電力變電站UPS電源系統(tǒng)使用現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施

王遠(yuǎn) 肖輝 王劼

摘要：本文通過介紹UPS電源系統(tǒng)的功能，結(jié)合變電站內(nèi)UPS系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，提出了增加一路電源輸入的改進(jìn)方案。通過新方案的引進(jìn)，可以使得UPS電源系統(tǒng)的能量傳輸效率大大提升，同時(shí)還使得整個(gè)系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面取得新的突破。

Abstract：Introducing the function of UPS power supply system， combined with the actual use of the UPS system in substation， the paper puts forward an improved scheme to increase the power input. Through the introduction of the new scheme， the energy transfer efficiency of the UPS power supply system can be greatly improved， and the whole system can make new breakthroughs in energy conservation and environmental protection.

Key words： substation， UPS， energy transfer efficiency

0引言

隨著變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以及自動(dòng)化水平的不斷提高，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將微機(jī)后臺(tái)監(jiān)控、保護(hù)故障信息上傳、電能實(shí)時(shí)計(jì)量、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信以及遠(yuǎn)動(dòng)終端服務(wù)等變成了現(xiàn)實(shí)。然而這一切能順利實(shí)現(xiàn)的前提就是供電穩(wěn)定可靠。因此，對(duì)這些重要站用設(shè)備的穩(wěn)定、可靠供電變成了變電站安全的頭等大事，在此環(huán)境下，不間斷電源UPS應(yīng)運(yùn)而生[1]。不間斷電源UPS的功能就是在任何站外電源由于故障而發(fā)生全站停電的時(shí)候，可以為上述設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電能，以保證電站內(nèi)重要控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.不間斷電源的基本結(jié)構(gòu)

我國變電站常用的不間斷電源系統(tǒng)，主要包括整流器、充電器、逆變器、蓄電池和隔離開關(guān)等。當(dāng)變電站的交流電源在正常工作的時(shí)候，市電首先通過濾波環(huán)節(jié)，進(jìn)而傳輸?shù)秸髂K，整流模塊一方面供給充放電模塊，進(jìn)而往蓄電池組中充電;另一方面，整流模塊輸出到逆變模塊中，最后再傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端便可以為變電站中重要交流負(fù)載供電[2]。當(dāng)變電站出現(xiàn)故障導(dǎo)致市政電源無法供電的時(shí)候，整流模塊無法對(duì)逆變模塊進(jìn)行電能輸入，逆變模塊將儲(chǔ)能系統(tǒng)中的儲(chǔ)存電能加以轉(zhuǎn)化，變成穩(wěn)定可靠的交流電來供給變電站中重要負(fù)載。而當(dāng)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要檢修的時(shí)候，還可以將整個(gè)UPS系統(tǒng)斷開，改用旁路輸入來為變電站的重要交流負(fù)載供電。如此一來，變電站系統(tǒng)中的重要負(fù)載便不會(huì)因?yàn)榫€路故障而斷電，其具體供電模式如下圖1所示。

2.變電站UPS系統(tǒng)的種類

2.1并聯(lián)型UPS系統(tǒng)

并聯(lián)型UPS系統(tǒng)，是指將兩臺(tái)UPS電源進(jìn)行并行連接。當(dāng)變電站在正常運(yùn)行的過程中，兩臺(tái)UPS電源相互之間不會(huì)產(chǎn)生聯(lián)系，而是各自負(fù)責(zé)一部分負(fù)載的供電，而且都具備獨(dú)立的輸出和輸入功能。但是當(dāng)其中某一臺(tái)UPS系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，故障UPS系統(tǒng)將會(huì)被斷開，故障UPS系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的負(fù)載將會(huì)被系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到正常UPS系統(tǒng)之上，這時(shí)所有的用電負(fù)載將全部由非故障UPS電源來提供[3]。這種供電方式操作簡(jiǎn)單，在具體施工的時(shí)候也很容易實(shí)現(xiàn)，能夠適應(yīng)所有情況下的運(yùn)行環(huán)境要求。

2.2串聯(lián)型UPS系統(tǒng)

串聯(lián)型UPS系統(tǒng)，是將兩臺(tái)UPS電源設(shè)置成為主電源和副電源。當(dāng)變電站在正常運(yùn)行的時(shí)候，所有電力終端設(shè)施的電壓都由主電源來負(fù)責(zé)提供，而副電源則不提供任何電能，但是副電源會(huì)一直處于待命狀態(tài)[4]。一旦主電源發(fā)生故障無法工作時(shí)，所有的電力終端設(shè)備則會(huì)全部轉(zhuǎn)到副電源上面去，由副電源來負(fù)責(zé)所有設(shè)備的供電。

3.使用現(xiàn)狀的不足

3.1UPS電源系統(tǒng)的主路輸入和旁路輸入是同一路電源

從UPS電源系統(tǒng)的工作原理入手分析，我們不難看出：當(dāng)市電端的主電源輸入發(fā)生故障的時(shí)候，UPS系統(tǒng)將會(huì)采用儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電能，將其逆變?yōu)?20V的交流電供變電站中重要交流負(fù)載來使用。當(dāng)UPS電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)故障、蓄電池電能耗盡或者主系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)采用旁路輸入來供電，斷開整個(gè)UPS電源系統(tǒng)來進(jìn)行檢修[5]。由上述分析我們?nèi)菀椎玫剑阂坏┙oUPS電源系統(tǒng)供電的主輸入電源發(fā)生異?；蚬收?，同時(shí)蓄電池的電能也被耗盡的時(shí)候，變電站內(nèi)的重要負(fù)載將無法獲得交流電能，進(jìn)而無法工作，那么將給變電站的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

3.2UPS系統(tǒng)需要源源不斷向市電取能

由前面的UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知，整個(gè)系統(tǒng)的電能傳輸途徑是從市電傳輸?shù)秸髂K，然后再經(jīng)過逆變模塊，最后再傳輸?shù)阶冸娬镜闹匾涣髫?fù)載上。整個(gè)過程中，市電會(huì)源源不斷向系統(tǒng)輸入電能。

3.3UPS電源系統(tǒng)能源利用效率低

由前面的UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知，整個(gè)電能傳輸轉(zhuǎn)化過程中，系統(tǒng)是先將交流市電經(jīng)過整流模塊處理，變成直流電，然后又經(jīng)逆變模塊處理，變成交流電，進(jìn)而供給變電站中的重要交流負(fù)載使用。然而，在系統(tǒng)將市電轉(zhuǎn)化成直流電的過程中，由于系統(tǒng)損耗和電能傳輸各個(gè)環(huán)節(jié)的折損，會(huì)導(dǎo)致電能在傳輸過程中大量白白耗費(fèi)。同樣，在將直流電轉(zhuǎn)化成交流電的過程中，也會(huì)在逆變環(huán)節(jié)損失大量電能。如此一來，從市電的輸入到最終交流負(fù)載用上交流電的整個(gè)過程中，會(huì)大量損失電能，能源利用效率極低。

4.改善方案及其優(yōu)點(diǎn)

4.1增加一路電源輸入。

在原有的UPS電源系統(tǒng)中增加一路電源輸入。增加的一路電源輸入是采用太陽能光伏電池發(fā)電的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)。在增加太陽能發(fā)電輸入之后的整體系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

在上圖2所示的改善方案中，我們是通過UPS電源系統(tǒng)控制器來協(xié)調(diào)市政電網(wǎng)電源、太陽能電網(wǎng)電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)電源的輸出匹配，最終合理給變電站內(nèi)重要站用交流負(fù)載供電。新改進(jìn)方案后的系統(tǒng)供電框圖如圖3所示。

4.2改善方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）有效利用清潔能源，支持國家節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)引入進(jìn)UPS電源系統(tǒng)之后，可以在陽光充足的時(shí)候充分利用太陽能所發(fā)電能，不需要從市政電網(wǎng)來取電，因而最大程度上節(jié)省了市政電能，進(jìn)而在一定程度上減少了火力發(fā)電所帶來的燃燒污染物排放。

（2）能量利用更加直接，傳輸效率高。新改進(jìn)的UPS電源系統(tǒng)相對(duì)于以前的UPS電源系統(tǒng)而言，由于優(yōu)先利用了清潔能源太陽能，而太陽能光伏系統(tǒng)所發(fā)電能為直流電，這樣便省去了中間的整流環(huán)節(jié)，可以將太陽能光伏系統(tǒng)所發(fā)電能直接加以轉(zhuǎn)化和利用，因而系統(tǒng)能量傳輸效率大大提高。

5結(jié)束語

UPS電源裝置具有良好的逆變、充放電等性能，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中起到了舉足輕重的作用。本文通過介紹UPS電源系統(tǒng)的功能，結(jié)合變電站內(nèi)UPS系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，提出了增加一路電源輸入的改進(jìn)方案。通過新方案的引進(jìn)，可以使得UPS電源系統(tǒng)的能量傳輸效率大大提升，同時(shí)還使得整體系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面取得新的突破。隨著變電站自動(dòng)化水平的不斷提高，變電站內(nèi)電源系統(tǒng)的可靠性要求也勢(shì)必逐年增強(qiáng)，UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也將推陳出新，變得更加合理、可靠。

參考文獻(xiàn)

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