不间断电源系统在轨道交通的应用

2014-08-08陈晓明

中国新技术新产品 2014年9期

关键词：市电单机蓄电池

陈晓明

（广州市地下铁道总公司运营事业总部，广东广州 510310）

一、概述

在轨道交通中，电源系统主要为各车站、控制中心、停车场和车辆段设备提供高质量、高可靠的电源，保证在市电故障或发生超限时，设备仍能在规定的时间内正常工作，等待主电源恢复正常。

二、系统构成及功能

电源系统由各车站、中心（含停车场）及车辆段的220V交流不间断电源设备（UPS）及电源集中网管系统组成。UPS电源设备主要由交流输入单元、整流单元、逆变单元、交流输出配电单元、免维护阀控蓄电池组组成。集中网管系统由中心电源网管终端、传输通道及电源设备中的监控模块组成。

为了实现故障或紧急状态下的电源供给，不间断电源系统需至少具备以下功能：

1 电源设备具有输出短路保护，能连续不断地为设备提供电源供应。

2 市电故障后，不间断电源设备连续工作一段时间，在此期间，不间断电源设备能为设备提供高质量、高可靠的电源。

3 不间断电源集中网管系统能集中监控全线不间断电源设备的交流部件（输入电源、输出电源）、整流部件、直流部件、逆变部件、免维护电池电压等。具有多事件、多点同时告警功能，并可根据用户权限进行安全管理及用户和网络管理。

三、工作模式及特点

1 单机在线UPS工作模式及特点

市电正常供电时，交流输入经AC/ DC变换转换成直流，一方面给蓄电池充电，另一方面给逆变器供电，逆变器自始至终都处于工作状态，将直流电压经DC/AC逆变成交流给用电设备供电。当市电供应停止或超出工作范围时，通过逆变器将蓄电池供给的直流电装换为交流电为后端负载供电，供电时间的长短受限于蓄电池容量。当出现超载、UPS主机模块故障或人为手动进行交流旁路供电时，UPS会将逆变输出转为市电直接输出供给后端负载用电。

单机在线UPS供电方案是供电结构中最简单的一种，系统由主机及蓄电池构成，不需要专门的配电设计，并且安装便捷，但供电系统的整体可靠性较低。

2 并机UPS工作模式及特点

为了提高供电系统的整体可靠性，电源系统从单机开始想多机或并机组合形式发展，以下介绍两种较为常见的并机方案及特点：

2.1 “1+1”并机方案

随着并机技术的发展目前电源系统已经可以实现两台UPS在同一控制程序下稳定协调工作，称之为“1+1”并机。正常工作时两台UPS各承担50%负载；若其中一台UPS出现故障，另一台UPS自动承担100%负载；故障修复后可直接投入并机，两台UPS自动均分负载；若故障未修复时带载UPS也出现故障，将自动切换至带载UPS旁路；当两台UPS全部维修好以后，按并机开启步骤可将两台UPS投入到“1+1”并机工作状态。

“1+1”并机相对单机UPS，多了一台UPS自动承担100%负载安全保护措施，可以有效避免逆变器切换至旁路时造成的切换风险，“1+1”并机相对性能稳定的单机安全可靠性又得到了较大的提高。

2.2 “N+1”并机方案

“N+1”并机方案主要是解决当负载功率大于UPS单机功率时的带载问题。当负载功率大于UPS单机功率时，可以用多台UPS并机分担负载，考虑到安全性，再加一台UPS做为备用，当其中一台UPS故障时，备用UPS投入运行承担负载，此方案则为“N+1”并机方案。

此方案多用于大型数据中心。大型企业用户出于安全考虑，负载尽可能避免由一套UPS系统集中供电，而将大系统分成多个小系统单独供电，这样可以有效地降低因并机数量太多和UPS控制系统难度增大而造成的风险。

四、关于蓄电池的应用

在电源系统中蓄电池是供电系统的重要组成部分，一旦交流供电/市电供电中断或UPS主机主要模块发生故障无法启用时，就必须依靠蓄电池提供的直流电通过UPS逆变整流模块向后端负载设备提供后备电源，从而保证系统设备的不断电运行。

在单机UPS系统中一般配置一组蓄电池，容量为后端系统设备所需紧急用电量。但在1+1或N+1并机系统中为了提高后备电源的可靠性及蓄电池管理的便利，可能配置多组蓄电池。在市电供电及UPS主机正常工作状态下，蓄电池处于浮充状态以保持电量充足。随着电子工业及电源行业的发展，UPS的稳定性可靠性在逐步提升，整体的市电、工业用电提供的电源也更为稳定优质，蓄电池组真正作为后备电源提供用电的几率在不断地下降。在现代工业中，智能化设备越来越多，智能化控制功能也越发全面，相应的用电成本也在不断地增长。在供电系统中引入智能化控制设备，使用一半的后备电池电量作为高峰期时设备用电供给，非用电高峰期期间使用市电配电，。一方面降低了企业用电的费用，另一方面对于蓄电池的寿命和健康程度的监控更为合理，在常态使用过程中更便于UPS及蓄电池的维护维修。