尼爾基發(fā)電廠UPS智能化改造設(shè)想

周麗娜，左建華

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005；2.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005）

尼爾基發(fā)電廠UPS智能化改造設(shè)想

周麗娜1，左建華2

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005；2.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005）

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化水平的不斷提高，尼爾基發(fā)電廠UPS電源需要進(jìn)行智能化升級(jí)改造。文章首先詳細(xì)介紹尼爾基發(fā)電廠UPS使用情況及改造原因；其次根據(jù)全廠交流負(fù)載總?cè)萘?、輸?輸出電壓、工作環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等因素，詳細(xì)闡述微機(jī)智能化UPS系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容，主要包括型號(hào)選擇、工作原理、控制原理和智能化UPS微機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)等方面的建議；最后通過改造后的微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)，確保全廠UPS電源系統(tǒng)的安全性和避免了事故隱患的存在，更加符合尼爾基發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況。

微機(jī)智能化UPS；工作原理；控制原理

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化水平的不斷提高，全廠UPS電源在尼爾基發(fā)電廠運(yùn)行已8年，早已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的需要，并且在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在產(chǎn)生諸多隱患?，F(xiàn)結(jié)合自身學(xué)習(xí)和翻閱相關(guān)UPS電源資料，建議將原有的GL10KF型電力在線型UPS電源改造為柏克MP 3 110 K系列智能化UPS電源，同時(shí)將其它UPS電源數(shù)據(jù)通過各自的通信端口傳送到中控室上位機(jī)UPS電源主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，組成功能強(qiáng)大的智能化UPS系統(tǒng),進(jìn)而對(duì)尼爾基發(fā)電廠全廠UPS電源各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了全廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 尼爾基發(fā)電廠UPS使用情況及改造原因

1.1 UPS使用情況

現(xiàn)尼爾基發(fā)電廠共有UPS電源7個(gè)，分別為后備式和雙變換在線兩種類型，型號(hào)為SMART-1KVA、SANTAK-1KVA和GL10KF。機(jī)組、廠房滲漏排水泵和0.4kV廠用電UPS為后備式，全廠交流系統(tǒng)UPS為雙變換在線式。全廠交流系統(tǒng)UPS電源供全廠交流負(fù)荷，機(jī)組UPS電源供機(jī)組主、輔機(jī)PLC電源，廠房滲漏排水泵UPS電源供廠房滲漏排水泵、檢修排水泵控制PLC電源。

1.2 改造原因

尼爾基發(fā)電廠自2006年機(jī)組投入發(fā)電至今,全廠交流系統(tǒng)UPS和廠房滲漏排水泵UPS一直在投入使用，而機(jī)組UPS電源為2007年安裝，雖然均為電力在線型UPS電源，但均不是微機(jī)智能化UPS電源，隨著現(xiàn)代智能化水平的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今已不能滿足尼爾基發(fā)電廠設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需要，因此需要對(duì)全廠UPS電源進(jìn)行升級(jí)改造。改造原因如下：1）全廠UPS電源沒有通過通信接口將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳送到尼爾基發(fā)電廠中控室上位機(jī)，不能獲取電源工作時(shí)的有關(guān)參數(shù)，也不能實(shí)時(shí)監(jiān)視電路中各部分的工作狀態(tài)，只能依靠值班人員現(xiàn)場(chǎng)巡回檢查掌握其狀態(tài)，如出現(xiàn)問題不能及時(shí)處理；2）全廠交流UPS電源無智能顯示屏，不能進(jìn)行人機(jī)交換和時(shí)刻了解裝置運(yùn)行情況；3）當(dāng)UPS電源交流失電或UPS電源本身裝置故障時(shí)，不能進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行廣播報(bào)警；4）現(xiàn)有的全廠交流系統(tǒng)UPS電源無微機(jī)中央處理控制器，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)不能通過自動(dòng)檢測(cè)判斷故障部位，給出處理方法與途徑，只能依靠值班人員進(jìn)行處理。

2 全廠交流UPS的型號(hào)選擇及性能

2.1 型號(hào)選擇

根據(jù)尼爾基發(fā)電廠全廠交流負(fù)載總?cè)萘?、輸?輸出電壓、工作環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等因素，選用柏克MP 3 110 K智能化UPS電源代替原有的GL10KF型電力在線UPS電源。MP 3 110 K系列UPS電源是采用全球最先進(jìn)的DSP數(shù)字化控制技術(shù)，具有語(yǔ)音報(bào)警功能、高速微處理器（MCU）、可編程邏輯器件（CPLD）、第六代低損耗大功率IGBT和靜態(tài)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了非凡的創(chuàng)新。在數(shù)字電路模式下，高速微控制器和可編程邏輯器件對(duì)電路控制、參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行管理更加完美，自檢和自偵測(cè)功能更加強(qiáng)大。全程采樣技術(shù)不僅有電路板上的所有獨(dú)立電路連接進(jìn)行自檢和故障分析，更能經(jīng)數(shù)碼變換為極度純正和穩(wěn)定的正弦波電壓，確保系統(tǒng)超穩(wěn)定運(yùn)行。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 MP3110K主要技術(shù)參數(shù)

2.2 工作原理

UPS電源它是一種含有儲(chǔ)能和穩(wěn)壓裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、微機(jī)處理器、顯示單元和通信單元等幾部分組成。一般是由主電源和備用電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組合而成，它們之間由邏輯電路進(jìn)行控制，以保證在電網(wǎng)正常或事故停電狀態(tài)下，使整個(gè)系統(tǒng)都能可靠工作。在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器，在由逆變器向負(fù)載提供交流電；在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。僅僅在逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，才通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換為市電旁路供電。特點(diǎn)是有極寬的輸入電壓范圍，零時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，有效地保證輸出不間斷的電源，特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是成本高。目前我國(guó)功率大于3KVA的UPS幾乎都是雙變換純?cè)诰€式UPS電源。工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理

2.3 控制原理

2.3.1 顯示通訊單元

顯示通訊單元是將整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)通過LED和LCD顯示出來，同時(shí)還通過RS 232，RS 485，SNMP卡和干接點(diǎn)信號(hào)等，配合后臺(tái)原件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。MP31采用了大屏幕LCD（128× 64）觸摸屏設(shè)計(jì)。顯示器圖形化操作界面，表格式的數(shù)據(jù)顯示，560條超長(zhǎng)的事件記錄，對(duì)UPS電源供電狀態(tài)進(jìn)行分析和管理提供很好的幫助。語(yǔ)音報(bào)警功能可以通過UPS電源主機(jī)自身語(yǔ)音報(bào)警器或通過RS 485鏈接中控室上位機(jī)語(yǔ)音報(bào)警告知當(dāng)前UPS電源的運(yùn)行狀態(tài)及事故情況。

2.3.2 微機(jī)處理器單元

MP31系列UPS電源高度融合了數(shù)字化技術(shù)，提高了MTBF和可靠性。有獨(dú)立的一個(gè)控制板控制整個(gè)系統(tǒng)工作，采用DSP高速微處理器控制，電壓和電流可通過軟件自校準(zhǔn)不需任何可調(diào)電阻保證設(shè)備穩(wěn)定和可靠性?？刂圃砣鐖D2所示。

2.3.3 整流器和充電單元

圖2 控制原理

整流器是為逆變器提供波紋很小的直流電壓。它由隔離變壓器、可控硅整流元件、輸出濾波器和相應(yīng)的控制組成。主電輸入經(jīng)整流開關(guān)控制，首先經(jīng)諧波濾波器，再經(jīng)6脈沖或12脈沖整流器將交流電整流成直流，再濾波變換成穩(wěn)定的直流總線。整流控制電路通過對(duì)輸入電壓、頻率和對(duì)直流總線的測(cè)量對(duì)整流器進(jìn)行控制，輸出穩(wěn)定的直流電供給逆變器和電池組。當(dāng)UPS電源連接上電池組時(shí)對(duì)電池組的電壓和電池進(jìn)行測(cè)量，整流器進(jìn)入電流和電壓雙環(huán)控制，當(dāng)電池電壓低時(shí)為恒流模式充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到浮充電電壓時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒壓充電模式。整流器如圖3所示。

圖3 整流器

2.3.4 逆變器單元

逆變器單元由采樣電路、單片機(jī)控制電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、IGBT模塊、逆變隔離變壓器、濾波電感及電容和保護(hù)電路構(gòu)成。微機(jī)處理器通過采樣信號(hào)進(jìn)行微機(jī)處理器計(jì)算后產(chǎn)生SPWM信號(hào)、隔離驅(qū)動(dòng)、IGBT模塊總線的直流變換成高頻SPWM波，再通過隔離變壓器、逆變?yōu)V波器濾波后輸出純凈的正弦交流電。同時(shí)通過反饋采集的電壓、電流、溫度等信號(hào)對(duì)輸出電壓、波形進(jìn)行調(diào)節(jié)，還進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。逆變器單元如圖4所示。

2.3.5 靜態(tài)開關(guān)

圖4 逆變器單元

靜態(tài)開關(guān)由一組并聯(lián)反接可控硅和相應(yīng)的控制板組成。是由控制板控制可控硅的切換，當(dāng)逆變器故障或過載時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換旁路電源運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，總切換時(shí)間不大于4 ms。逆變器恢復(fù)正常后，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)切回逆變器運(yùn)行，切換邏輯保證手自動(dòng)切換過程中連續(xù)供電。

2.3.6 自動(dòng)和手動(dòng)旁路單元

旁路開關(guān)是為了提高UPS電源系統(tǒng)工作的可靠性而設(shè)置，能承受負(fù)載的瞬時(shí)過載或短路。旁路電路是將輸入通過開關(guān)電路直接轉(zhuǎn)換到輸出供電。當(dāng)逆變器關(guān)閉或故障時(shí)，微機(jī)處理器高速控制靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)切換到旁路供電，因而保證了對(duì)負(fù)載不間斷供電。手動(dòng)旁路是為了檢修UPS裝置時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

3 微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)平臺(tái)

微機(jī)智能化UPS電源監(jiān)控系統(tǒng)必須全面考慮實(shí)時(shí)性、可靠性、可維護(hù)性、實(shí)用性、可擴(kuò)充性等多方面要求，采用高可靠性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件統(tǒng)一和硬件開放的模式。在尼爾基發(fā)電廠中控室操作員站旁單獨(dú)增設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為UPS電源系統(tǒng)的主站。它是全廠UPS電源集中監(jiān)視和控制功能的人機(jī)接口，可以實(shí)現(xiàn)直接對(duì)全廠UPS設(shè)備進(jìn)行各種控制操作、顯示實(shí)時(shí)圖形、各項(xiàng)數(shù)據(jù)和報(bào)警等?，F(xiàn)場(chǎng)的UPS電源負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的采集、處理及事件的記錄，信息傳輸，設(shè)備控制等工作。通過光纖以太網(wǎng)采用通信接口RS 232或RS 485的通訊協(xié)議與UPS主機(jī)組網(wǎng)，傳遞各種設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 全廠微機(jī)智能UPS電源系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

尼爾基發(fā)電廠廠用UPS電源系統(tǒng)改造為微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)后，值班人員可以直接通過中控室上位機(jī)監(jiān)視運(yùn)行中的UPS電源所有數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，大大縮短了故障處理的時(shí)間，確保全廠UPS電源系統(tǒng)的安全性和避免了事故隱患的存在。因此，尼爾基發(fā)電廠對(duì)全廠UPS電源系統(tǒng)智能化改造是切實(shí)可行的，是不容忽視的。經(jīng)過改造后的微機(jī)智能化UPS電源將會(huì)更加合理、更加安全，更加簡(jiǎn)單，更加符合尼爾基發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況。

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TV672 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

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2017-06-18