shí)際的用電中，會(huì)配置UPS電源，一般情況下是配置2臺(tái)，UPS電源為相應(yīng)的設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行提供直流電流，對(duì)設(shè)備的電池進(jìn)行充電。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，2臺(tái)UPS電源所承擔(dān)的負(fù)荷均為50%，但是當(dāng)有一臺(tái)出現(xiàn)了故障時(shí)，另外一臺(tái)UPS電源將承擔(dān)100%的負(fù)載。

3 UPS的供電方式

3.1 在確定UPS進(jìn)行供電的過(guò)程中，我們確定了三種不同的供電方式，首先最為簡(jiǎn)單的一種就是單機(jī)在線。單機(jī)在線的主要工作形式為，當(dāng)母線和UPS的電源都處于正常工作狀態(tài)時(shí)，UPS則是處于一種蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行充電，在充電的過(guò)程中仍然需要對(duì)連接的負(fù)載進(jìn)行供電，其類似于筆記本電腦中的電池。這樣的方式，如果母線出現(xiàn)了故障時(shí)，則UPS中儲(chǔ)備的電源進(jìn)行對(duì)負(fù)載的供電，當(dāng)UPS出現(xiàn)了故障時(shí)，則由母線直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。這樣就保證了不會(huì)因?yàn)閿嚯姸斐傻碾姎庀到y(tǒng)出現(xiàn)停止運(yùn)行的狀況發(fā)生。

3.2 雙機(jī)備用供電模式。在電力系統(tǒng)中使用這種供電，其所使用的是兩個(gè)UPS供電，其效果和單機(jī)在線的方式大致相同。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，母線通過(guò)和兩個(gè)UPS電源進(jìn)行直接供電，UPS在充電的過(guò)程中再對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，當(dāng)UPS1出現(xiàn)了故障時(shí)，則母線通過(guò)UPS 2進(jìn)行對(duì)負(fù)載的輸電，當(dāng)UPS1和UPS2同時(shí)故障時(shí)，則由母線直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。這樣做的好處是當(dāng)母線故障時(shí)會(huì)有兩個(gè)電源進(jìn)行對(duì)負(fù)載的供電，一般是用于用電量大的電力系統(tǒng)，而起的缺點(diǎn)是構(gòu)建雙機(jī)備用的UPS供電模式在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，所以往往需要在前期耗費(fèi)大量的時(shí)間，在進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程中也需要花費(fèi)很多的時(shí)間。

3.3 多機(jī)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。通過(guò)將多個(gè)UPS電源進(jìn)行并聯(lián)，在進(jìn)行供電的這種形式，往往其功能更加的穩(wěn)定，在安裝過(guò)程中因?yàn)槭沁M(jìn)行并聯(lián)，所以在結(jié)構(gòu)上也較為簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也就意味著當(dāng)出現(xiàn)了故障時(shí)，維修的過(guò)程也就相對(duì)的更加快捷。但是這種并聯(lián)的方式往往其UPS電源需要的數(shù)量較多，花費(fèi)也較大，更適用于大型的企業(yè)或者機(jī)構(gòu)進(jìn)行使用。

4 UPS供電方案可靠性分析

對(duì)UPS供電方案可靠性分析需要對(duì)具體的供電系統(tǒng)進(jìn)行分析，為此，本文對(duì)一個(gè)典型的UPS緊急供電方案進(jìn)行實(shí)際的分析。該電力UPS供電系統(tǒng)由13個(gè)模塊組成，分別為市電模塊U、發(fā)電機(jī)模塊G、輸入母線模塊BI、輸出母線模塊BO、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊ATS、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊STS、蓄電池組模塊BM、監(jiān)控電路模塊MM、充電模塊CM、濾波電路模塊FM、整流電路模塊RM、逆變電路模塊IM等。輸入部分分為兩路，一路是市電模塊，另一路是發(fā)電機(jī)模塊。

4.1 蓄電池組可靠性

蓄電池組模塊BM是UPS供電系統(tǒng)的核心模塊之一，工作時(shí)包括正常狀態(tài)、放電狀態(tài)、失電狀態(tài)、故障狀態(tài)和檢修狀態(tài)等5個(gè)狀態(tài)。正常狀態(tài)又包括充電狀態(tài)或者浮充狀態(tài)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)蓄電池組的平均無(wú)故障工作時(shí)間和故障平均修復(fù)時(shí)間服從指數(shù)分布。因此，我們采用逆變法獲取蓄電池組平均無(wú)故障工作時(shí)間和故障平均修復(fù)時(shí)間的抽樣值。然后根據(jù)蓄電池組的工作特性得到蓄電池組的電池實(shí)時(shí)容量與充放電時(shí)間的關(guān)系。蓄電池組由放電狀態(tài)到失電狀態(tài)的時(shí)間就是蓄電池組的實(shí)時(shí)容量除以恒定放電電流。

4.2 發(fā)電機(jī)可靠性

發(fā)電機(jī)是UPS的輸入，對(duì)UPS進(jìn)行充能。發(fā)電機(jī)的狀態(tài)包括3個(gè)，正常狀態(tài)、故障狀態(tài)和檢修狀態(tài)，其平均無(wú)故障時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間也滿足指數(shù)分布。故仍采用逆變法進(jìn)行分析。經(jīng)分析可知平均無(wú)故障時(shí)間等于發(fā)電機(jī)故障率的倒數(shù)與指數(shù)之積的負(fù)數(shù)，平均修復(fù)時(shí)間等于發(fā)電機(jī)修復(fù)率的倒數(shù)與指數(shù)之積的負(fù)數(shù)。檢修時(shí)間為一常數(shù)。另外，其它模塊的可靠性類似，不再贅述。

4.3 可靠性指標(biāo)求解和分析

根據(jù)上述的可靠性分析，整個(gè)供電系統(tǒng)的狀態(tài)就由上述13個(gè)模塊的狀態(tài)決定。因此，利用模擬法進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí)，要考慮系統(tǒng)的蓄電池組容量、故障檢修、模塊故障等，不斷對(duì)這些模塊的狀態(tài)變化進(jìn)行時(shí)間抽樣，找到系統(tǒng)狀態(tài)改變的最小時(shí)刻，然后模擬時(shí)鐘將時(shí)間推進(jìn)到最小時(shí)刻，獲取對(duì)狀態(tài)變化產(chǎn)生影響的元件。

故要加強(qiáng)供電系統(tǒng)的可靠性，可以選擇輸入輸出雙母線并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)、提升電池的容量、雙UPS并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)或者發(fā)電機(jī)雙機(jī)并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中雙母線并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)是優(yōu)先方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS供電方案可靠性的研究分析，對(duì)于其良好供電效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的電力自動(dòng)化系統(tǒng)UPS供電過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

[1]顏權(quán).淺談UPS電源在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].大科技.2017（11）：60-62.

[2]吳建明.并聯(lián)冗余UPS電源系統(tǒng)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用.2017（01）：115-116.