不間斷電源智能集控平臺

劉洪才

（國家廣播電視總局二○二四臺，黑龍江 佳木斯154025）

1 概述

隨著科學技術的發展，精密微電技術及非線性設備，對電壓持續可靠性和高質量有嚴格的規范和要求。在外電供電中雷雨季節經常有雷擊引起的欠壓、瞬時跌落、浪涌和尖峰干擾等，都會影響到精密微電技術及非線性設備的運行如圖1。

圖1 大型真空電子管燈升壓和降壓的過程

圖2 不間斷電源智能集控平臺設計

我們的不間斷電源UPS、EPS 設備目前分布地方多而零散、只能保障局部精密微電技術及非線性設備、維護不便、缺乏統一監控。如果一旦局部的UPS 不間斷電源設備突然異常，就不能保證高質量不間斷供電。不間斷電源品牌型號、用途都不同，比如有后備式UPS、在線式UPS、雙頻式UPS、EPS 等。針對以上存在問題和實際運行中的問題，整理分析，對全部的不間斷電源設備搭建一個實現自動監測、智能控制等的平臺。

2 不間斷電源智能集控平臺設計

不間斷電源智能集控平臺由UPS 和EPS 構建微型電源系統、UPS 和EPS 控制系統、UPS 和EPS 監測通訊歸一化系統組成如圖2。

2.1 UPS 和EPS 構建微型電源系統。首先對UPS 和EPS 的輸入和輸出進行改造，在UPS 和EPS 輸出端安裝自動開關，自動開關1 的作用蓄電池組向微母線輸出電源；另一個作用微母線電源向故障UPS 和EPS 的負載輸入電源。自動開關2 的作用切除故障的UPS 和EPS。微母線是匯集、傳送、分配電源的關鍵。微電源系統有微母線和多個UPS 和EPS 機組并聯組成,電源系統的總容量會增大。

2.2 UPS 和EPS 控制系統。這是不間斷電源智能集控平臺的難點和核心。兼顧不能型號和工作方式的UPS 和EPS，都統一到微母線上來，進行實時濾波、調壓來解決是電壓范圍和波形都一致。例如后備式UPS 缺點輸入電壓范圍窄，輸出電壓穩定度差和波形為方波點；在線式UPS 優點輸入電壓范圍寬，輸出電壓穩定度差和波形為正弦波。

其次UPS 功率因數一般是0.8，考慮冗余后一般以20%-30%，為UPS 最佳工作狀態70%-80%。由于UPS 和EPS 混連使用功率因素0.75，整體的最佳工作狀態60%-75%。計算不間斷電源智能集控平臺電源容量為：UPS 和EPS 容量總合4760VA。帶載最大總功率為：UPS 和EPS 容量總合*功率因素*功率因素=2677.5W，如果實際負載由電動機還的考慮啟動方式、電流、時間密切相關，這是保證所用UPS 和EPS 正 常 工作，同時確保蓄電池組的性能到最佳。

蓄電池組隨著放電時間電阻增加，電壓下降。蓄電池組不能全部放空電壓，所以設限制，當電壓不足或達到冗余20%-30%，自動開關切換到微母線上，繼續保持負載供電。同時切斷蓄電池組供電，自動開關能快速靈敏可靠地切投達到不間斷。UPS 和EPS 可以集中統一運行，同時也可以獨立運行。大大提高靈活性和利用率，確保蓄電池組處于最佳狀態，也為實現定期充放電試驗奠定基礎。

UPS 和EPS 控制原理：檢測對側無壓、無流和開關狀態，負載情況進行邏輯判斷自動開關進行切頭，確保異常狀態微母線上的精密微電技術及非線性設備能可靠安全運行。

圖3 不間斷電源智能集控平臺運行方式

2.3 UPS 和EPS 監測通訊歸一化系統組成。每個UPS 和EPS 都有各自的監測系統，需要把檢測內容通過轉換成統一的通信協議和端口，把數據集中到集控平臺上時時對蓄電池組每塊電池電壓、運行負載情況等連接服務器進行管理；另一方面對自動開關的遠程集中判斷、開關的自動控制、開關狀態檢測、報警信息等顯示等。

3 不間斷電源智能集控平臺運行方式

不間斷電源智能集控平臺運行方式分為三種，分別如圖3所示。

第一種獨立運行工作方式：供本側負載，不供微母線，自動開關1 斷開，自動開關2 閉合。

第二種關聯運行工作方式：本側UPS 或EPS 機組故障后，本側負載由微母線供電，自動開關1 閉合，自動開關2 閉合。

第三種微系統工作方式：供本側負載，同時供微母線，自動開關1 閉合，自動開關2 閉合，如果本側UPS 或EPS 機組故障后自動開關2 斷開；如果負載故障自動開關1 斷開，自動開關2斷開。再無故障情況行市電供電中斷、本側UPS 或EPS 機組故障都不會造成精密微電技術及非線性設備供電，這種方式既能往外輸出，也能接受輸入。這種運行方式所有的本側UPS 或EPS 機組都在線，兼具第一種、第二種運方式。

4 不間斷電源智能集控原理

不間斷電源控制是微系統的核心，控制原理是關鍵。兩個自動開關一方面檢測UPS 或EPS 機組的對側電壓（微母線、UPS或EPS 機組輸出電壓、輸出/ UPS 或EPS 機組容量比）等；另一方面檢測微母線的在線容量、各個機組獨立的允許容量時時變化動態，時時調整。確保微系統正常運行情況先，也保護UPS 或EPS 機組。自動開關具有檢測電流大小功能、電壓功能。微系統原理根據系統運行方式、自動開關等，無間斷的切除供電不穩定、容量不足、故障蓄電池組等，進行持續可靠供電，確保精密微電技術及非線性設備供電。

以第三種微系統運行方式為主用時，自動開關2 檢測對側無壓、無流、確認后自動開關1 在合位，斷開自動開關2，顯示市電或UPS 或EPS 機組故障，采用微母線供電。

5 不間斷電源智能集控平臺優點

不間斷電源智能集控平臺在實際工作中各方面性能都有所提高，也具有很多顯著特點：

5.1 集控平臺連接UPS 或EPS 機組構建微型電源系統，不僅提高了UPS 或EPS 機的利用效率，靈活性也大大提高。

5.2 微型電源系統帶載能力比獨立的UPS 或EPS 機組提高，容量也大大提升，持續時間長、可靠性更高。

5.3 不間斷性得到可靠、精確地保障，相當于UPS 或EPS 機組自身蓄電池+系統中各類UPS 或EPS 機組自身蓄電池保障能力更強大。

5.4 集中化檢測、控制為維護帶來很大的便利性比如：定期充放電、點多面廣的分布的集中管理，避免維護遺漏等。

但是不間斷電源智能集控平臺運行系統大復雜性高，對蓄電池組、自動開關要求也更高，在改造過程中根據總容量配置微母線、實際負載情況配置自動開關等。UPS 或EPS 機組型號、品牌、容量等盡量都要選用一個致，改造減小改造難度。

6 結論

不間斷電源智能集控平臺在實際工作的應用可以有效的應對避免市電中斷或故障、UPS 或EPS 機組等出現問題，保證精密微電技術及非線性設備持續供電、大大提高UPS 或EPS 機組效率、整體容量、續航時間，提高保障能力應對處置突發情況，應急能力強大。UPS 或EPS 機組構架微系統是精密微電子發展的必然趨勢。