20kVA混合動力供電單元設(shè)備的研發(fā)

徐凱峰 于宇 馬世學(xué)

摘 要：通過分析市電和發(fā)電機(jī)組供電的電源品質(zhì)與供電電源間的切換時間，提出針對供電品質(zhì)提高的新型供電模式。該模式基于柴油機(jī)組，市電以及UPS（Uninterruptable Power Supply）構(gòu)成，與傳統(tǒng)的供電模式相比較，新模式可以有效的提高電源供電品質(zhì)，并有效的減少電源間的切換時間，既達(dá)到應(yīng)急電源的不間斷切換，又能滿足高品質(zhì)的用電需求。

關(guān)鍵詞：UPS；切換時間；電源

隨著IT產(chǎn)業(yè)、CI產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用，電源產(chǎn)業(yè)得到空前的發(fā)展。電源產(chǎn)業(yè)是各類高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，所有的高精尖科技設(shè)備都需要電源系統(tǒng)的技術(shù)支持。

在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)電源的品質(zhì)存在不穩(wěn)定性，會出現(xiàn)電壓波動、頻率變動、斷電等問題，這些問題可能導(dǎo)致精密電子設(shè)備產(chǎn)生不可預(yù)期的錯誤、資料漏失、停機(jī)，甚至損壞。為了改善這些問題，筆者將對這些傳統(tǒng)電源問題加以分析并結(jié)合新的電力電子技術(shù)產(chǎn)品，研發(fā)出一款新型的中小功率供電設(shè)備——20kVA混合動力供電設(shè)備。

1 傳統(tǒng)電源的不足

對傳統(tǒng)電源分析，發(fā)現(xiàn)電源問題表現(xiàn)在兩個方面：

一是供電品質(zhì)，由于供電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載的復(fù)雜性以及雷擊、地電等的影響，供給負(fù)荷的交流電并不是穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，會出現(xiàn)各種不良現(xiàn)象：持續(xù)的電壓過高或過低、浪涌、波形下陷、諧波干擾、頻率漂移等。

二是電源切換時間，由于供電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜，并不是可以一直供電的，會出現(xiàn)突然斷電的情況，例如開關(guān)跳閘；配電盤故障等。

這兩方面的問題，很容易造成電腦設(shè)備或者精密儀器資料散亂、程序錯誤、動作混亂不正甚至損壞。

2 混合動力供電設(shè)備的研發(fā)

2.1 不間斷電源（UPS）的選擇

UPS，即不間斷電源系統(tǒng)，電力系統(tǒng)停電時，在極短的時間內(nèi)取代原由的電力設(shè)備，繼續(xù)供電給負(fù)載系統(tǒng)。UPS按工作方式分為三種形式：一類是在線式，另一類是后備式，還有介于兩者之間的在線互動式，這三種形式對電源問題有不同的解決能力：

在線式UPS能夠完美的解決浪涌、波形下陷、電子干擾、頻率漂移、電壓過高或過低、斷電等電源問題；而在線互動式UPS、后備式UPS則只能夠有限的解決這些問題，甚至是無法解決。所以在研發(fā)中將采用此類型的UPS。

UPS品牌的選擇則需注重UPS的性能（硬件、軟件）、電池、服務(wù)、價格。

根據(jù)市場調(diào)研，決定選用艾默生品牌UL33-0200L的UPS。

2.2 備用發(fā)電機(jī)組的選擇

備用發(fā)電機(jī)組主要有柴油發(fā)電機(jī)組和汽油發(fā)電機(jī)組兩種，它們都有各自的優(yōu)點與缺點。

柴油發(fā)電機(jī)組油耗低、噪聲高、安全性高、價格較低；汽油發(fā)電機(jī)組油耗高、噪聲低、安全性低、價格較高。比較發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)性以及安全性更好一些，所以在研發(fā)中將采用柴油發(fā)電機(jī)組。

而柴油機(jī)組的選型應(yīng)考慮的因素，主要包括機(jī)械與電氣性能，機(jī)組的用途，負(fù)荷容量與變化范圍，機(jī)組的使用條件等。根據(jù)市場調(diào)研，決定采用錫柴品牌的的柴油發(fā)電機(jī)組（20kW）。

2.3 20kVA混合動力供電設(shè)備的研發(fā)

20kVA混合動力供電設(shè)備是基于UPS、柴油發(fā)電機(jī)組以及市電供電系統(tǒng)構(gòu)成的新型的電源供電設(shè)備，結(jié)合了它們的優(yōu)點，去除各自的缺點，既能滿足電源的不間斷性能，又滿足高品質(zhì)的用電需求。構(gòu)架如下：

市電正常時，由市電一面供給負(fù)載，一面給蓄電池供電，市電發(fā)生故障時，由蓄電池經(jīng)過逆變器給負(fù)載供電，在蓄電池供電的同時開啟機(jī)組通過UPS給負(fù)載供電。

混合動力供電設(shè)備控制系統(tǒng)采用控制柜對發(fā)電機(jī)繼續(xù)控制、參數(shù)測量、顯示、保護(hù)等功能，設(shè)備在市電斷電或者電源品質(zhì)不高的情況下自動開啟。

混合動力供電設(shè)備將UPS、柴油發(fā)電機(jī)組集成在機(jī)房，參考國際的先進(jìn)的機(jī)房制造經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)、外觀更加趨于合理化、人性化、安全防護(hù)等級也相應(yīng)提高；其底盤布置也按各個部件進(jìn)行對照，使得柴電雙源機(jī)組在安裝時做到準(zhǔn)確無誤。

3 20kVA混合動力供電設(shè)備的驗證

將市電供電電源、發(fā)電機(jī)組電源與混合動力供電設(shè)備提供的電源進(jìn)行對比，主要選取最具代表性的電壓值、進(jìn)行比對。

由表格可以發(fā)現(xiàn)，混合動力供電設(shè)備電源電壓波動非常小，并且能實現(xiàn)零的切換時間。

4 結(jié)論

（1）電力公司和后備發(fā)電機(jī)提供的電源不能滿足高精尖的科技設(shè)備的用電需求，在某些特定情況下很難讓人滿意。

（2）20kVA混合動力供電設(shè)備提高了電源的供電品質(zhì)（電壓穩(wěn)定在土1%內(nèi)，不含諧波失真，沒有噪聲干擾），電源間具備零切換時間，這是傳統(tǒng)電源很難做到的，這樣就避免了由于電源原因造成的硬件損壞以及軟件的丟失。

參考文獻(xiàn)：

[1]王會華，王守軍，張良銀.UPS電源性能分析研究與使用[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2016（18）.

[2]苗世華，李杰，宗洪良.工業(yè)企業(yè)電源快速切換裝置在低壓母線的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011（6）.

[3]王瑋.UPS的正確使用及維護(hù)[J].科協(xié)論壇（下半月），2010（5）.

[4]吳曉明.基于光柴混合發(fā)電的應(yīng)急供電系統(tǒng)設(shè)計[D].北京：華北電力大學(xué)（北京）電氣工程系，2015.

[5]鄧臖.工業(yè)UPS系統(tǒng)的選擇與設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2015（6）.