尼尔基发电厂UPS智能化改造设想

周丽娜，左建华

（1.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161005；2.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161005）

尼尔基发电厂UPS智能化改造设想

周丽娜1，左建华2

（1.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161005；2.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161005）

随着现在科学技术的发展，智能化水平的不断提高，尼尔基发电厂UPS电源需要进行智能化升级改造。文章首先详细介绍尼尔基发电厂UPS使用情况及改造原因；其次根据全厂交流负载总容量、输入/输出电压、工作环境和现场运行等因素，详细阐述微机智能化UPS系统的重点内容，主要包括型号选择、工作原理、控制原理和智能化UPS微机系统平台等方面的建议；最后通过改造后的微机智能化UPS电源系统，确保全厂UPS电源系统的安全性和避免了事故隐患的存在，更加符合尼尔基发电厂设备运行的实际情况。

微机智能化UPS；工作原理；控制原理

随着现在科学技术的发展，智能化水平的不断提高，全厂UPS电源在尼尔基发电厂运行已8年，早已不能满足现场设备的需要，并且在实际生产运行中存在产生诸多隐患。现结合自身学习和翻阅相关UPS电源资料，建议将原有的GL10KF型电力在线型UPS电源改造为柏克MP 3 110 K系列智能化UPS电源，同时将其它UPS电源数据通过各自的通信端口传送到中控室上位机UPS电源主机系统进行实时监控，组成功能强大的智能化UPS系统,进而对尼尔基发电厂全厂UPS电源各项数据进行全面实时监控，保证了全厂安全稳定运行。

1 尼尔基发电厂UPS使用情况及改造原因

1.1 UPS使用情况

现尼尔基发电厂共有UPS电源7个，分别为后备式和双变换在线两种类型，型号为SMART-1KVA、SANTAK-1KVA和GL10KF。机组、厂房渗漏排水泵和0.4kV厂用电UPS为后备式，全厂交流系统UPS为双变换在线式。全厂交流系统UPS电源供全厂交流负荷，机组UPS电源供机组主、辅机PLC电源，厂房渗漏排水泵UPS电源供厂房渗漏排水泵、检修排水泵控制PLC电源。

1.2 改造原因

尼尔基发电厂自2006年机组投入发电至今,全厂交流系统UPS和厂房渗漏排水泵UPS一直在投入使用，而机组UPS电源为2007年安装，虽然均为电力在线型UPS电源，但均不是微机智能化UPS电源，随着现代智能化水平的不断发展，现如今已不能满足尼尔基发电厂设备长期稳定运行的需要，因此需要对全厂UPS电源进行升级改造。改造原因如下：1）全厂UPS电源没有通过通信接口将各项数据传送到尼尔基发电厂中控室上位机，不能获取电源工作时的有关参数，也不能实时监视电路中各部分的工作状态，只能依靠值班人员现场巡回检查掌握其状态，如出现问题不能及时处理；2）全厂交流UPS电源无智能显示屏，不能进行人机交换和时刻了解装置运行情况；3）当UPS电源交流失电或UPS电源本身装置故障时，不能进行自动执行广播报警；4）现有的全厂交流系统UPS电源无微机中央处理控制器，当发生故障时不能通过自动检测判断故障部位，给出处理方法与途径，只能依靠值班人员进行处理。

2 全厂交流UPS的型号选择及性能

2.1 型号选择

根据尼尔基发电厂全厂交流负载总容量、输入/输出电压、工作环境和现场运行等因素，选用柏克MP 3 110 K智能化UPS电源代替原有的GL10KF型电力在线UPS电源。MP 3 110 K系列UPS电源是采用全球最先进的DSP数字化控制技术，具有语音报警功能、高速微处理器（MCU）、可编程逻辑器件（CPLD）、第六代低损耗大功率IGBT和静态开关，实现了非凡的创新。在数字电路模式下，高速微控制器和可编程逻辑器件对电路控制、参数设定和运行管理更加完美，自检和自侦测功能更加强大。全程采样技术不仅有电路板上的所有独立电路连接进行自检和故障分析，更能经数码变换为极度纯正和稳定的正弦波电压，确保系统超稳定运行。主要技术参数见表1。

表1 MP3110K主要技术参数

2.2 工作原理

UPS电源它是一种含有储能和稳压装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关、微机处理器、显示单元和通信单元等几部分组成。一般是由主电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或事故停电状态下，使整个系统都能可靠工作。在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器，在由逆变器向负载提供交流电；在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。仅仅在逆变器出现故障时，才通过转换开关切换为市电旁路供电。特点是有极宽的输入电压范围，零时间自动转换，有效地保证输出不间断的电源，特别适合对电源要求较高的场合，缺点是成本高。目前我国功率大于3KVA的UPS几乎都是双变换纯在线式UPS电源。工作原理如图1所示。

图1 工作原理

2.3 控制原理

2.3.1 显示通讯单元

显示通讯单元是将整机的运行状态和数据通过LED和LCD显示出来，同时还通过RS 232，RS 485，SNMP卡和干接点信号等，配合后台原件实现远程监控。MP31采用了大屏幕LCD（128× 64）触摸屏设计。显示器图形化操作界面，表格式的数据显示，560条超长的事件记录，对UPS电源供电状态进行分析和管理提供很好的帮助。语音报警功能可以通过UPS电源主机自身语音报警器或通过RS 485链接中控室上位机语音报警告知当前UPS电源的运行状态及事故情况。

2.3.2 微机处理器单元

MP31系列UPS电源高度融合了数字化技术，提高了MTBF和可靠性。有独立的一个控制板控制整个系统工作，采用DSP高速微处理器控制，电压和电流可通过软件自校准不需任何可调电阻保证设备稳定和可靠性。控制原理如图2所示。

2.3.3 整流器和充电单元

图2 控制原理

整流器是为逆变器提供波纹很小的直流电压。它由隔离变压器、可控硅整流元件、输出滤波器和相应的控制组成。主电输入经整流开关控制，首先经谐波滤波器，再经6脉冲或12脉冲整流器将交流电整流成直流，再滤波变换成稳定的直流总线。整流控制电路通过对输入电压、频率和对直流总线的测量对整流器进行控制，输出稳定的直流电供给逆变器和电池组。当UPS电源连接上电池组时对电池组的电压和电池进行测量，整流器进入电流和电压双环控制，当电池电压低时为恒流模式充电，当电池电压达到浮充电电压时，自动转为恒压充电模式。整流器如图3所示。

图3 整流器

2.3.4 逆变器单元

逆变器单元由采样电路、单片机控制电路、IGBT驱动电路、IGBT模块、逆变隔离变压器、滤波电感及电容和保护电路构成。微机处理器通过采样信号进行微机处理器计算后产生SPWM信号、隔离驱动、IGBT模块总线的直流变换成高频SPWM波，再通过隔离变压器、逆变滤波器滤波后输出纯净的正弦交流电。同时通过反馈采集的电压、电流、温度等信号对输出电压、波形进行调节，还进行实时保护。逆变器单元如图4所示。

2.3.5 静态开关

图4 逆变器单元

静态开关由一组并联反接可控硅和相应的控制板组成。是由控制板控制可控硅的切换，当逆变器故障或过载时，会自动切换旁路电源运行并发出报警信号，总切换时间不大于4 ms。逆变器恢复正常后，经适当延时切回逆变器运行，切换逻辑保证手自动切换过程中连续供电。

2.3.6 自动和手动旁路单元

旁路开关是为了提高UPS电源系统工作的可靠性而设置，能承受负载的瞬时过载或短路。旁路电路是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时，微机处理器高速控制静态开关自动切换到旁路供电，因而保证了对负载不间断供电。手动旁路是为了检修UPS装置时对负载进行供电。

3 微机智能化UPS电源系统平台

微机智能化UPS电源监控系统必须全面考虑实时性、可靠性、可维护性、实用性、可扩充性等多方面要求，采用高可靠性的系统结构，软件统一和硬件开放的模式。在尼尔基发电厂中控室操作员站旁单独增设一台计算机作为UPS电源系统的主站。它是全厂UPS电源集中监视和控制功能的人机接口，可以实现直接对全厂UPS设备进行各种控制操作、显示实时图形、各项数据和报警等。现场的UPS电源负责各种数据的采集、处理及事件的记录，信息传输，设备控制等工作。通过光纤以太网采用通信接口RS 232或RS 485的通讯协议与UPS主机组网，传递各种设备实时数据。结构图如图5所示。

图5 全厂微机智能UPS电源系统计算机监控结构图

4 结语

尼尔基发电厂厂用UPS电源系统改造为微机智能化UPS电源系统后，值班人员可以直接通过中控室上位机监视运行中的UPS电源所有数据，当发生故障时，大大缩短了故障处理的时间，确保全厂UPS电源系统的安全性和避免了事故隐患的存在。因此，尼尔基发电厂对全厂UPS电源系统智能化改造是切实可行的，是不容忽视的。经过改造后的微机智能化UPS电源将会更加合理、更加安全，更加简单，更加符合尼尔基发电厂设备运行的实际情况。

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TV672 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）09—0065—04

2017-06-18