傳統UPS進行調峰儲能應用的探討

周珊 周永光

摘 要：文章闡述了傳統UPS進行調峰儲能應用技術方案，提出了充放電管理裝置的功能要求和二次利用電池作為儲能單元的技術要求，介紹了調峰管理應注意的問題，傳統UPS進行調峰儲能應用技術能夠提高UPS的供電安全性，延長后備供電時間，降低電力消耗成本，降低運營成本。

關鍵詞：UPS；調峰儲能；應用

中圖分類號：TN86 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0171-02

Abstract： This paper expounds the technical scheme of traditional UPS for peak energy storage， puts forward the functional requirement of charge and discharge management device and the technical requirements of secondary use of battery as energy storage unit， and introduces the problems that should be paid attention to in peak-shaving management. Traditional UPS peak-shaving energy storage technology can improve the security of UPS power supply， prolong the backup power supply time， reduce the cost of power consumption， and reduce the operating cost.

Keywords： UPS； peak-shaving energy storage； application

1 概述

隨著金融、互聯網、物聯網等技術的發展，機房的總電源功率需求越來越大，對UPS的功率要求也越來越高。UPS中的蓄電池作為應急的后備電源，后備時間越長，UPS的性能越穩定，但是投資成本也越高，一般標準配置是只支持10-15分鐘。用戶在配置供電系統時既希望負載可以保持較長的后備時間，也希望降低電池成本，減少投資浪費[1-3]。

2 基于傳統UPS的調峰應用方案

功率大于5kVA的UPS電源系統一般采用在線式連接，當由市電輸入的情況下，交流電通過整流、濾波后通過內部的逆變器再次轉換成穩定交流電為負載供電。一旦市電中斷，UPS中的逆變器由蓄電池組提供的電能來維持負載的正常運轉，供電轉換時間為零，大大減小了電網內部串入的干擾或電壓波動對負載造成的影響。

為滿足容量需求，一般需要將新增的多組蓄電池并聯匯流后再與原有的蓄電池組并聯連接，每組蓄電池采用一套充放電管理裝置進行單獨的充放電管理，消除蓄電池組直接并聯的影響。傳統UPS進行調峰儲能應用系統連接如圖1所示，新增的儲能部分包括蓄電池組*N，與各個蓄電池組連接的充放電管理裝置*N，用于檢測整流器及原有蓄電池組的輸出電流的互感器A，用于檢測逆變器輸入電流的互感器C，用于檢測新增儲能系統總電流的互感器B。

2.1 充放電管理裝置功能要求

隔離功能：本方案中的充放電管理裝置分充電回路和放電回路分別管理，其中放電回路具有單向導通器件如二極管，使放電電流只能由蓄電池組向直流母線方向，避免蓄電池組之間互相充電；其中充電回路采用PWM技術進行閉環的充電電流限制，即使蓄電池組之間存在壓差，也不會出現大電流對蓄電池組造成損傷。

單獨的充放電管理：本方案中的充放電管理裝置實時采集所管理電池組各個蓄電池單體的電壓、內阻等電氣量，實時掌握蓄電池組容量。充放電管理裝置具備CPU控制中心，能夠處理所采集的數據信息并自動給出蓄電池質量評估信息，也能夠控制當前蓄電池組處于何種狀態，可

以選擇合適的啟動或中斷對其進行管理，有效保護電池和設備的運行安全。

升壓功能：本方案中的充放電管理裝置，其放電通道又細分為兩個并聯通道，其一是單相器件輸出通道，保證整流器輸出電壓低時零時間切換為負載供電；另一個是BOOST升壓通道，在接收到放電命令后，將蓄電池組電壓升高至特定值，為負載供電。

2.2 調峰儲能單元

本方案支持使用退役后修復使用的鉛酸蓄電池，退役后具備剩余利用價值的動力電池，各種類型蓄電池、各種容量等級、電壓等級、品牌的蓄電池均可通過蓄電池充放電管理裝置并聯使用。二次利用電池的循環使用壽命與投資成本是提高經濟效益的關鍵，因此對退役后電池并不能直接使用，需要經篩選、修復、檢驗、重組等一系列過程，以最大程度地發揮二次利用電池的剩余價值。

2.2.1 鉛酸蓄電池的修復技術要求

國際公認鉛酸蓄電池在實際容量低于額定容量的80%時，其使用性能急劇下降，一般規定，當蓄電池實際容量低于額定容量80%之后應報廢處理。大量的鉛酸蓄電池未達到設計壽命，因缺液或硫酸鹽化等原因導致容量降低而提前失效，造成巨大的經濟損失和環境污染。針對失水和硫酸鹽化導致提前失效的蓄電池修復技術近年層出不窮，如大電流充電技術、負脈沖技術、添加活性劑技術、高頻脈沖修復技術、修復液修復技術等。不同的修復技術都各有優劣，但是要將修復后蓄電池作為調峰儲能單元。

2.2.2 動力電池性能的技術問題

退役動力電池仍具有70%以上的剩余容量[5]，但是梯次利用動力電池性能指標不如新電池，其穩定性、安全性也都不如新電池的狀態。動力電池作為調峰儲能單元，應在過充、過放、針刺、短路極限測試條件下沒有發生起火、爆炸、燃燒現象，才能滿足使用要求。退役動力電池的老化狀態存在不一致性，因此需要經過嚴苛的質量檢查和篩選、重組過程以及一致性檢測，以保證動力電池的技術指標、安全性、穩定性等符合使用要求。