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不間斷電源范文第1篇

1 概述

UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)大和電壓太低都提供保護(hù)。

針對(duì)UPS的產(chǎn)品特點(diǎn)，UPS的電磁兼容主要包含以下幾個(gè)部分：電源的輸入、輸出傳導(dǎo)干擾；電源的輻射騷擾；UPS的抗干擾特性。下面逐項(xiàng)闡述達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)方法。

2 輸入、輸出傳導(dǎo)干擾的抑制

針對(duì)傳導(dǎo)騷擾，可以從三個(gè)方面來(lái)考慮：干擾源、傳導(dǎo)途徑和直接的騷擾抑制。

（1）干擾源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC變換，有SPWM逆變的DC/AC逆變器，有PFC的高頻變換電路，有DC/DC變換的回路，這些都是UPS內(nèi)重要的騷擾源，尤其是其中的變壓器、電感、高頻電流回路，因此，合理地設(shè)計(jì)相應(yīng)變壓器和電感的參數(shù)、加工工藝和在整機(jī)中的布局將可能大幅度降低它們的騷擾強(qiáng)度，合理地設(shè)計(jì)高頻電流的PCB、布線也可以改善UPS的騷擾；對(duì)于功率變換器中的驅(qū)動(dòng)電路，可以在不影響效率和內(nèi)阻的情況下加大驅(qū)動(dòng)電阻，增加開(kāi)關(guān)電源的上升、下降沿時(shí)間，從而減少電壓、電流的高頻諧波含量。

（2）傳導(dǎo)途徑的抑制：由于所有的傳導(dǎo)干擾只有通過(guò)適當(dāng)?shù)目臻g和導(dǎo)體途徑才可能作用到UPS的輸入、輸出電源端子，因此，盡量減少傳遞的途徑也是減低UPS不間斷電源騷擾的有效方法。例如，將所有的干擾源安裝在離輸入、輸出端子較遠(yuǎn)的位置，輸入、輸出的電源線不從干擾源附近走線，在干擾源的進(jìn)出位置加強(qiáng)抑制處理，通過(guò)屏蔽手段將干擾源和其它部分進(jìn)行空間隔離，電源的輸入、輸出等分別在整機(jī)的相對(duì)較遠(yuǎn)位置等。

（3）直接的騷擾抑制：對(duì)于采用上述方法后仍然無(wú)法符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況，直接在輸入、輸出回路采用相應(yīng)的EMI濾波器件，如電感、高頻電容、專用濾波器等將可以再次有效壓低UPS整機(jī)對(duì)外的傳導(dǎo)干擾，實(shí)踐表明，只要適當(dāng)加大濾波器的相關(guān)參數(shù)和衰減的DB值，一般都可以將UPS的傳導(dǎo)騷擾壓低到標(biāo)準(zhǔn)的限值以內(nèi)。當(dāng)然，濾波器的安裝必須越靠近輸入、輸出電源端子越好，因?yàn)榧词故嵌鄮桌迕组L(zhǎng)的接線也會(huì)增大干擾，插座式的濾波器將是最為理想的選擇。另外，在濾波器中的電容或外加的EMI濾波電容最好是無(wú)感的，以增強(qiáng)濾波效果。

3 整機(jī)輻射干擾的抑制

對(duì)于UPS的輻射干擾，主要有兩種方法：輻射源的強(qiáng)度抑制和輻射途徑的處理。

（1）輻射源的抑制：在UPS中，輻射源的輻射強(qiáng)度抑制方法基本同傳導(dǎo)的處理相同，因?yàn)楦蓴_源本身即有傳導(dǎo)騷擾又有輻射騷擾；另外，對(duì)于輻射騷擾，對(duì)輻射源采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧⒖墒钟行У亟档洼椛涓蓴_的電平和能量。

（2）輻射途徑的處理：整機(jī)外殼的等電位設(shè)計(jì)：根據(jù)電磁場(chǎng)原理，一個(gè)接地良好理想密閉的金屬六面殼體的內(nèi)外電磁場(chǎng)不存在相互干擾，因此UPS的外殼一般應(yīng)作成金屬的，且各個(gè)面之間應(yīng)良好連接，保證為一個(gè)等電勢(shì)體，這樣即可十分有效減弱UPS對(duì)外的輻射干擾。一般對(duì)于電磁兼容要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，UPS的殼體不宜采用塑料制作。

進(jìn)出UPS殼體連線的處理：由于UPS必須有輸入、輸出電源端子、電池?cái)U(kuò)展端子等連線進(jìn)出UPS的外殼，因此這些線的防騷擾處理將十分重要，直接影響到測(cè)試的結(jié)果能否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。一般在這些線上適當(dāng)?shù)丶有└哳l磁環(huán)和高頻電容就會(huì)有很好的效果。

4 UPS的抗干擾設(shè)計(jì)

UPS的抗干擾主要體現(xiàn)在控制電路的抗擾性，從電路的性質(zhì)可分為模擬電路的抗干擾和數(shù)字電路的抗干擾兩個(gè)方面。良好的抗擾性是保證UPS正常運(yùn)行的條件，因此，在UPS的控制回路的設(shè)計(jì)初期就必須將控制電路的抗擾性考慮進(jìn)去，否則，遇到外界騷擾時(shí)整套的控制方案將可能全部。

（1）模擬電路的抗干擾：

對(duì)于開(kāi)環(huán)的模擬控制，一般針對(duì)可能出現(xiàn)干擾的部位適當(dāng)加入一定的RC電路將騷擾消除；對(duì)于閉環(huán)的模擬控制，除了采用RC外，還必須對(duì)閉環(huán)的放大倍數(shù)的頻率特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保干擾信號(hào)加入時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)路產(chǎn)生惡果。

對(duì)于功率部分的電路，減短所有的連線、加入假負(fù)載、減小功率驅(qū)動(dòng)的回路等都可以有效增強(qiáng)功率電路的抗干擾能力。

（2）數(shù)字電路的抗干擾：

對(duì)于數(shù)字控制電路，其抗擾性對(duì)UPS的可靠性十分重要，因?yàn)槟壳皫缀跛械腢PS控制都有采用到數(shù)字控制的單片機(jī)，抗擾性差的系統(tǒng)將可能導(dǎo)致UPS的停機(jī)或損壞。

數(shù)字電路電源的有效濾波是數(shù)字電路不受干擾的基本保證；所有的I/O口應(yīng)有適當(dāng)?shù)腞C處理；控制電路應(yīng)盡量遠(yuǎn)離功率部分；適當(dāng)?shù)碾姶牌帘未胧?；良好的PCB布局設(shè)計(jì)等都可以有效避免數(shù)字系統(tǒng)受到外界干擾。

不間斷電源范文第2篇

【關(guān)鍵詞】 不間斷電源系統(tǒng) 電力供應(yīng) 負(fù)荷 電池組

不間斷電源系統(tǒng)，即UPS（Uninterruptible Power Supply），這種設(shè)備能夠?yàn)樨?fù)載提供不間斷的電力供應(yīng)。最初使用在特殊的領(lǐng)域，比如電視臺(tái)節(jié)目的播出系統(tǒng)、醫(yī)院的手術(shù)室、軍事國(guó)防等方面，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的電力應(yīng)急供應(yīng)。而現(xiàn)在，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，UPS在很多行業(yè)內(nèi)蔓延，有了更加廣泛的使用。

1 UPS的基本功能

1.1 快速切換功能

為了滿流電的供給具有連續(xù)性，在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況突然斷電的時(shí)候，要求能夠從正常的電網(wǎng)快速切換到UPS上。負(fù)載設(shè)備對(duì)供電穩(wěn)定性的要求不同，所以在UPS的切換速度上要求也不同。一般情況下，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的濾波電容所放出的電，只能夠使計(jì)算機(jī)維持10毫秒左右的工作時(shí)間。一旦超過(guò)這個(gè)時(shí)間，設(shè)備就會(huì)進(jìn)入重啟的自檢狀態(tài)。針對(duì)于這個(gè)情況，UPS必須在停電的10毫秒之內(nèi)恢復(fù)正常的供電。

1.2 提供穩(wěn)定的電壓和準(zhǔn)確的頻率

供電電源中電壓和頻率的穩(wěn)定性，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的精密元器件而言是很重要的，直接影響到工作性能。當(dāng)特殊情況發(fā)生時(shí)，電壓的波動(dòng)會(huì)帶來(lái)一些影響，電網(wǎng)中的干擾也會(huì)給電器設(shè)備帶來(lái)?yè)p失。所以，UPS能夠起到穩(wěn)定電壓和頻率、使電源環(huán)境變得潔凈的作用。除此之外，部分UPS還具有過(guò)電流、過(guò)電壓的安全報(bào)警或自動(dòng)保護(hù)功能。

2 UPS的工作原理

UPS的工作過(guò)程是：電源首先經(jīng)過(guò)輸入濾波器，將電力中的電磁干擾、尖峰脈沖等進(jìn)行吸收和抑制，然后分成四種不同的形式進(jìn)行處理：

第一，到達(dá)整流器輸入端，在功率團(tuán)數(shù)校正功能的作用下，進(jìn)行整流處理。

第二，進(jìn)入U(xiǎn)PS鎖相同步電路，提取同步信號(hào)。當(dāng)發(fā)生停電時(shí)逆變器能夠?qū)π铍姵禺a(chǎn)生的直流電進(jìn)行同步逆變，確保負(fù)載供電的同步性和連續(xù)性。

第三，UPS經(jīng)過(guò)充電器對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充式充電之后，在電力中斷的時(shí)候逆變器能夠提供充足的逆變電源。浮充電壓的設(shè)置上，應(yīng)該是電池組電壓的1.125倍。

第四，經(jīng)過(guò)交流旁路供電通道，能夠直接到達(dá)切換開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)上。如此一來(lái)，當(dāng)微處理器或逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，電力直接向負(fù)載進(jìn)行供電，從而避免了電力的中斷。與此同時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警，值班人員要采取措施，體現(xiàn)出UPS的可靠性。

一旦出現(xiàn)電力中斷的情況，在微處理器的控制之下，直流變換器就會(huì)投入使用，將蓄電池匯總的直流低壓變?yōu)榉夏孀兤餍枨蟮母邏?，然后向?fù)載輸出標(biāo)準(zhǔn)的交流電源。為了確保在電力中斷的時(shí)候，UPS內(nèi)部的控制電路能夠正常工作，控制電路所需要的直流電是由蓄電池組的直流電經(jīng)過(guò)變換器的處理而得到的。

3 UPS運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)要點(diǎn)

想要保持穩(wěn)定的連續(xù)的供電，就要在使用的過(guò)程中盡量減少開(kāi)關(guān)的次數(shù)，這樣能夠保護(hù)逆變器。經(jīng)常性的開(kāi)關(guān)，就容易在線路中產(chǎn)生瞬時(shí)的電流、電壓，一些內(nèi)部電子器件的抗電流、抗電壓能力比較弱，就會(huì)增加元件的損壞率。經(jīng)過(guò)相關(guān)的實(shí)踐證明，減少開(kāi)關(guān)次數(shù)，能夠保護(hù)元器件，提高UPS的工作可靠性。

大量的電子元件構(gòu)成了UPS，所以它的工作環(huán)境是有一定要求的。具體來(lái)說(shuō)，要保持良好的通風(fēng)和清潔度，要有適宜的溫度和濕度。只有這樣，才能降低故障發(fā)生率，延長(zhǎng)使用壽命。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，UPS發(fā)生故障最多的部位是逆變器，大概占所有故障中的80%。而逆變器發(fā)生故障的主要原因在于功率部件，為了提高功率部件的使用質(zhì)量，往往在制造中會(huì)加入快速熔斷器。關(guān)鍵問(wèn)題在于，快速熔斷器大多是國(guó)外進(jìn)口，其價(jià)格昂貴，急需進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)。

3.1 UPS在運(yùn)行過(guò)程中的注意事項(xiàng)

第一，對(duì)于新購(gòu)買的UPS，后備蓄電池在充電時(shí)要注意均衡性，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

第二，對(duì)UPS進(jìn)行功率匹配時(shí)，一定要留有一定的余量。舉例而言，UPS的功率是1000W，那么就按照800W的負(fù)載功率進(jìn)行匹配。

第三，使用UPS的正確步驟是：第一步，接通UPS的進(jìn)相電源。第二步，打開(kāi)UPS。第三步，打開(kāi)負(fù)載。第四步，關(guān)閉負(fù)載。第五步，斷開(kāi)UPS電源。

第四，使用UPS時(shí)，盡量不要同時(shí)使用交流穩(wěn)壓器。如果在特殊情況下必須使用，應(yīng)該將交流穩(wěn)壓器安裝在UPS的前一級(jí)。

第五，UPS在使用中不要用柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，因?yàn)轭l率的突變不穩(wěn)，會(huì)影響UPS的正常運(yùn)行。

第六，如果是柜式UPS，應(yīng)該盡量縮短逆變器到外接電池組之間的距離，同時(shí)盡量增大導(dǎo)線的截面積。這樣做能夠增大導(dǎo)電量，減小線路中的電能損耗。

3.2 UPS在維護(hù)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

第一，每天對(duì)UPS的電源連接進(jìn)行檢查，以確保它的連接狀況良好。

第二，定期對(duì)UPS內(nèi)部的蓄電池電阻和電壓進(jìn)行檢測(cè)，確保電池組有足夠的使用容量在供電中斷的時(shí)候使用。對(duì)電壓和電阻不同的蓄電池，要進(jìn)行性能激活，從而提高使用壽命。

第三，對(duì)使用中的UPS每月檢查一次浮充電壓，如果單個(gè)浮充電壓低于2.2V，就要對(duì)電池組進(jìn)行均衡的充電。

第四，每天檢查一次UPS的報(bào)警開(kāi)關(guān)，當(dāng)供電停止時(shí)，確保開(kāi)關(guān)的警報(bào)能夠提醒用戶。

4 結(jié)語(yǔ)

在電力相關(guān)的行業(yè)中采用UPS，能夠在供電中斷的情況下將重要的負(fù)荷降低至設(shè)備可以承受的程度。所以，并不是意味著可以永遠(yuǎn)不停電或不出現(xiàn)電力故障。就目前UPS的發(fā)展，平均的無(wú)故障時(shí)間能夠達(dá)到上萬(wàn)小時(shí)，能夠滿足重要的機(jī)械設(shè)備對(duì)供電電源的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)慶.不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)用維護(hù)及發(fā)展[J].寧夏機(jī)械，2007（01）.

[2]肖立飛.探討變電站交流不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（11）.

不間斷電源范文第3篇

【關(guān)鍵詞】一體化 不間斷 變電站

1 引言

目前，變電站的繼電保護(hù)、微機(jī)控制和事故照明設(shè)備大多數(shù)采用電力專用逆變電源或多臺(tái)UPS分散供電。分散設(shè)立多套系統(tǒng)，增加了一次投資和日常運(yùn)行維護(hù)工作量。交流和直流一體化不間斷電源的應(yīng)用滿足了運(yùn)行維護(hù)和電力體統(tǒng)對(duì)于可靠性的要求。

變電站操作電源基本設(shè)計(jì)有3套各自獨(dú)立的系統(tǒng)，即直流操作電源（DC）、通信電源、交流不間斷電源。

2 電站不間斷電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

當(dāng)前變電站中的操作電源一般分為直流電源系統(tǒng)、通信電源和交流電源系統(tǒng)[1]，主要功能如下：

2.1 直流電源系統(tǒng)（DC）

直流操作電源系統(tǒng)是提供給變電站內(nèi)所有控制、保護(hù)、自動(dòng)裝置等控制負(fù)荷和各類直流電動(dòng)機(jī)、斷路器合閘機(jī)構(gòu)等動(dòng)力負(fù)荷的電源。直流操作電源系統(tǒng)電壓一般選擇220V或110 V，采用不接地方式。對(duì)220 kV及以上變電站均裝設(shè)2組蓄電池及2套充電裝置，構(gòu)成兩電兩充方式，采用單母線分段接線，兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)電器，2組蓄電池及2套充電裝置分別接于不同母線段。

2.2 通信電源

提供給變電站內(nèi)載波機(jī)、光端機(jī) 等通信設(shè)備及保護(hù)復(fù)接設(shè)備電源。系統(tǒng)電壓為48 V，采用正極接地方式。220 kV及以上變電站按兩電兩充設(shè)計(jì)，采用單母線接線，兩組蓄電池及2套充電裝置分別接于不同母線段，2段母線之間不設(shè)聯(lián)絡(luò)電器。

2.3 交流電源系統(tǒng)

在變電站中，交流不間斷電源系統(tǒng)（UPS）主要是給不允許短時(shí)停電的計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備供電，可靠性及穩(wěn)定性要求高，一般均采用一用一備串聯(lián)運(yùn)行方式，即正常時(shí)由主機(jī)供電，主機(jī)故障時(shí)，從機(jī)自動(dòng)投入。UPS正常由交流電源供電，當(dāng)交流電源消失或整流器、逆變器等元件故障，則由自帶的蓄電池向逆變器供電。

3 存在的問(wèn)題

如上所述的變電站操作電源的設(shè)計(jì)基本均存在3個(gè)各自獨(dú)立的系統(tǒng)，即直流操作電源（DC）、通信電源、交流不間斷電源（UPS），且每套電源系統(tǒng)均各帶1或2組蓄電池（某些設(shè)計(jì)已取消UPS自帶的蓄電池），設(shè)立通信蓄電池室和直流操作電源蓄電池室。這必將存在以下問(wèn)題：設(shè)立多套分系統(tǒng)，蓄電池組重復(fù)設(shè)置，工程的一次投資增大；設(shè)備分散設(shè)置，增加了日常運(yùn)行維護(hù)工作量。

隨著運(yùn)行維護(hù)要求的日益提高及設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，電源系統(tǒng)的分散性逐漸顯露出了它存在的不足，這就出現(xiàn)了直流和交流一體化不間斷電源。

4 一體化不間斷電源設(shè)備及其功能

4.1 一體化電源設(shè)備的含義

一體化電源設(shè)備，是將直流電源、電力用交流不間斷電源（UPS）、電力用逆變電源（INV）和通信用直流變換電源（DC/DC）等電源裝置組合為一體，共享直流電源的蓄電池組，并統(tǒng)一實(shí)施監(jiān)控的成套電源設(shè)備[2]。

4.2 一體化不間斷電源設(shè)備的功能

一體化電源設(shè)備具有一套公用的蓄電池組，它能同時(shí)為一體化電源設(shè)備的全部輸出負(fù)荷提供電源，滿足全部負(fù)荷容量和供電時(shí)間的要求。在正常運(yùn)行方式下，該電源設(shè)備由交流電源供電，蓄電池處于浮充備用狀態(tài)；當(dāng)交流電源故障停電時(shí)，蓄電池為全部負(fù)荷提供電源。所以，一體化電源設(shè)備的備用電源至關(guān)重要，應(yīng)保證其在全部工作過(guò)程中，不能出現(xiàn)停電。

5 典型的一體化不間斷電源的實(shí)施方案

目前，新建變電站都已應(yīng)用不間斷電源系統(tǒng)，以220kV壩基頭變電站為例，該站統(tǒng)一由直流操作電源供電，除提供直流操作電源DC、交流不間斷電源UPS，還提供通信用48V電源。利用DC/DC電源變換裝置代替原通信專業(yè)48V蓄電池電源系統(tǒng)，將DC/DC裝置做為直流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷考慮，即DC-UPS-DC/DC一體化電源。

該接線設(shè)計(jì)同時(shí)取消了UPS系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)的蓄電池，共用直流操作電源DC的蓄電池組。能較好地實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)管理的網(wǎng)絡(luò)化、智能化，實(shí)現(xiàn)站用電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)視，對(duì)被監(jiān)控對(duì)象的控制、調(diào)節(jié)和運(yùn)行方式能更方便實(shí)施集中管理、分散控制。減少設(shè)備日常維護(hù)工作量，同時(shí)提高可靠性，全站僅設(shè)1套直流操作電源蓄電池，取消UPS電源、通信電源蓄電池組，減少了維護(hù)管理工作量。工程投資經(jīng)濟(jì)性得到提高，設(shè)備上減少了2組通信用蓄電池及UPS蓄電池。同時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到提高，減少蓄電池的使用量，對(duì)改善環(huán)境質(zhì)量具有積極的作用，對(duì)節(jié)約大量稀有金屬資源潛能巨大。

6 一體化不間斷電源應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題

一體化電源設(shè)備的核心問(wèn)題是其備用電源的特性、容量及其供電持續(xù)時(shí)間。對(duì)備用電源的要求是放電平穩(wěn)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)、正常運(yùn)行免維護(hù)或少維護(hù)。多年來(lái)電力系統(tǒng)中一般采用鉛酸蓄電池，目前普遍采用的是閥控密封式鉛酸蓄電池[3]。

此外，直流操作電源系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，所以交流側(cè)的UPS裝置的交流輸入、輸出與直流側(cè)必須采取措施進(jìn)行隔離，如采用隔離變做隔離，以避免交流側(cè)的運(yùn)行及故障影響直流操作電源系統(tǒng)側(cè)的絕緣降低，造成直流系統(tǒng)接地等異常。通信電源系統(tǒng)采用正極接地方式，所以DC/DC裝置的輸入、輸出部分也必須隔離。

7 結(jié)語(yǔ)

一體化不間斷電源系統(tǒng)減少了設(shè)備配置、建筑面積和蓄電池的附屬設(shè)施，由變電站統(tǒng)一運(yùn)行、維護(hù)，減少了運(yùn)維人員的數(shù)量和工作量，提高了運(yùn)行、維護(hù)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]佘恬，陳娟.變電站一體化不間斷電源的應(yīng)用探討[J].廣西電力，2009（5）：30-32.

不間斷電源范文第4篇

關(guān)鍵詞:EDLC超級(jí)電容 直流UPS電源 儲(chǔ)能

中圖分類號(hào):TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)05(a)-0133-02

在各種UPS不間斷供電電源系統(tǒng)中,通常采用可反復(fù)充電蓄電池作為直流電源系統(tǒng)的后備電源。UPS不間斷供電電源往往是在供配電網(wǎng)突然斷電或供配電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬時(shí)跌落等運(yùn)行工況狀態(tài)時(shí)的最初幾秒到幾分鐘內(nèi)起穩(wěn)定供電電能的作用,即已充滿電能的蓄電池在這段時(shí)間內(nèi)提供直流系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的電能資源。由于充電蓄電池存在綜合使用壽命較短、需定期進(jìn)行性能維護(hù)、以及對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度等影響因素較敏感等不足,導(dǎo)致UPS直流供電電源在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,需要時(shí)刻監(jiān)視蓄電池的運(yùn)行性能狀態(tài),即不能進(jìn)行大電流直接充放電,又要避免在UPS系統(tǒng)中引入感性負(fù)載(如電動(dòng)機(jī))等。因此,充電蓄電池自身所存在的缺點(diǎn)是限制UPS不間斷電源快速發(fā)展的重要制約因素。超級(jí)電容器是在近幾十年的發(fā)展過(guò)程中,取得了較為良好的研究成果和應(yīng)用效果,其是一種集常規(guī)電容器與化學(xué)電池間二者性能為一體的新型儲(chǔ)能電子元器件。它不僅具備傳統(tǒng)電容器的放電功率性能,同時(shí)也具備化學(xué)電池應(yīng)有的電荷儲(chǔ)備功能。隨著電源技術(shù)研究的進(jìn)一步深入,超級(jí)電容器其容量可達(dá)數(shù)千法拉,與常規(guī)可充電蓄電池相比,其具有性能優(yōu)越、能源轉(zhuǎn)換效率高、實(shí)用環(huán)保等功能,在UPS不間斷直流電源系統(tǒng)中,具有較大的理論研究和實(shí)際推廣應(yīng)用前景[1]。

1 蓄電池直流操作電源系統(tǒng)主要問(wèn)題

在航空、電網(wǎng)、醫(yī)療、鐵路、工業(yè)等領(lǐng)域,UPS不間斷電源作為直流系統(tǒng)后備電源,在供配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生突然停電或者電壓瞬時(shí)跌落過(guò)程中的穩(wěn)定供電電源,對(duì)確保整個(gè)直流供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠的供電方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。目前,直流操作電源系統(tǒng)中普遍采用反復(fù)充電蓄電池作為后備電源,也就是說(shuō)蓄電池后備直流操作電源系統(tǒng)是用蓄電池來(lái)完成儲(chǔ)能,當(dāng)交流電正常且整流器完好時(shí),蓄電池會(huì)通過(guò)對(duì)應(yīng)整流裝置和放電電路提供相應(yīng)電流來(lái)補(bǔ)充電網(wǎng)系統(tǒng)中沖擊負(fù)荷的影響,確保直流系統(tǒng)供電安全可靠性;另外,當(dāng)交流電源突然停電或整流裝置發(fā)生故障后,蓄電池會(huì)通過(guò)放電回路向重要負(fù)荷、事故負(fù)荷、以及沖擊負(fù)荷等停電保護(hù)等級(jí)較高的負(fù)荷提供直流電能資源。以蓄電池為儲(chǔ)能元件的直流操作電源在很多工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)也發(fā)揮較為良好的應(yīng)用效果。但實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),很多蓄電池生產(chǎn)廠商為推銷密封鉛酸蓄電池,均在設(shè)備外殼上加上了“免維護(hù)”等標(biāo)識(shí),這給實(shí)際UPS直流電源系統(tǒng)維護(hù)工作人員帶來(lái)許多誤區(qū),加上現(xiàn)場(chǎng)蓄電池維護(hù)較為繁雜,維護(hù)不方便,這就導(dǎo)致工作人員在實(shí)際工作中放松了對(duì)蓄電池的日常維護(hù)管理工作力度,如密封鉛酸蓄電池沒(méi)有按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行活化試驗(yàn)、蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度變化較大、以及使用過(guò)程中出現(xiàn)充放電電流過(guò)大、帶感性負(fù)載等。由于UPS不間斷直流系統(tǒng)在使用過(guò)程中,充電蓄電池存在管理不善等問(wèn)題,隨著使用時(shí)間加長(zhǎng),極板活性物質(zhì)出現(xiàn)大量脫落,容量也大大下降,其輸出能力大大降低,有的甚至不能滿足斷路器合閘等保護(hù)控制要求,直接影響到UPS直流電源的使用性能水平。從大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料表明,目前12V系列鉛酸蓄電池其平均使用壽命大約只有3～4年,因此,直流UPS不間斷電源的供電安全可靠性問(wèn)題值得進(jìn)一步加深研究[2]。

2 超級(jí)電容代替蓄電池的可行性分析

目前,工程中應(yīng)用的超級(jí)電容器主要包括EDLC雙電層電容器和電化學(xué)電容器兩大類。其中,EDLC超級(jí)電容器是一種高能量密度的無(wú)源儲(chǔ)能電子元件,其多孔化電極主要采用活性炭粉和活性炭纖維,而且電解液則采用有機(jī)電解質(zhì),整個(gè)儲(chǔ)能性能相當(dāng)優(yōu)越。EDLC超級(jí)電容器在工作時(shí),其可以在可極化電極和電解質(zhì)溶液間界面上形成了雙電層中聚集大量的電容量,從而提高電容器的電荷儲(chǔ)存效率。EDLC超級(jí)電容器具有極大的電容量,同時(shí)可以儲(chǔ)存很大的靜電負(fù)荷,也就是說(shuō)EDLC超級(jí)電容器其儲(chǔ)能性能是介于常規(guī)電容器與化學(xué)電池間的新型高效儲(chǔ)能元件。超級(jí)電容與常規(guī)鉛酸充電蓄電池間的特性比較如表1所示。

由表1可知,EDLC超級(jí)電容與常規(guī)鉛酸蓄電池相比,其不僅具有材料無(wú)毒、環(huán)保性好、使用壽命較長(zhǎng)、對(duì)使用環(huán)境要求較低、以及可提供大電流充放等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)其還具有真正免維護(hù)性能,在直流操作電源事故負(fù)荷較小或特性指標(biāo)要求不是太高的工程領(lǐng)域,其工作性能完全可以代替常規(guī)鉛酸蓄電池作為直接UPS不間斷電源的儲(chǔ)能設(shè)備,以提高UPS不間斷供電電源系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性,減少常規(guī)鉛酸電池UPS點(diǎn)煙系統(tǒng)定期維護(hù)麻煩和提高使用環(huán)境適應(yīng)性能。

3 基于超級(jí)電容器組的不間斷電源設(shè)計(jì)

由于EDLC超級(jí)電容在生產(chǎn)制造等過(guò)程中,會(huì)造出其內(nèi)部參數(shù)存在不一致問(wèn)題,這就可能導(dǎo)致UPS電源在充放電過(guò)程中,由于內(nèi)部參數(shù)不一致引起超級(jí)電容器工作電壓發(fā)生不平衡,嚴(yán)重影響到整個(gè)UPS電源系統(tǒng)的供電安全性、可靠性、供電電能質(zhì)量和使用壽命。因此,EDLC超級(jí)電容在使用過(guò)程中,需要對(duì)其進(jìn)行均壓處理?；贓DLC超級(jí)電容的直流UPS不間斷電源系統(tǒng),其主要由電源切換電路、逆變整流器、蓄能控制電路(充放電電路)、超級(jí)電容器模組、嵌入式處理器測(cè)控電路等共同組成,其邏輯組成方案如圖1所示。

不間斷電源范文第5篇

關(guān)鍵詞：通信電源；UPS；雙變換式；可用性；冗余配置

1通信電源的三級(jí)劃分

電源系統(tǒng)可靠性是確保通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的首要條件，為了確?？煽康墓╇?，由交流電源供電的通信設(shè)備需要采用交流不間斷電源（UPS）。某些通信設(shè)備對(duì)交流電源的電壓和頻率指標(biāo)要求很高，也需要由交流不間斷電源（UPS）供電。通信電源可以分為三級(jí)，第一級(jí)電源為交流基礎(chǔ)電源，保證能源供給，但不能保證不間斷。直流電源和交流不間斷電源（UPS）為第二級(jí)電源，主要保證不間斷供電。第三級(jí)電源為二次電源，主要提供通信設(shè)備內(nèi)部各種不同交、直流電壓的要求。

綜上可知，在通信電源系統(tǒng)中引入U(xiǎn)PS是為了以優(yōu)良的供電質(zhì)量向負(fù)載連續(xù)供電，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量。因此，UPS的性能優(yōu)劣及其可靠性就顯得十分重要。

2通信用UPS電特性要求

通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信用UPS的電氣性能技術(shù)要求如表1所示：

在實(shí)際設(shè)計(jì)和配置UPS時(shí)，可根據(jù)負(fù)載特性、電網(wǎng)以及對(duì)UPS的具體要求，來(lái)確定選擇側(cè)重的電氣性能指標(biāo)。

3典型UPS的組成及特點(diǎn)

UPS的較早形式由整流器、電池、直流電動(dòng)機(jī)、柴（汽）油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組成，飛輪為儲(chǔ)能裝置，稱為動(dòng)態(tài)式UPS。其維護(hù)簡(jiǎn)單，比較穩(wěn)定，但系統(tǒng)龐大，操作不便，效率低，噪聲大，電力品質(zhì)不高。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)態(tài)式UPS逐漸被蓄電池做儲(chǔ)能裝置的UPS所取代，稱為靜態(tài)式UPS，因其具有一系列優(yōu)點(diǎn)而成為主流，由整流器、充電器、蓄電池、逆變器整理、靜態(tài)開(kāi)關(guān)和手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)不同，可以分為后備式UPS、互動(dòng)式UPS、雙變換式UPS、Delta變換式UPS等四種類型。

3.1后備式UPS后備式UPS對(duì)市電進(jìn)行簡(jiǎn)單的升降壓及濾波處理后直接供給負(fù)載，當(dāng)輸入電源不符合要求時(shí)才由電池供電，絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)負(fù)載使用的是市電或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后給負(fù)載供電。具有成本低、部件少、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。但市電/電池供電轉(zhuǎn)換時(shí)間約4～10ms，輸出精度低、輸出波形差、輸出波形為方波，適用于單臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的斷電保護(hù)。

3.2互動(dòng)式UPS互動(dòng)式UPS，當(dāng)市電正常時(shí)，供給負(fù)載為改良了的市電；市電故障時(shí)，負(fù)載完全由電池逆變供電。雙向變換器既可當(dāng)逆變器，又可作為充電器給蓄電池供電。市電正常時(shí)逆變器處于熱備份狀態(tài)而作為充電器給電池充電，故又稱為在線互動(dòng)式UPS，此時(shí)其工作效率可達(dá)98%以上。具有輸出能力強(qiáng)，不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾等優(yōu)點(diǎn)。但輸出電壓精度和穩(wěn)定度比較差，能滿足一般負(fù)載的供電要求。

3.3雙變換式UPS雙變換式UPS的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，這是10kVA以上功率范圍的電源最常用的UPS類型。不管有無(wú)市電，負(fù)載的全部功率都由DC/AC逆變器提供，能夠保證高質(zhì)量的電源輸出。市電掉電時(shí)，輸出電壓不受任何影響，沒(méi)有轉(zhuǎn)換時(shí)間，具備典型的在線式UPS功能。能夠徹底解決市電停電、電壓波動(dòng)、頻率不穩(wěn)、波形失真及電壓干擾等所有輸入電源的問(wèn)題?？梢宰鳛橥ㄐ啪郑ㄕ荆┗蛘哧P(guān)鍵性負(fù)載的首選電源。

由于負(fù)載功率100%都由逆變器負(fù)擔(dān)，因而UPS的輸出能力不理想，對(duì)負(fù)載提出限制條件。而且，其可控輸入整流器決定了UPS輸入功率因數(shù)低，無(wú)功損耗大，輸入電流諧波成分大于30%，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的污染。

3.4Delta變換式UPSDelta變換式UPS把電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)中的串并聯(lián)有源濾波技術(shù)應(yīng)用到了UPS電路結(jié)構(gòu)中，適用于功率范圍5kVA到1.6MW的應(yīng)用領(lǐng)域。它始終由逆變器提供負(fù)載電壓，故有高性能輸出特點(diǎn)。而且，Delta變換器也向逆變器輸出供電，克服了雙變換式UPS對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染和輸出能力差的固有缺點(diǎn)。

其優(yōu)點(diǎn)在于過(guò)載能力、輸出電流峰值系數(shù)、輸出功率因數(shù)等都得到了提高。但是，當(dāng)市電存在時(shí)，Delta變換器承擔(dān)的最大有功功率為額定的20%左右，而兩個(gè)變換器承擔(dān)的無(wú)功功率可能為輸出功率的1倍。效率是個(gè)可變量，只有市電輸入為額定值，負(fù)載為線性負(fù)載時(shí)，效率才達(dá)到最高值。當(dāng)輸入停電甚至出現(xiàn)短路時(shí)，Delta變換器將進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，若保護(hù)失效，則故障將是毀滅性的。事實(shí)上，電網(wǎng)停電或短路時(shí)有發(fā)生，相比之下，雙變換式卻不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。

4通信用UPS的設(shè)計(jì)

綜合上述各種結(jié)構(gòu)UPS性能的優(yōu)劣，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際。我國(guó)通信用UPS幾乎全部為雙變換結(jié)構(gòu)，為保證系統(tǒng)可用度，通常采用多個(gè)雙變換單機(jī)UPS組成適當(dāng)?shù)娜哂?。在通信電源系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)UPS系統(tǒng)時(shí)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：前級(jí)供電系統(tǒng)、UPS容量計(jì)算、冗余配置等。

4.1前級(jí)供電系統(tǒng)UPS向負(fù)載提供電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形失真度小的高質(zhì)量電源，且保證實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷供電，其前級(jí)供電質(zhì)量很重要。

前級(jí)供電系統(tǒng)電源電壓及頻率要穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，通常大容量UPS主機(jī)輸入電壓范圍為380V±15%。電壓過(guò)低將使UPS后備蓄電池頻繁放電，縮短蓄電池的使用壽命。電壓過(guò)高則容易引起逆變器損壞。而且如果前級(jí)電壓變化范圍過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致逆變器和旁路電源之間的切換被禁止或有間斷。

轉(zhuǎn)貼于中國(guó)在UPS供電系統(tǒng)中不應(yīng)帶有其他頻繁啟動(dòng)的負(fù)載，否則其開(kāi)、閉會(huì)出現(xiàn)瞬間高電壓或低電壓，導(dǎo)致供電線路上電壓波形失真過(guò)大，造成UPS市電旁路供電與逆變器供電轉(zhuǎn)換控制電路誤動(dòng)作，進(jìn)而引起同步控制電路故障。

大多數(shù)通信用UPS都備有發(fā)電機(jī)組，以解決較長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)的供電問(wèn)題。在配置發(fā)電機(jī)組時(shí)，其容量不低于UPS額定輸出功率的1.5~2倍，以保證發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率正常，并改善其波形失真度。

4.2UPS容量的計(jì)算通常UPS的容量首先要滿足當(dāng)前負(fù)載的需要，同時(shí)也要考慮負(fù)載性質(zhì)對(duì)UPS輸出功率的影響。UPS電源實(shí)際可帶負(fù)載量受負(fù)載功率因數(shù)的直接影響，對(duì)不同的負(fù)載功率因數(shù)要進(jìn)行功率折算，UPS容量不宜過(guò)大或過(guò)小，還應(yīng)考慮擴(kuò)容的需要。

在計(jì)算UPS容量時(shí)，所有共用1臺(tái)UPS的用電設(shè)備額定功率總和即為總負(fù)載功率P。UPS的最佳運(yùn)行負(fù)載裕量百分值稱為裕度，一般裕度m的值取20%為宜?？紤]到通信行業(yè)的特點(diǎn)，功率因數(shù)PF取為0.9~0.95。則可以根據(jù)負(fù)載大小來(lái)確定UPS的容量S。

S=

式中：——UPS容量（kVA）；

P——負(fù)載有功功率（kW）；

PF——負(fù)載功率因數(shù)；

m——裕度。

如果以PF取為0.9~0.95，m為0.2，則S=（1.3~1.4）P?？梢?jiàn)，在確定UPS容量時(shí)，應(yīng)按照所有負(fù)載功率總和的1.3~1.4倍來(lái)設(shè)計(jì)。

4.3UPS冗余配置方式提高UPS系統(tǒng)可用性問(wèn)題的根本辦法是采用多個(gè)雙變換單機(jī)UPS組成冗余。UPS冗余主要有并聯(lián)冗余、備用冗余、主—從串聯(lián)冗余和分布冗余等幾種形式。

并聯(lián)冗余UPS由兩個(gè)或多個(gè)單機(jī)UPS組成，各單機(jī)UPS的輸出并聯(lián)到一個(gè)公共的配電系統(tǒng)。系統(tǒng)一般按照個(gè)單機(jī)UPS配置，其中個(gè)單機(jī)就足以滿足系統(tǒng)的全部負(fù)整理載用電，再增加一個(gè)作為備用。

備用冗余UPS的兩個(gè)UPS中有一個(gè)是主用，另一個(gè)是備用。正常時(shí)兩UPS同步運(yùn)行，只有主用UPS為負(fù)載供電，備用UPS空載運(yùn)行。當(dāng)主用UPS故障時(shí)，轉(zhuǎn)換為備用UPS供電，故障的主用UPS與負(fù)載斷開(kāi)。其控制電路簡(jiǎn)單，但主用UPS向備用UPS轉(zhuǎn)換時(shí)，備用UPS要承受100%額定階躍負(fù)載，故對(duì)逆變器的動(dòng)態(tài)性能要求較高。