UPS電源在電力調度中心應用中的優化設計研究

徐鐵紅

摘 要：隨著科學技術的迅猛發展，通信技術在電力行業中發揮著日益重要的作用，已經成為了我國電廠、變電站及各級電力公司必不可少的一項設備，因而為通信設備提供電源的供電系統就成為了社會上所關注的重點。UPS電源作為電力調度中心的重中之重，在功率、容量、功能及可靠性上都得到了較大的完善，該文主要通過分析以往調查研究資料對UPS電源的現狀和發展提出相關的意見和建議。

關鍵詞：UPS電源 電力調度 可靠性分析

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0048-02

電力調度中心系統設備一般包括通信系統、自動化系統、調度MIS系統及應急照明系統等，這些系統的穩定運行不僅取決于系統自身的好壞，同時也與UPS電源的供電能力有關。就目前而言，我國的電力調度一般采用大型UPS集中供電模式，一旦供電系統出現故障，所引發的后果就會影響到整個調度公司。因此，UPS電源系統的可靠性應該得到電力行業的足夠重視，接下來就對UPS電源的應用和發展進行分析與探討。

1 UPS電源系統現狀

UPS電源系統的主設備主要包括主電路、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、逆變器及靜態旁路三部分，負責為用戶提供電能變換、隔離及傳輸服務；控制電路主要是控制主電路的部件正常運行，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部控制電源、內部風扇等易損壞部件。

根據調查研究，人們對于電力調度的可靠性和穩定性越來越高，20世紀末期21世紀初期華東地區的調度中心使用的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的運行幾乎全部使用的雙機冗余設備，而且儲蓄了大量的后備電池。隨著新技術的不斷產生與推進，大型UPS電源在功能和性能上都有了很大程度的提高，但是在實際應用方面仍然有些許漏洞，主要表現在缺乏合理的設計和運行效率低下等幾個方面。

2 影響UPS電源系統的因素

2.1 主電路

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

2.1.1 整流器

又被稱之為輸入端，主要是將普通交流電源轉化為直流電源，在為后端的逆變器提供電源的同時對蓄電池進行充電操作。由于整流器是處于和外界電網相連接的輸入端位置，因而有著較為完善的保護功能。因而在大型調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，以此來消除來自外界的電壓及電流來保證整流器的安全。

2.1.2 逆變器

又被稱之為輸出端，主要是講來自整流器輸出或是電池的直流電轉化為交流電，向客戶提供凈化后的交流電源。作為UPS內部最為關鍵的部件之一，其可靠性與電流沖擊息息相關。要求在UPS的輸出端配置大電感的部件以此來抵消可能出現的大電流沖擊，同時UPS供電系統也應該在切換的時候設置自動提升電壓的功能。這項措施的原理是使得UPS在切換時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沖擊電流。

2.1.3 靜態旁路

又被稱之為應急通路，主要部件是三相雙向晶閘管開關。之所以稱之為旁路是因為其工作原理為將電能不經過任何轉化直接傳遞給負載的通路，所以相關人員為了保證負載的安全性在旁路上配置有專門的隔離變壓器，以此來緩沖來自外界電網和后續負載的電流沖擊。我國機房的零地電壓國家標準為小魚1V，然而由于電網三相負載的不對程序和非線性負載的范圍之廣等諸多因素，往往導致零地電壓經常大于等于3V，這在一定程度上嚴重影響了用戶計算機負載的安全性。因而在旁路安裝隔離電壓裝置也能夠實現UPS電源輸入零地與輸出零地的徹底隔離，保證機器運作的可靠性。

2.2 控制電路

控制電路是整個UPS電源的核心組織，其主要工作原理是通過傳感器檢測UPS的輸入輸出控制參數及環境參數，輔以內部的綜合處理來達到調控主電路部件的工作。但是在實際操作中，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內部最為薄弱和故障率最高的一個組成部分，也成為了人們關注的焦點問題?，F代企業所應用的集成化是也高電子電路可靠性的重要途徑，集成度的程度已經成為人們評定一個設備可靠性的硬性指標；控制板之間的連接方式也影響著UPS電源的運作，控制板之間的連接關系越少，其互相之間的依存關系便會越來越簡單，因而出錯率就會少很多，當前應用較為廣泛的網絡化連接就極大的提高了供電系統的穩定性。此外半數字半模擬控制的供電系統也存在著一定的風險，因為之前傳統的模擬控制中的所有參數都是通過電腦經串口輸入的，而現在所采用的某些參數卻仍然需要用電位器來設定，這也是不容忽視的一個問題之一。

2.3 輔助電路

這里的輔助系統最主要的就是控制電源和散熱風扇，所說的控制電源的故障的工作原理就是將內部控制電路變成斷電狀態，而風扇的主要作用是保證內部控制電路和控制電路的部件不因過溫而關機。其主要存在的問題如下：輔助電源主要是向各個控制面板提供低壓直流電源，一旦出現故障整個控制電路都會停止工作甚至供電系統都不會轉旁路；其次UPS電源是作為一種但能轉換設備期間會產生大量的熱能，而眾所周知電子元件的工作穩定性一般與環境溫度有著密切關系，因而風扇的轉速問題也是影響供電系統工作的一個重要原因，因而工作人員一定要注意在風扇的設計上采用冗余方式并做到及時進行查漏更換。

3 UPS電源的優化措施

當前我國的UPS電源已經處于不斷的優化和完善之中，但是正如上述所言，在實際操作中仍然存在著部分問題亟待解決，下面將針對故障率最高的幾個問題提出有效的改進措施。

3.1 進線電源的切換

應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不聽且相互獨立的電源線，一條為主一條為輔，正常運行時主電源線提供電能，輔助電源處于備用狀態。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，一開始主供電源正常運作接觸器CJ1閉合而CJ2處于斷開狀態，當主供電源斷電時二者的狀態又會瞬間置換過來，此時UPS電源就會進入輔助電源供電狀態。這是比較普遍的一種切換方式，其主要優點是線路可以自行進行切換不需要人工的協調，可以在一定程度上減少工作量。

以上是第二種切換方式，只能通過控制QA1和QA3實現手動切換。主要工作原理為當摁下某一按鈕時其相對應的另一條回路就會被禁止，當主供電源失電或失壓時，該方式無法進行自動切換，此時UPS電源會轉化為蓄電池供電，有點在于其不會造成計算機系統停電。這里需要注意的一點是，UPS電源的蓄電池通常處于浮充狀態，適當的讓蓄電池放一部分電能對于蓄電池的保養而言還是有一定好處的，因而建議在此情況下可以先對蓄電池進行放點操作，等到釋放出適量的電能再由工作人員手動將其切換。

3.2 電源主機與蓄電池的連接

蓄電池是UPS電源的重要組成部分，在當今應用范圍最為廣泛的大型UPS電源中，蓄電池的容量是個十分關鍵的問題。蓄電池的造價幾乎超過UPS電源主機的造價，因而提高設備的利用率是設計中理應注意到的關鍵問題。在實際操作中可以采用兩臺UPS電源共用一套蓄電池的做法，當市電斷電時，蓄電池可以同時向兩臺計算機系統供電，此時即使其中一臺電源主機處于檢修狀態，蓄電池中所儲存的能量依然可以通過另一條電源主機對外供電，很大的程度上避免了電能的浪費而且能夠保證計算機系統運行的持續性。影響UPS容量的主要有功率因數、動態穩定系數、直流電壓下降系數、溫度補償系數及設備老化設計裕度系數等五個因素，其中必要的裕度系數比較重要，在提高UPS容量的時候要盡可能的留有必要的裕度系數。

3 結語

電力調度中心UPS電源的可靠性和安全性對于電力調度系統設備的正常運行具有至關重要的作用，UPS電源的可靠性需要相關技術人員對UPS電源的系統部件、設計原理、運作方式及制作工藝等具有一定程度的了解，對能夠影響到電源可靠性的因素進行深入的分析探討才能做出有針對性的優化措施，通過認真分析和優化設計使得UPS電源處于良好的工作狀態。

參考文獻

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