電力變電站UPS電源系統使用現狀分析及優化措施

王遠 肖輝 王劼

摘要：本文通過介紹UPS電源系統的功能，結合變電站內UPS系統的實際使用情況，提出了增加一路電源輸入的改進方案。通過新方案的引進，可以使得UPS電源系統的能量傳輸效率大大提升，同時還使得整個系統在節能環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化技術的發展和廣泛應用，以及自動化水平的不斷提高，綜合自動化系統將微機后臺監控、保護故障信息上傳、電能實時計量、調度數據網通信以及遠動終端服務等變成了現實。然而這一切能順利實現的前提就是供電穩定可靠。因此，對這些重要站用設備的穩定、可靠供電變成了變電站安全的頭等大事，在此環境下，不間斷電源UPS應運而生[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生全站停電的時候，可以為上述設備提供穩定、可靠的電能，以保證電站內重要控制系統的正常運行。

1.不間斷電源的基本結構

我國變電站常用的不間斷電源系統，主要包括整流器、充電器、逆變器、蓄電池和隔離開關等。當變電站的交流電源在正常工作的時候，市電首先通過濾波環節，進而傳輸到整流模塊，整流模塊一方面供給充放電模塊，進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，最后再傳輸到轉換開關，轉換開關的輸出端便可以為變電站中重要交流負載供電[2]。當變電站出現故障導致市政電源無法供電的時候，整流模塊無法對逆變模塊進行電能輸入，逆變模塊將儲能系統中的儲存電能加以轉化，變成穩定可靠的交流電來供給變電站中重要負載。而當UPS系統出現故障需要檢修的時候，還可以將整個UPS系統斷開，改用旁路輸入來為變電站的重要交流負載供電。如此一來，變電站系統中的重要負載便不會因為線路故障而斷電，其具體供電模式如下圖1所示。

2.變電站UPS系統的種類

2.1并聯型UPS系統

并聯型UPS系統，是指將兩臺UPS電源進行并行連接。當變電站在正常運行的過程中，兩臺UPS電源相互之間不會產生聯系，而是各自負責一部分負載的供電，而且都具備獨立的輸出和輸入功能。但是當其中某一臺UPS系統發生故障的時候，故障UPS系統將會被斷開，故障UPS系統所擔負的負載將會被系統轉移到正常UPS系統之上，這時所有的用電負載將全部由非故障UPS電源來提供[3]。這種供電方式操作簡單，在具體施工的時候也很容易實現，能夠適應所有情況下的運行環境要求。

2.2串聯型UPS系統

串聯型UPS系統，是將兩臺UPS電源設置成為主電源和副電源。當變電站在正常運行的時候，所有電力終端設施的電壓都由主電源來負責提供，而副電源則不提供任何電能，但是副電源會一直處于待命狀態[4]。一旦主電源發生故障無法工作時，所有的電力終端設備則會全部轉到副電源上面去，由副電源來負責所有設備的供電。

3.使用現狀的不足

3.1UPS電源系統的主路輸入和旁路輸入是同一路電源

從UPS電源系統的工作原理入手分析，我們不難看出：當市電端的主電源輸入發生故障的時候，UPS系統將會采用儲能系統中的電能，將其逆變為220V的交流電供變電站中重要交流負載來使用。當UPS電源系統的儲能系統出現故障、蓄電池電能耗盡或者主系統出現故障的時候，整個系統會采用旁路輸入來供電，斷開整個UPS電源系統來進行檢修[5]。由上述分析我們容易得到：一旦給UPS電源系統供電的主輸入電源發生異常或故障，同時蓄電池的電能也被耗盡的時候，變電站內的重要負載將無法獲得交流電能，進而無法工作，那么將給變電站的穩定運行帶來極大的安全隱患。

3.2UPS系統需要源源不斷向市電取能

由前面的UPS電源系統結構可知，整個系統的電能傳輸途徑是從市電傳輸到整流模塊，然后再經過逆變模塊，最后再傳輸到變電站的重要交流負載上。整個過程中，市電會源源不斷向系統輸入電能。

3.3UPS電源系統能源利用效率低

由前面的UPS電源系統結構可知，整個電能傳輸轉化過程中，系統是先將交流市電經過整流模塊處理，變成直流電，然后又經逆變模塊處理，變成交流電，進而供給變電站中的重要交流負載使用。然而，在系統將市電轉化成直流電的過程中，由于系統損耗和電能傳輸各個環節的折損，會導致電能在傳輸過程中大量白白耗費。同樣，在將直流電轉化成交流電的過程中，也會在逆變環節損失大量電能。如此一來，從市電的輸入到最終交流負載用上交流電的整個過程中，會大量損失電能，能源利用效率極低。

4.改善方案及其優點

4.1增加一路電源輸入。

在原有的UPS電源系統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電的小型光伏發電系統。在增加太陽能發電輸入之后的整體系統示意圖如圖2所示。

在上圖2所示的改善方案中，我們是通過UPS電源系統控制器來協調市政電網電源、太陽能電網電源和儲能系統電源的輸出匹配，最終合理給變電站內重要站用交流負載供電。新改進方案后的系統供電框圖如圖3所示。

4.2改善方案的優點

（1）有效利用清潔能源，支持國家節能環保的可持續發展戰略。將太陽能光伏發電系統引入進UPS電源系統之后，可以在陽光充足的時候充分利用太陽能所發電能，不需要從市政電網來取電，因而最大程度上節省了市政電能，進而在一定程度上減少了火力發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。新改進的UPS電源系統相對于以前的UPS電源系統而言，由于優先利用了清潔能源太陽能，而太陽能光伏系統所發電能為直流電，這樣便省去了中間的整流環節，可以將太陽能光伏系統所發電能直接加以轉化和利用，因而系統能量傳輸效率大大提高。

5結束語

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

參考文獻

[1] 古新梅.變電站交流不間斷電源系統設計[J].電力建設，2015，12.

[2] 過郭琳.淺析UPS交流不間斷電源系統在西花水電站110kV升壓站中的應用[J].陜西水利，2016，5.

[3] 雷殿軍.變電站用UPS系統研究[J].企業技術開發，2015，10.

[4] 何永德.淺談變電站UPS系統的設計方案[J].商品與質量，2017，11.

[5] 丁益生.改善廣電機房大型UPS使用現狀的兩點建議[J].廣電中心，2017，9.