UPS供配電系統智能化改造設計分析

安衛平

【摘要】隨著電網的快速發展，電網運行方式日益復雜，供配電智能化作為確保電力系統安全經濟運行的基礎重要性日益凸顯，為確保供配電智能系統實現穩定運行，必須提供可靠的動力支撐。UPS為保障重要負載應運而生。現代電力電子技術不斷發展，國民經濟各領域保障系統安全運行，離不開UPS不間斷電源。現代大型發電機組采用復雜計算機監控系統，需要可靠的工作電源，重要負載如遙控裝置，安全自動裝置及中央控制裝置室內照明應確保正常操作，不間斷電源滿足負載嚴格需求，UPS電源對發電機組安全運行至關重要。介紹供配電系統智能化改造設計，分析不同配置的UPS系統可用性，總結單總線UPS供電系統設計要點。

【關鍵詞】UPS供配電系統;智能化改造;設計

隨著科技的飛速發展，精密儀器在各行業普及應用，供電質量可靠性日益重要。如何使電源供應穩定可靠尤為重要，針對部分重要特殊設備要求供電電源平穩性，設備電源出現不穩定會造成巨大損失。不間斷電源出現解決了這一問題，UPS電源系統是低電壓多路電源輸入有余端口電網路，UPS電源主要有逆變器整流柜等構成，電源網絡關鍵設備把直流電轉變為交流電裝置，成為日常生活電器必備配件，靜態開關是常見電子元件，為電子元件自動控制電源裝置，由控制器控制開閉，可分為并機型與切換型，轉換型開關用于并聯電源切換，整流器作用是將交流電轉變為直流電裝置，對蓄電池進行均充電。我國國民經濟迅速發展，對建設大型電源點需求加大，大型水火電能新能源發電廠需使用復雜計算機監控，發電生產需要不間斷電源滿足負載要求。UPS電源系統改造符合現場需要，通過UPS電源系統器件使用了解，制定可行的UPS改造方案。

1.UPS電源系統概述

UPS是不中斷電源，能提供穩定不中斷電源供應的外部設備，是集數字和模擬電路于一體的電力電子設備，UPS可在市電異常時凈化市電，持續給電腦等設備供電，隨著信息化社會發展，UPS廣泛應用于從信息采集處理到應用各環節。UPS電源系統從功能用途方面有適應現代化生產條件，廣泛應用于不同規模的企業。

UPS電源自60年代旋轉發電機發展至今具有智能化程度全電子化電路，按照UPS電源技術發展，現階段應用UPS電源分為后備式，在線式與智能型UPS電源。后備式電源在市電正常時向負載供電，市電超出工作范圍轉換為電池逆變供電，特點是體積小，輸入電壓范圍窄。在線式UPS電源由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，市電異常時，逆變器處于工作狀態，特點是無切換時間，適合對電源要求高的場合【1】。目前功率大于3KVA的UPS為在線式。在線互動式UPS在市電偏低時通過內部穩壓線路輸出，市電異常通過轉換開關轉為逆變供電，特點是噪音低，存在切換時間。容量差異UPS電源按輸出容量結合UPS輸入方式分為單相、三相輸入輸出，單相電是一根零線火線組成供電系統。三相供電市電配電容易，大功率UPS多采用三相輸入供電方式。

智能型UPS是當今發展趨勢，網絡管理者強調網絡系統為保護對象，希望供電系統故障時網絡系統不中斷工作。UPS內部配置微處理器智能化是UPS趨勢，UPS軟硬件結合大幅提高UPS功能，可監控電網電壓頻率等UPS運行工作狀態。可通過軟件對電池檢測，及遙控開關機等。網絡管理者可根據信息資料分析供電質量，UPS檢測出供電網終端，切換電池供電，電池供電能力不足在電池耗盡前關機。智能型UPS通過接口通訊，使網絡管理員監控UPS，其管理軟件功能非常重要。

2.UPS供電系統智能化改造設計

網絡UPS智能系統以網絡為管理對象，在UPS主機輸出端增設R485接口，利用接口經專用通信電纜同服務器、網關等設備相應通信接口相連，把UPS電源與網絡構成智能化UPS供電系統，目前UPS網絡智能化技術主要包括加強UPS新功能，使得USP完成基本不間斷功能同時實現網絡事件記錄，UPS參數自動測試分析等;智能化網絡UPS系統通過與計算機相連硬件接口，提供完整電源管理方案。

計算機與UPS電源通過接口通信，使供電系統故障信息到計算機系統。首先完成計算機與UPS連接電纜查詢，須按規定通信協議初始化，網絡設計軟硬件基于SNMP，與管理信息庫交互作用，網絡管理員通過在網絡設備檢索信息控制網絡，有處理消息軟終端的能力。網絡UPS可利用計算機通信接口連接，在計算機安裝監控軟件，計算機與UPS建立通信聯系，UPS在規定時間內返回信息，UPS內部微控制器把異常信息發給計算機，提醒操作員及時處理，監控軟件在UPS供電時間結束時中止軟件運行程序，通過網絡向用戶發出警告信息，監控軟件局別完備UPS自我檢測功能，以數據形式顯示記錄UPS輸出，頻率，電池容量，使用戶可以分析預防【2】。智能化網絡UPS系統具有智能化，網絡化、自動化等優勢。

某數據中心機房設在大樓二層，根據《電子信息系統機房設計規范》機房分級規定，機房為B級電子信息系統，機房場地設施按冗余系統配置，不應因設備故障導致系統運行中斷。機房增加服務器，交換機等數據設備，原有單總線UPS供電系統冗余供電容量不足，設計UPS供電系統，系統可用性高于0.9999，合理利用UPS設備達到系統技術先進是改造設計目標。現有UPS供電系統由交流供電系統及配電單元子系統組成單總線UPS供電系統，UPS供電系統在機房配電單元布置在二層機房。大樓10/0.4kv變電所I段母線提供兩路125A電源回路，把交流供電系統輸出電源給UPS系統供電，現有UPS系統由兩臺40kVA的UPS單機設備配置成并機冗余系統，不能滿足機房增加數據設備供電要求。

UPS系統設計是機房UPS供電系統設計核心，根據規范規定B級機房UPS系統配置選用N+X并聯冗余系統。N+1并機系統把N+1臺型號規格相同UPS設備，由并機邏輯控制總線調控，電壓幅度相同下并機，系統正常工作有N+1臺UPS設備箱負載供電，1臺UPS設備出現故障，故障UPS設備自動退出。根據N+1系統可用模型，N+1系統可用性A1+1=[1-（1-Au）2，N>1，可用性N×（N+1）/2個1+1系統可用性乘積，帶靜態旁路UPS設備可用性AU=0.99999483941，N+1并機系統配置應考慮選用設備利用率高的系統，并機臺數增加，設備利用率提高，UPS系統可用性指標由UPS供電系統分配確定。N+1系統有分散式與集中式旁路方式，集中式系統并機環流易控制。

結語

改造后3+1UPS供電系統可用性高于0.9999，滿足機房數據設備負荷供電要求，供電系統設計需滿足設備負荷供電可用性要求。UPS系統配置滿足系統可用性下選用利用率高設備，可降低系統運行能耗。提高UPS系統冗余度，UPS系統可用性提高，考慮設備利用率下降等因素，非可取方案。N+1并機冗余系統是B級機房UPS首選方案，N+1系統并機臺數多，系統失調風險大。

參考文獻

[1]劉偉. 豐鎮發電廠UPS電源系統改造及應用研究[D].華北電力大學，2018.

[2]賴亞芳. 調度自動化機房UPS電源系統改造實踐[D].華北電力大學（北京），2016.