UPS电源在电力调度中心应用中的优化设计研究

徐铁红

摘 要：随着科学技术的迅猛发展，通信技术在电力行业中发挥着日益重要的作用，已经成为了我国电厂、变电站及各级电力公司必不可少的一项设备，因而为通信设备提供电源的供电系统就成为了社会上所关注的重点。UPS电源作为电力调度中心的重中之重，在功率、容量、功能及可靠性上都得到了较大的完善，该文主要通过分析以往调查研究资料对UPS电源的现状和发展提出相关的意见和建议。

关键词：UPS电源 电力调度 可靠性分析

中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0048-02

电力调度中心系统设备一般包括通信系统、自动化系统、调度MIS系统及应急照明系统等，这些系统的稳定运行不仅取决于系统自身的好坏，同时也与UPS电源的供电能力有关。就目前而言，我国的电力调度一般采用大型UPS集中供电模式，一旦供电系统出现故障，所引发的后果就会影响到整个调度公司。因此，UPS电源系统的可靠性应该得到电力行业的足够重视，接下来就对UPS电源的应用和发展进行分析与探讨。

1 UPS电源系统现状

UPS电源系统的主设备主要包括主电路、控制电路及辅助电路，其中主电路的主要组成部件为整流器、逆变器及静态旁路三部分，负责为用户提供电能变换、隔离及传输服务；控制电路主要是控制主电路的部件正常运行，其主要组成部件为一系列控制板；辅助电路的主要组成部分为内部控制电源、内部风扇等易损坏部件。

根据调查研究，人们对于电力调度的可靠性和稳定性越来越高，20世纪末期21世纪初期华东地区的调度中心使用的UPS电源都为50kva以上，典型的大力供电，而且为了保证各大企业的运行几乎全部使用的双机冗余设备，而且储蓄了大量的后备电池。随着新技术的不断产生与推进，大型UPS电源在功能和性能上都有了很大程度的提高，但是在实际应用方面仍然有些许漏洞，主要表现在缺乏合理的设计和运行效率低下等几个方面。

2 影响UPS电源系统的因素

2.1 主电路

前面讲到，主电路主要包括整流器、逆变器和静态旁路三个部件，因而主电路对UPS电源系统的影响也将从这三部分入手，下面展开具体阐述。

2.1.1 整流器

又被称之为输入端，主要是将普通交流电源转化为直流电源，在为后端的逆变器提供电源的同时对蓄电池进行充电操作。由于整流器是处于和外界电网相连接的输入端位置，因而有着较为完善的保护功能。因而在大型调度中心不仅要求配电室有避雷针，要求UPS本身也要配置有防雷部件，需要在整流器的输入和输出端配置LC滤波器，以此来消除来自外界的电压及电流来保证整流器的安全。

2.1.2 逆变器

又被称之为输出端，主要是讲来自整流器输出或是电池的直流电转化为交流电，向客户提供净化后的交流电源。作为UPS内部最为关键的部件之一，其可靠性与电流冲击息息相关。要求在UPS的输出端配置大電感的部件以此来抵消可能出现的大电流冲击，同时UPS供电系统也应该在切换的时候设置自动提升电压的功能。这项措施的原理是使得UPS在切换时尽量让输出电压接近旁路输入电压，从而在一定程度上减少冲击电流。

2.1.3 静态旁路

又被称之为应急通路，主要部件是三相双向晶闸管开关。之所以称之为旁路是因为其工作原理为将电能不经过任何转化直接传递给负载的通路，所以相关人员为了保证负载的安全性在旁路上配置有专门的隔离变压器，以此来缓冲来自外界电网和后续负载的电流冲击。我国机房的零地电压国家标准为小鱼1V，然而由于电网三相负载的不对程序和非线性负载的范围之广等诸多因素，往往导致零地电压经常大于等于3V，这在一定程度上严重影响了用户计算机负载的安全性。因而在旁路安装隔离电压装置也能够实现UPS电源输入零地与输出零地的彻底隔离，保证机器运作的可靠性。

2.2 控制电路

控制电路是整个UPS电源的核心组织，其主要工作原理是通过传感器检测UPS的输入输出控制参数及环境参数，辅以内部的综合处理来达到调控主电路部件的工作。但是在实际操作中，由于控制电路中的零部件都具有极高的敏感性，因而成为了UPS内部最为薄弱和故障率最高的一个组成部分，也成为了人们关注的焦点问题。现代企业所应用的集成化是也高电子电路可靠性的重要途径，集成度的程度已经成为人们评定一个设备可靠性的硬性指标；控制板之间的连接方式也影响着UPS电源的运作，控制板之间的连接关系越少，其互相之间的依存关系便会越来越简单，因而出错率就会少很多，当前应用较为广泛的网络化连接就极大的提高了供电系统的稳定性。此外半数字半模拟控制的供电系统也存在着一定的风险，因为之前传统的模拟控制中的所有参数都是通过电脑经串口输入的，而现在所采用的某些参数却仍然需要用电位器来设定，这也是不容忽视的一个问题之一。

2.3 辅助电路

这里的辅助系统最主要的就是控制电源和散热风扇，所说的控制电源的故障的工作原理就是将内部控制电路变成断电状态，而风扇的主要作用是保证内部控制电路和控制电路的部件不因过温而关机。其主要存在的问题如下：辅助电源主要是向各个控制面板提供低压直流电源，一旦出现故障整个控制电路都会停止工作甚至供电系统都不会转旁路；其次UPS电源是作为一种但能转换设备期间会产生大量的热能，而众所周知电子元件的工作稳定性一般与环境温度有着密切关系，因而风扇的转速问题也是影响供电系统工作的一个重要原因，因而工作人员一定要注意在风扇的设计上采用冗余方式并做到及时进行查漏更换。

3 UPS电源的优化措施

当前我国的UPS电源已经处于不断的优化和完善之中，但是正如上述所言，在实际操作中仍然存在着部分问题亟待解决，下面将针对故障率最高的几个问题提出有效的改进措施。

3.1 进线电源的切换

应用最为广泛的是大中型UPS电源，同小型的UPS电源相比，前者几乎都采用了交流三相供电，要求至少具有两条电源点不听且相互独立的电源线，一条为主一条为辅，正常运行时主电源线提供电能，辅助电源处于备用状态。在主供电器失电或是失压的情况下主要有两种切换途径。

上图是第一种切换方式，一开始主供电源正常运作接触器CJ1闭合而CJ2处于断开状态，当主供电源断电时二者的状态又会瞬间置换过来，此时UPS电源就会进入辅助电源供电状态。这是比较普遍的一种切换方式，其主要优点是线路可以自行进行切换不需要人工的协调，可以在一定程度上减少工作量。

以上是第二种切换方式，只能通过控制QA1和QA3实现手动切换。主要工作原理为当摁下某一按钮时其相对应的另一条回路就会被禁止，当主供电源失电或失压时，该方式无法进行自动切换，此时UPS电源会转化为蓄电池供电，有点在于其不会造成计算机系统停电。这里需要注意的一点是，UPS电源的蓄电池通常处于浮充状态，适当的让蓄电池放一部分电能对于蓄电池的保养而言还是有一定好处的，因而建议在此情况下可以先对蓄电池进行放点操作，等到释放出适量的电能再由工作人员手动将其切换。

3.2 电源主机与蓄电池的连接

蓄电池是UPS电源的重要组成部分，在当今应用范围最为广泛的大型UPS电源中，蓄电池的容量是个十分关键的问题。蓄电池的造价几乎超过UPS电源主机的造价，因而提高设备的利用率是设计中理应注意到的關键问题。在实际操作中可以采用两台UPS电源共用一套蓄电池的做法，当市电断电时，蓄电池可以同时向两台计算机系统供电，此时即使其中一台电源主机处于检修状态，蓄电池中所储存的能量依然可以通过另一条电源主机对外供电，很大的程度上避免了电能的浪费而且能够保证计算机系统运行的持续性。影响UPS容量的主要有功率因数、动态稳定系数、直流电压下降系数、温度补偿系数及设备老化设计裕度系数等五个因素，其中必要的裕度系数比较重要，在提高UPS容量的时候要尽可能的留有必要的裕度系数。

3 结语

电力调度中心UPS电源的可靠性和安全性对于电力调度系统设备的正常运行具有至关重要的作用，UPS电源的可靠性需要相关技术人员对UPS电源的系统部件、设计原理、运作方式及制作工艺等具有一定程度的了解，对能够影响到电源可靠性的因素进行深入的分析探讨才能做出有针对性的优化措施，通过认真分析和优化设计使得UPS电源处于良好的工作状态。

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