不间断电源解决方案解析

□ 文/李福兴 赖文利 薛扬

不间断电源解决方案解析

□ 文/李福兴 赖文利 薛扬

新方案提高了电力集控中心不间断电源系统的稳定性和可靠性，这种改造方式为将来克拉玛依电力集控中心、变电所的设计和改造提供了经验和借鉴。

电力，已经成为当今人类生活须臾不可或缺的重要组成部分, 而电力控制系统则是电力设备可靠、高效运行的保证。电力控制必须具备安全可靠的控制电源，在电力工程中，控制电源分为两类，一类是直流电源，另一类是交流电源。电力集控中心为控制、信号、保护、自动装置及断路器机构等供电的直流电源系统，通常称为直流操作电源；为计算机监控、交换机、远动通信等设备供电的交流不间断电源系统，通常称为交流操作电源。直流操作电源的模式十分成熟、稳定；而交流不间断电源系统的模式比较多样，有一主一从串联冗余、一用一备并联冗余、互为备用并列冗余、二主一从串联冗余及新型N+1并联冗余等模式。冗余连接方式有多种，各有优缺点，考虑方案时要根据实际负载情况选择合适的模式。

不间断电源系统现状

克拉玛依电网由北郊集控中心、八零一集控中心、百口泉集控中心、石西集控中心4个集控中心分布管理。2009-2010年上半年，由于交流不间断电源系统在电网故障情况下不能保持不间断供电，集控中心一度陷入瘫痪状态，导致故障扩大，信息不畅，处理不够及时。

电力集控中心不间断电源主要由“直流动力+逆变电源”组成，现有的逆变电源是从直流操作电源系统取得直流电，通过逆变器输出交流电源，主要为一些重要的电力集控中心设备（远动测控计算机、管理计算机等）提供不间断电源，亦称电力UPS。对于电力集控中心，采用的是专用的UPS电源。电力专用UPS装置，正常工作时是在线模式。

其工作状态是交流输入经过输入隔离变压器和整流电路后与直流输入并联，在线逆变后经过输出隔离变压器给重要负载供电。平常工作时，逆变器输入端的直流电压略高于直流屏电池组直流输入端的电压，一旦输入的交流断电，直流屏电池自动给逆变器供电。因此，交流输出仍保持不间断。同样，万一直流断电，在交流电网有电时也不影响交流输出，因此实现了交直流0间断的切换，也避免了由于市电电网电压波动及干扰带来的影响。

克拉玛依电力集控中心不间断电源系统现用方案，是配置两台相同容量的电力UPS装置，自带旁路，一用一备并列冗余，单母线接线，输出经静态开关切换装置向负载供电。由于两台UPS是经同一个切换开关输出，为保证切换时间满足要求，两台UPS的旁路输入必须取同一个交流电源。

百口泉电力集控中心使用这种方案，直流电池容量为65AHX2，逆变器配置为4000VA，在线式2台，平均逆变负荷一般为2.71KW，单台逆变器容量冗余度大于30%。2010年初，百口泉电力集控中心发生故障，发生故障前，两台逆变器显示正常，1#逆变器处于工作状态，2#逆变器为备用；故障发生时，全集控中心失电，1#逆变器故障灯亮，1#、2#逆变器自动切换后，2#逆变器未能正常工作，此时直流输入电压235V，逆变输出电压为0V，导致后台机及历史服务器失电，断开逆变总输出开关后，再重新启动2#逆变器正常，合上逆变总输出开关，逐步投入负荷，2#逆变器工作状态正常。

虽然百口泉电力集控中心逆变器容量为2×4KVA ，但实际使用容量一直为单台容量4KVA，裕度并不大。该电力集控中心主站后台有10台左右电脑加上通讯设备，一起启动，整体负荷切入到2#上，因为瞬间启动负荷电流太大，造成2#逆变器不能正常工作。整体负荷切换时，该逆变器功率余量不够，偏小。造成逆变器出现瞬间过载而不能正常工作。逆变器的用户手册要求配备应以设备标称的功率为准，而且要留有30%的功率余量，才能保证可靠供电。

电力集控中心采用这种方案，一是逆变器配备的容量不小，整体冗余容量虽大，但实际工作容量为单台UPS，裕度并不大，而且容量比较浪费。百口泉电力集控中心为2×4KVA，实际使用容量一直为单台容量4KVA。二是1#、2#逆变器切换时有时间差，由于单台裕度不大，整体负荷切换容易造成逆变器出现瞬间过载而不能正常工作。不能及时恢复集控中心交流工作电源。三是任何一个DC/AC模块故障将导致该台逆变电源无法提供正常交流输出。

不间断电源系统解决方案

经过对原方案的分析，我们对电力集控中心不间断电源系统提出了解决方案，采用新型N+X冗余并联技术:可靠性高；系统无需任何附加的并联柜；系统的并联运行由内部微处理器实现；系统采用无主从均流方式，高精度均分负载。这种方案是采用N+1台具有并机功能的UPS模块并联，单台不带旁路，设集中旁路切换装置，单母线接线，通过集中旁路切换装置向负载供电，并联UPS模块输出均分负载，满足N+1冗余模式，其中一个模块故障时其余模块仍能正常工作。

百口泉电力集控中心采用该方案改造，逆变模块为4×2KVA, 每个模块容量为2KVA，总配置容量不变，仍为8KVA。4个模块并联运行，均分负荷，工作时4个模块都承担1/4负荷，和其所带逆变负荷相比，逆变器冗余度大于60%。一个模块故障时，其他3个模块工作，裕度也达到了45%,由于不存在负荷切换，对计算机这类设备和逆变设备本身都有利。

这种方案优点在于解决了原方案中出现的问题，一是配备容量一样的情况下，实际工作容量比原来至少大1/2，逆变器冗余度高。二是由于模块都在正常工作，不存在负荷切换问题，避免了对负荷设备和自身设备的启动冲击，三是由于采用了DC/AC多模块并联方式，一个DC/AC模块故障不影响DC/AC的输出。新方案提高了电力集控中心不间断电源系统的可靠性，不间断电源负荷实现了0秒切换，四是扩容方便，可支持不可预见的功率密度，降低了传统不间断电源的扩容、升级的风险。这种改造方式在百口泉电力集控中心应用后，效果良好。

结语

经过运行表明，该方式是可靠有效的，不间断电源在电力集控中心中的重要作用是不言而喻的，是电力集控中心各个主要设备的工作电源和操作电源，不间断电源设备的好坏直接关系和影响到一个电力集控中心运行的可靠性和安全性。新方案提高了电力集控中心不间断电源系统的稳定性和可靠性，这种改造方式为将来克拉玛依电力集控中心、变电所的设计和改造提供了经验和借鉴。

作者单位： 中国石油新疆油田公司供电公司

责任编辑 许宗荫