绿色环保理念下经济型移动不间断电源的设计

2019-10-21吴培明罗晓冬

中国电气工程学报 2019年11期

吴培明罗晓冬

摘要：本研究主要将纯电动汽车的大容量电池和无源逆变装置结合，在保持电动汽车原有性能的前提下，改造为具有一定容量、单相电压220伏、三相电压400伏的独立交流电源，为用电负荷需求较小、环境噪音和尾气排放要求较高的临时重要用户提供灵活便捷的应急电源，现研究内容如下。

关键词：移动不间断电源;经济型;绿色环保;设计

在供电系统突发停电时，移动不间断电源能代替传统的柴油发电机，向保供电的重要设备实现不间断供电，确保重要设备的安全稳定运行。与传统的柴油发电机相比，在空车待机及发电的过程中，具有安静、无尾气体和热气排放，发电能效高等优点，有效提升了系统运行的安全性、稳定性和经济性，已经成为新时期人们关注的焦点。

1 经济型移动不间断电源设计的必要性

目前各供电局使用的500KV应急发电车，占地面积在60平方左右。体积庞大的应急发电车在一些狭小的空间范围内无法停放，导致无法有效地开展工作。同时，当前存在的应急发电车主要使用柴油或者是汽油作为能源发电。这些类型的应急发电车在发电过程中噪音远远超出用户的需求标注，令用户无法接受。

经济型移动不间断电源结构简单，通过大容量储能电池电及大功率三相无源逆变装置，将存储在储能电池中的直流电，转换为工频三相四线交流电，向外提供三相稳定的交流电源。上述装置可作为应急发电设备，有效提升了系统运行效益。本次设计中就主要从基于纯电动汽车的移动应急电源车出发，设计新型移动不间断电源并进行优化。

2 经济型移动不间断电源系统设计分析

2.1 系统框架

本次设计过程中通过储能电池的设置，可以在发电的过程中保持静音且无排放的状态;通过储能电池与汽车驱动装置相连，行驶时为纯电动汽车提供动力;通过储能电池电连接三相无源逆变装置，应急时可以将存储在储能电池中的直流电转换为工频三相四线交流电，提供三相稳定的交流电压;通过双电源自动切换装置的设置，在城市供电线路正常时，由城市供电线路供电;当城市供电线路故障时，启用双电源自动切换装置，通过移动应急电源车向重要线路供电，保障城重要用电设备不受停电影响，其具体包括：

（1）储能电池与三相无源逆变装置之间设置有电压温度检测装置，电压温度检测装置设置有报警装置。电压温度检测装置的设置主要用来监测储能电池的电压水平及时掌握储能电池的续航能力，以及检测三相无源逆变装置的发热状况，及时了解三相无源逆变器装置的工作状态;电压温度检测装置连接有报警装置，有利于提醒工作人员注意储能电池以及三相无源逆变装置的工作状态。

（2）报警装置设置有电压报警信号以及温度报警信号。电压报警信号的设置可以在储能电池的电压低于电压温度检测装置中电压设置的额定值时，电压报警信号发出警报以及点亮电压报警信号灯;温度报警信号的设置可以在三相无源逆变装置工作温度高于电压温度检测装置中温度设置的额定值时，温度报警信号发出警报以及点亮温度报警信号灯，提醒工作人员需要对三相无源逆变装置进行冷却处理。

（3）三相無源逆变装置与双电源自动切换装置之间设置有第一电压检测装置。第一电压检测装置的设置可以及时检测三相无源逆变装置输出的电压值，便于对三相电电压进行有效监控。

（4）双电源自动切换装置还设有与城市供电线路电连接的第二输出端。在城市供电线路发生停电故障时，可以通过切换双电源自动切换装置，实现储能电池对重要线路进行供电。

优选地，所述的双电源自动切换装置与城市供电线路之间设置有第二电压检测装置。第二电压检测装置的设置可以及时监测城市供电线路的电压状况，保障保供电负荷端的电压质量。

优选地，所述车体上设置有充电装置，所述的充电装置与所述的储能电池相连。充电装置与储能电池相连，可以使用城市线路对储能电池进行充电，为储能电池补充电量，确保电量充足。

2.2 实例分析

基于纯电动汽车的移动应急电源车包括车体以及设置在车体上的储能电池、汽车驱动装置、三相无源逆变装置、双电源自动切换装置等，上述装置互连后，双电源自动切换装置有两组输入端分别接于市电和无源逆变装置，一组输出端，与负荷端相连，其具体状况见图1。

以上为经济型移动不间断电源一种基于纯电动汽车的移动应急电源车的第一实施例，包括车体以及设置在车体上的储能电池1，储能电池1与汽车驱动装置2相连，储能电池1电连接有三相无源逆变装置3，三相无源逆变装置3的输出端连接有双电源自动切换装置4，双电源自动切换装置4的输出端与负荷端5相连。

（1）储能电池1与三相无源逆变装置3之间设置有电压温度检测装置6，电压温度检测装置6连接有报警装置7，报警装置7设置有电压报警信号8以及温度报警信号9。

（2）三相无源逆变装置3与双电源自动切换装置4之间设置有第一电压检测装置10。

（3）双电源自动切换装置4还设有与城市供电线路11电连接的第二输出端。

（4）双电源自动切换装置4与城市供电线路11之间设置有第二电压检测装置13。

（5）车体上设置有充电装置，充电装置与储能电池1相连。

（6）充电装置中设置有换流装置12，换流装置12的输入端与城市供电线路11相连，换流装置12的输出端与储能电池1的输入端相连。

上述设计系统中相同或相似的标号对应相同或相似的部件，在土质描述中“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述经济型移动不间断电源设计层次，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

3 经济型移动不间断电源的应用效益

随着绿色环保需求的不断深入，移动不间断电源设计过程中需要对经济指标、环保效益等进行综合考虑，在上述基础上做好装置的设置和优化，依照实际使用要求不断调整和完善系统设计，这样才能够从根本上提升移动不间断电源的使用效果，实现移动不间断电源应用效益的最大化。与现有技术相比，经济型移动不间断电源的有益效果是：

经济型移动不间断电源为一种基于纯电动汽车的移动应急电源车，通过储能电池的设置，可以在发电的过程中保持安静无排放的状态;通过储能电池与汽车驱动装置相连，可以为纯电动汽车提供动力;通过储能电池电连接三相无源逆变装置，可以将存储在储能电池中的直流电转换为工频三相四线交流电，保供电时，移动应急电源车处于工作状态时，提供三相稳定的交流电压;通过双电源自动切换装置的设置，在城市供电线路正常时，由城市供电线路供电;当城市供电线路故障时，启用双电源自动切换装置，通过移动应急电源车向重要线路供电，保障重要用电单位供电正常;通过温度电压检测装置的设置可以及时检测储能电池的电压以及三相无源逆变装置的发热情况，便于工作人员及时了解移动应急电源车的工作状况。

在该经济型移动不间断电源运用过程中可以发现，其用电量较低，经济性较强，符合新时期绿色环保建设需求，尤其是在设备通用性、环保性、可靠性、灵活性等方面，取得长足进步，其具体如下：

（1）设备的通用性强，平时作为交通工具，任务时便是专用的静态移动电源;

（2）无需配置专用的充放电设备，由通用充电桩进行充电，专业、灵活、安全、可靠;

（3）续航时间长，按一般可行驶300公里的纯电动小车，其电池储存的可用电量为50kWh，相当于100个普通轿车电池的电量，供电功率基本可满足用电容量为5-20kW临时重要负荷，续航时间可在3小时以上;

（4）能对重要负荷提供热备用，在保供电期间，可提供合格电压的电源（让逆变器空载运行），满足随时接入，随时提供电力负荷，相对于柴油发电机，省略了接入负荷前必须有专用人员开机、热机、等待建立穩定电压的过程，可避免了应急电源接入前的短时停电，保供电的质量大大提升;

（5）运输移动的灵活性好，外观性能是一部小车，车内的驱动电池已具有防水防震措施，随叫随走，快捷安全，无需像通用的UPS，需要小心严格的搬运装卸;

（6）无噪音，无污染排放，很多保供电场所是允许噪音的，如考场（考试期间还要交通管制），会场，听力测试场所等，而目前的移动发动机（车）都没有降噪降排处理。

（7）经济性好，一套电量为50kWh的通用UPS，其采购成本肯定不低于一辆普通轿车。此外，还需要定期的充放电保养、充放电配套设备、专人维护、运输车、装卸设备，而电动汽车改装的移动应急电源，完全可以省略这些配置和环节过程。

参考文献：

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[2]郭长顺.浅谈UPS不间断电源在垃圾焚烧发电厂的应用问题[J].科技与创新，2019（02）：140-141.

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