电力系统中UPS 技术的运用探究

郑娜娜

（山东五洲热联电气科技有限公司，山东 济南 250032）

0 引 言

对于电力系统的交流供电实现形式而言，采取不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）的持续供电保障设施十分必要。作为不间断的电力系统交流电源组件，UPS 最基本的结构部分应当包含电源控制开关、变流器和蓄电池的储能装置。电力供电系统在安装UPS 的自动供电安全保障设施基础上，应当能够妥善应对系统欠电压、系统过电压、电力运行中断以及系统负载不平衡等各种情况。由此可见，UPS 技术具有非常重要的实践运用价值。

1 UPS 技术的技术原理及其基本功能

1.1 UPS 技术原理

UPS 为电力设备网络提供持续性的交流电供给，保障电力网络设备平稳正常运行。通常情况下，UPS划分为电源控制开关、系统变流器和蓄电池组，实现全过程的电网稳定供电。

现阶段的UPS 的重要作用是防止电网发生谐波振动、三相不平衡、系统欠电压或者过电压以及系统中断供电等突发设备故障，构建具有更好可靠性和安全性的电力网络结构[1]。具体而言，在电力系统的组成结构中增加UPS 的组件设备，能够起到妥善隔离系统谐波、系统电压噪声、系统频率波动以及电压波动等作用。UPS 应用于电力网络还能有效确保电网电压的稳定变换，予以突发性质的网络供电中断状况合理的系统负载保护[2]。

1.2 UPS 功能

首先，稳定电力网络的系统频率。具有稳定电网频率功能的UPS 装置将会持续提供可靠的电力设备安全保护，采取灵活的频率输入和输出变换形式，有效提升电网调控精度。UPS 的系统电压稳定改进后，电网整体的设备运行使用频率将会表现出更优的精确度。

其次，稳定电压并且隔离不良干扰。电力网络在输电配电的实时运行中，难以防止电力设备遭受多个方面的不良干扰，集中体现在电网谐波干扰、瞬时中断供电、电网存在电压噪声、系统频率以及电压波动等。在电力网络的设备系统中，适当增加UPS，在源头上实现全面阻隔不良干扰因素的目标，严格保障电力设备的稳定持续电能供给。

最后，合理延长中断供电的后备保护时间。配套形式的UPS装置主要设计为蓄电池的备用保护模式，因此在突发电网系统的断电事故情况下，应当能够支撑实现30 min 或者1 h 的系统负载持续保护。对于大规模的智能化电网调控运行中心系统而言，至少需要设计为2 h 的UPS 装置后备保护延长时间限度[3]。

2 电力系统中UPS 技术的运用方案要点

2.1 UPS 在线互动式的技术运用

电力网络中的UPS 如果设计为在线互动的运行方式，则要保证热备份的系统逆变器与系统整流器能够随时投入在线使用。在线互动设计形式的UPS 供电装置设备可以促进充电与放电2种功能的同时进行，从而显著降低市电系统的中断供应损失程度[4]。UPS中的低压回路需要严格保证其满足独立使用的要求，促进实现系统低压回路更好的发电稳定性，进而满足市电供给装置设备的可靠安全。同时，采取在线互动的供电路径设计形式，确保控制系统滤波影响，切实起到了全面稳定市电供应网络的作用。

近年来，在线互动的实时UPS 供电装置获得了更广的应用范围。UPS 装置得以发挥灵活控制作用的关键结构部件是整流逆变器、调压器等。由此可见，具备强大输出能力和良好抗干扰特性的UPS 装置更适用于普遍的电网设计，确保结合电源稳压装置的运行使用环境来进行系统保护参数的合理优化。电网电源机组的UPS装置的使用性能主要体现在电源持续性，重视系统电源供电装置的稳定性。电网电源机组的系统设计方案对于供电持续状态作用显著，必须得到科学的完善。在线互动形式的UPS 设计如图1 所示。

图1 在线互动形式的UPS 设计

2.2 UPS 离线式与后备式的技术运用

UPS 的离线式与后备式供电保护装置，主要采用电网系统开关的输入切换模式，从而在整体上实现稳定性能更好的市电供应目标[5]。经过转化后的电网交流电，应当能够抵御系统外部的干扰影响作用，进而保持供配电系统的平稳正常运行。通过实施智能化的电网设备安全检测，检测供电输入端有频繁中断或者超出预设最大电压差值的安全故障隐患时，立即启用后备形式的系统逆变器，并将UPS 装置切换至储能模式的运行状态。

经过实施综合性的系统性能比对，可以判断UPS的后备形式电源具有相对更低的装置设备造价优势。离线形式的储能供电路径也具有更为简便的电路组成结构。然而，在离线形式的供电备用装置投入使用后，通常很难做到彻底防范，并且杜绝来自电网入侵的波形畸变和频率波动影响，需要进一步改进现有系统设计的技术方案。供配电系统构成了电网UPS 的核心。构建三相四线形式的供配电系统具有稳压电源的技术特征。市电设备的自动监控装置能够直接连接于系统稳压电源，促进发电机组与变压器之间的相互配合协调。电力网络包含供配电的充电器、系统整流器、系统旁路的电压输出、信号输入模块、逆变器以及系统防雷接地等。要合理安装备用性质的电网发电装置，UPS 设备的旁路开关必须布置于合理的区域。离线形式的UPS 设计如图2 所示。

图2 离线形式的UPS 设计

2.3 UPS 双变换式的技术运用

UPS 的双变换形式的技术重点是发挥整流器的控制作用。现阶段，系统整流器主要采取晶闸管的组成结构形式。在整流器的设备辅助控制作用下，市电网络系统可以实现交流供电与直流供电之间的灵活转换。系统蓄电池能够获得持续性的电能供给，同时提供了系统逆变器的可靠运行电压。一旦遇到突发性质的中断市电供应故障，处在运行状态中的逆变器会立即稳定整个电网设备，有力保证供电网络的系统运行频率稳定，大大降低了负载干扰和电压波动带来的不利影响。

从总体上来进行分析判断，能够确定采取双变换形式的在线备用电源有助于缩短供电故障的切换时间，合理改善电力系统的整体抗干扰性能。UPS 连接的电力转换开关相比于传统形式的电源开关，有助于控制电力设备的电源能耗，实现智能化的电源传输控制。智能形式的转换开关关键功能体现在灵活切换供电系统设备的备用电源和常规电源，采取自动切换模式实现电源的稳定发电。采取自动化的电网接入开关，如果突发设备故障，则电力系统旁路的供电电源仍然可以维持正常的运转，不会出现较大覆盖面积的市电供应中断故障。

双变换形式的UPS 系统设计如图3 所示。

图3 双变换形式的UPS 系统设计

3 电力系统中UPS 技术的优化设计

目前，构建UPS 的电力网络冗余备用供电方案仍然存在待优化的空间。为实现稳定程度更好的电力设备供电宗旨目标，UPS 设计应合理控制设备维护难度，构建冗余备份形式下的系统安全供电保障机制，提升整体的UPS 可靠程度，确保电力网络的现有供电设备能够实时进行维护管理[6]。

设计UPS 的工程技术人员难以保证系统设计的指标精准，需要根据情况增加UPS 的容错空间。对于供电装置长时间重载运行情况，应当给予合理的防范，避免电力系统频繁出现畸变的输出电压波形。电力系统的设计技术人员要全面考虑各种形式UPS 装置的冗余设计指标，应当限定在70%左右的额定系统容量与真实运行负载比例，防止电池组的设备存在持续性长期深度放电。

各种类型UPS 技术的设计效果比对如表1 所示。

表1 电力系统中不同形式UPS 技术的设计效果对比

4 结 论

UPS 技术在保障电力系统的稳定运行中起到了关键作用。通过了解UPS 的工作原理及特点，可以更好地将其应用于各种电力设备，以实现持续、可靠的电力供应。UPS 技术的优化设计需要从可靠性、节能性、模块化以及智能化等多个方面进行综合考虑。通过合理的优化设计，可以确保UPS 设备在电力系统中发挥最大的作用，为电力系统的稳定运行提供有力保障。