基于物联网技术的UPS 系统调度自动化性能分析

袁 媛，崔保飞

（国网山东省电力公司博兴县供电公司，山东 滨州 256500）

0 引 言

随着现代社会对电力供应可靠性和稳定性要求的日益提高，不间断电源（Uninterruptable Power Supply，UPS）系统作为关键的电力保障设备，在各个领域得到了广泛应用。为提高UPS系统的调度效能，更好地适应不断变化的负载需求，并实现自动化管理，物联网技术逐渐成为关注焦点。传统的UPS 系统在电力调度和故障处理方面存在一些限制，因此需要深入研究物联网技术的应用，以优化UPS 系统的性能。文章旨在通过引入物联网技术，改善UPS 系统的调度自动化性能。

1 UPS 系统概述

1.1 工作原理

UPS 系统的主要作用是在市电断电或电网故障时提供不间断的交流电能，确保关键设备能够持续供电。UPS 系统将市电转换为直流电，并在需要时将直流电转换为交流电，以保障设备的稳定运行。其工作原理可分为在线模式和备用模式两种。

在线模式下，UPS 系统将市电转换为直流电，并保持电池充电，同时通过逆变器将直流电转换为交流电，以供用户设备使用。在市电发生故障时，系统无缝切换至电池供电，确保设备不受电网波动的影响，保持稳定运行。

在备用模式下，设备直接通过市电供电，而电池则保持待机状态。只有在检测到电网中断时，系统才会启动电池供电[1]。这种模式下，UPS 系统更多是作为备用电源使用，仅在必要时介入，确保电力连续性。整个UPS 电源系统由UPS 主机、电池组、市电（或发电机）、后台监控以及网络监控软硬件等单元共同组成，各单元协同工作，为关键设备提供了灵活且完善的电源保护。UPS 电源系统的组成如图1 所示。

图1 UPS 系统组成

1.2 现有调度系统

在UPS 系统中，调度系统扮演着至关重要的角色，能够有效提高系统的自动化程度、响应速度和整体性能。然而，现有调度系统仍面临一些急需克服的局限性。

首先，智能化程度不足。现有调度系统的智能化水平相对较低，在面对复杂多变的电力环境时，其灵活性和适应性较差。该限制使系统在面对实时电力需求波动或非标准操作情境时显得相对僵化，无法迅速而灵活地作出相应调整。其次，调度系统的数据处理和分析能力较差。随着电力系统的不断演进，数据量呈指数级增长，传统的调度系统难以有效处理并分析海量的数据，导致系统在决策过程中缺乏足够的信息支持。最后，调度系统的交互性和用户友好性急需改进。在实际运营中，用户需要更直观、便捷的界面以监控并调整系统运行状态。因此，需要提升调度系统的用户体验，使操作人员更好地理解系统运行情况，提高系统响应速度和决策准确性。

2 物联网技术在UPS 系统中的应用

2.1 传感器网络

传感器网络是一种先进的技术，通过互联各类传感器设备，实现数据采集、传输和共享。在UPS系统中，传感器网络通过实时监测关键参数，如电池状态、温度、电流等，为系统提供了全面、准确的数据支持。传感器网络不仅实现了对关键参数的高频次采集，而且通过数据的实时传输，使监测系统能够立即响应电力环境的变化。例如，通过温度传感器实时监测UPS 设备的温度变化，可以及时预警可能出现的过热问题，从而采取相应的解决措施，确保系统的稳定运行。传感器网络还可以协同工作，形成多维度的数据集成，以进一步提升系统性能。通过不同传感器之间的数据交互，系统能够更全面地理解电力环境的状态，为调度系统提供多元化的信息。例如，电池状态检测传感器和电流传感器的联动，可以为系统提供更准确的电源剩余使用时间，从而实现对电力需求的精准调度。

2.2 数据采集与传输

在UPS 系统中，物联网技术的应用涉及数据采集与传输，这对于实现系统的自动化调度至关重要。数据采集主要包括2 个部分内容。第一，利用传感器网络对关键参数进行高频次监测，包括电池状态、电流、电压等重要电力参数。第二，传感器通过物联网技术实现实时数据采集，并将获取的信息传输至系统核心。数据采集与传输流程如图2 所示。

图2 数据采集与传输流程

数据采集的流程可以细分为传感器设备的安装、参数设定、实时监测等环节。其中，传感器设备的安装是指将设备布置在关键位置，确保能够对电力系统各要素进行全面监测；参数设定阶段需要完成传感器设备的配置，确保其能够监测到关键电力参数，并在需要时自动调整监测频率；实时监测是数据采集的核心步骤，通过物联网技术，系统能够实现对电力环境状态的连续观测，确保数据的及时性和准确性。完成数据采集后，物联网技术通过先进的数据传输方式（如无线传输技术、云服务等）将信息传递至系统核心[2]。通过物联网的高效数据传输，系统能够在瞬息万变的电力环境中快速获取最新数据，从而为后续的自动化调度提供实时支持。

2.3 自动化调度

2.3.1 智能负载管理

在UPS 系统中，智能负载管理作为物联网技术自动化调度的核心组成部分，旨在通过优化电力系统的运行来提高能源利用效率。智能负载管理的实现基于实时监测负载需求，借助物联网技术实现对各个负载设备的智能控制，从而为电力系统提供更加智能、高效的运行方式。通过建立传感器网络，以实时监测各个负载设备的电力消耗、运行状态等关键数据。这些传感器通过物联网技术实现数据的快速传输，确保系统能够及时获取最新的负载信息，使系统能够更精准地洞察电力系统的运行状态，及时发现潜在问题并采取相应的智能调整措施。

在实施智能负载管理的过程中，数据处理和决策制定扮演着至关重要的角色。系统利用先进的算法和人工智能技术分析监测到的负载设备工作状态与电力需求趋势，并通过学习和预测，制定出更为智能的负载调整策略，提高系统能效和稳定性。具体而言，系统可以智能化调整负载设备的运行功率，根据实际需求合理地启用或禁用特定设备。此外，系统还可以实施动态负载分配策略，根据电力系统的需求动态地分配负载，确保电力系统的平衡运行。这种灵活的智能负载管理策略有助于应对复杂多变的电力环境，提高UPS 系统的适应性和稳健性。

2.3.2 故障检测与自愈

物联网技术在UPS 系统的应用中，故障检测与自愈至关重要。物联网技术通过实时监测系统各个部件的运行状态和性能参数，能够及时检测出电力系统可能发生的故障，并通过自动化手段进行快速自愈。

故障检测的关键是对系统各个部件的实时监测。通过传感器网络采集电池状态、电流、电压等重要电力参数数据，并通过物联网技术传输至系统核心。在监测过程中，需要评估系统的可用性，用公式表示为

式中：T1表示系统正常运行的时间；T表示系统的总运行时间。通过评估系统的可用性，以及时识别潜在故障，并通过物联网技术发出相应的警报。

自愈阶段的关键在于系统对故障的自动化处理。通过运用先进的控制算法，系统能够根据故障的类型和程度自动调整电力系统的工作状态，实现快速自愈。自愈过程中的调整策略用公式表示为

式中：S表示系统想要达到的期望状态；S1表示系统当前的运行状态；∆S表示根据系统算法计算的调整值[3]。

3 性能分析

3.1 性能指标定义

在对基于物联网技术的UPS 电源系统调度自动化进行性能分析时，需要定义关键性能指标，以全面评估系统的运行效能[4]。第一，可用性，衡量UPS电源系统正常运行的时间百分比；第二，故障检测时间，表征系统检测到故障并发出警报的时间，即从故障发生到系统发出告警的时间间隔；第三，自愈时间，衡量系统从检测到故障到实际完成自愈的时间；第四，数据采集频率，即传感器网络对关键电力参数进行监测的频率，确保完成及时而准确的数据采集；第五，系统响应时间，用于评估系统对外部指令或内部事件作出响应的速度，包括控制算法执行的时间和系统状态调整的时间；第六，负载均衡度，衡量UPS电源系统对各负载的分配均衡程度，确保系统资源得到最优利用[5]。

3.2 性能分析结果

系统性能表现如表1 所示。

表1 系统性能表现

由表1 可知，基于物联网技术的UPS 电源系统的各项性能指标均表现稳定，能够满足不同负载条件下的工作需求，具有较好的可靠性和自适应性。在可用性方面，UPS 系统在轻载、中载和重载条件下的表现分别为98%、95%和90%，表明系统在各种负载情况下都能保持较高的可用性，确保电力供应的连续性。在故障检测时间和自愈时间方面，随着负载的增加，系统的故障检测和自愈时间逐渐延长，说明系统在重载条件下更容易受到故障的影响，因此需要更多的时间来完成检测和自愈。数据采集频率在不同负载条件下有所变化，但整体表现稳定，符合对电力参数实时监测的需求。在系统响应时间方面，系统在轻载和中载条件下的表现相对较好，而在重载时略有延长。这是因为系统在高负载情况下需要耗费更多时间来响应外部指令和调整状态。虽然负载均衡度在不同负载条件下有所波动，但整体保持在较高水平，表明UPS电源系统能够有效分配负载，充分利用系统资源。

4 结 论

本研究为UPS 系统的智能化应用提供了有力的实证支持，为未来电力系统的智能调度与管理奠定了坚实的基础。未来的研究可以进一步探讨物联网技术在更复杂电力环境下的应用，及如何进一步提升系统的性能和可靠性，以满足不断提高的电力需求。通过不断优化和创新，基于物联网技术的UPS 系统调度自动化将在电力行业发挥更为重要的作用，为社会电力供应提供更可靠、高效的解决方案，推动电力行业的可持续发展。