UPS電源技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用研究

摘 ?要：針對我國的電網(wǎng)分布特點，對配電系統(tǒng)的研究能夠有效地解決我國電力系統(tǒng)供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀，促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的進(jìn)一步完善。而UPS電源的應(yīng)用可有效的實現(xiàn)不間斷電源應(yīng)用，為供電系統(tǒng)提供更加安全、可靠的電源，在研究配電系統(tǒng)的過程中，UPS電源在配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，因此，本文主要對UPS電源技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞：UPS電源;技術(shù)性能;工作原理;供電方式;運行維護(hù)

中圖分類號：TN86????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，供配電系統(tǒng)建設(shè)成為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之一，供配電系統(tǒng)的質(zhì)量和運行效率影響著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時，隨著電力技術(shù)的廣泛應(yīng)用和國家電力系統(tǒng)的不斷完善，同時也為了滿足人類對于電的大力需求，發(fā)展和應(yīng)用電網(wǎng)配電系統(tǒng)成為國家的重要工作。

1UPS電源工作原理

UPS電源實際上就是一種可以進(jìn)行不間斷供電的電源，它的主要元件是逆變器，且包含了導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。其中，逆變器主要對輸出電源和電壓的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的裝置;本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，它在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，并且半導(dǎo)體溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。此外，UPS電源中還包含了整流器、旁路開關(guān)等元件。其中，主路輸入開關(guān)主要是給整流器提供電源，工作時一直閉合。旁路輸入開關(guān)則控制旁路電源，工作時也一直閉合，通常先合旁路輸入開關(guān)。當(dāng)市電故障或逆變器故障時，UPS轉(zhuǎn)旁路，逆變器不工作;主路停電或整流器故障時，電池向逆變器提供能量;在旁路正常情況下，逆變器輸出始終跟蹤旁路;在旁路異常時，逆變器不跟蹤旁路，自振工作。

2UPS電源的技術(shù)性能

2.1逆變技術(shù)

UPS電源的逆變技術(shù)是UPS電源不可缺少的部分，它直接關(guān)系到UPS電源技術(shù)的發(fā)展。而逆變技術(shù)中最為重要的就是逆變器，電源逆變器在運行時一定要遵循逆變器的電能質(zhì)量需求，根據(jù)國家《光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》的規(guī)定，必須對光伏系統(tǒng)的電壓進(jìn)行檢測，看其是否存在異常，一旦發(fā)生異常要及時作出反應(yīng)。同時，分布式電源并入微電網(wǎng)后可以允許的頻率偏差范圍在0.5赫茲上下，但是，當(dāng)電網(wǎng)的額定頻率超出允許的偏差范圍后，系統(tǒng)必須要在0.2s內(nèi)停止供電。

2.2并聯(lián)技術(shù)

UPS并聯(lián)技術(shù)主要針對的是電源用電量較大的情況以及對電能有特殊要求的場所，例如醫(yī)院、車站、機場等一些用電量較大且具有特殊性的場所基本上會采用UPS電源并聯(lián)技術(shù)，這樣就可以有效地滿足這些地方對電源容量的要求。也正是因為如此，在這些地方應(yīng)用并聯(lián)技術(shù)可以極大地發(fā)揮并聯(lián)技術(shù)的優(yōu)勢作用，從而解決電路中各個支路平均電能流入的問題。在電源運行過程中要想有效發(fā)揮并聯(lián)技術(shù)的作用，就需要在使用的過程中在電源內(nèi)建構(gòu)一個能夠容納錯誤電流電壓的容錯系統(tǒng)，從而有效地滿足電源對電流、電壓輸出、輸入的具體要求，從而保證UPS電源的運行效率和安全。

2.3整流技術(shù)

UPS電源的整流技術(shù)實際上就是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，其中的整流電路可以分為橋式電路、單相電路和多相電路等。其中，單相可控整流電路變壓器T起變換電壓和隔離的作用;且電壓與電流成正比，兩者波形相同，電路為單拍電路，輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化，應(yīng)用較少。多相整流電路的負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、濾波時使用三相整流電路;?變壓器二次側(cè)接成星形，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起。

3UPS的供電方式

3.1直接型供電方式

通過對UPS電源供電方式進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，該電源最常用的供電方式之一就是直接型供電。當(dāng)電源處于正常運行的情況時，它可將市電有效轉(zhuǎn)換為直流電后與蓄電池連接，但是，因為蓄電池通常處于浮充狀態(tài)，所以電源的負(fù)載電能通常由市電電網(wǎng)提供。可是，在逆變器運行過程中輸出的工頻電流根據(jù)穩(wěn)定性比市電好，可有效地提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和效率。在直接型供電中，即使市電出現(xiàn)突發(fā)故障問題，蓄電池也可以給負(fù)載提供電能，以確保為負(fù)載不間斷供電，從而確保整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)故障維修后再由市電對蓄電池提供電能。但是，這種供電方式只能夠確保市電故障時對負(fù)載供電，而不能確保逆變器故障時對負(fù)載供電，所以這種供電方式存在著一定的缺點和問題。

3.2切換型供電方式

切換型供電方式是UPS電源供電方式中最為使用的方式之一，在切換型供電中，如果該供電方式的應(yīng)用處于正常情況下，電源內(nèi)的直流回路可以輸出電壓，并傳輸給逆變器，從而輸出較為穩(wěn)定的正常電壓和電流，并對負(fù)載進(jìn)行供電。但是，如果電源逆變器發(fā)生故障，它就會立刻切換電路，然后由市電對負(fù)載進(jìn)行供電，這樣不管是市電還是逆變器發(fā)生故障，都能夠有效地對負(fù)載進(jìn)行不間斷的供電。如此，使用此種供電方式的產(chǎn)品，它的切換電路都可以采用靜態(tài)開關(guān)，但是為了保證靜態(tài)開關(guān)切換時的質(zhì)量和效率，電源逆變器的輸出交流電壓應(yīng)該與市電輸出電壓的相位持平。但是，在使用此種供電方式的過程中，靜態(tài)開關(guān)在進(jìn)行切換時會出現(xiàn)短暫的斷電現(xiàn)象，所以它不能夠滿足一些較為重要負(fù)載的供電要求。

3.3并機型供電方式

通過對并機型供電方式分析研究可知，該種供電方式主要是為解決靜態(tài)開關(guān)在進(jìn)行切換時出現(xiàn)短暫斷電的問題，這樣靜態(tài)開關(guān)在進(jìn)行切換時就不會出現(xiàn)短暫斷電的問題。在該種供電方式中，電源的逆變器輸出電壓同市電進(jìn)行并聯(lián)后供電，這樣不管是逆變器故障還是市電斷電都不會出現(xiàn)較為明顯的電壓波動情況。并且，在此種供電方式下，逆變器和市電的功率會同時輸送給負(fù)載，使得逆變器的輸出電流以及市電的電網(wǎng)功率不會相互影響。而在并機供電的過程中，逆變器的輸出電壓與市電電壓應(yīng)該是相同的，并且市電的頻率漂移不應(yīng)該超出所規(guī)定的值，且它的電壓波動不能夠太大，一旦市電的電壓超出規(guī)定值的十分之一，則應(yīng)該在電源中安裝一個自動調(diào)壓裝置，從而使得市電的電壓在穩(wěn)定之后輸給UPS電源。

4UPS電源的應(yīng)用與運行維護(hù)

在對UPS電源的應(yīng)用與運行維護(hù)士首先要保障交流輸出不斷電。而在進(jìn)行應(yīng)用與運行維護(hù)時需要從以下方面出發(fā)：

（1）日常維護(hù)：1）UPS狀態(tài)檢查。檢查UPS面板指示燈和風(fēng)鳴器，看是否有告警;確認(rèn)UPS工作在市電逆變狀態(tài);檢查UPS當(dāng)前告警和歷史告警。2）對易損件進(jìn)行維護(hù)日常。在此過程中主要易損件為風(fēng)扇，定期檢查UPS風(fēng)扇運轉(zhuǎn)情況，是否有風(fēng)從機器頂部吹出，對溫度高的地方尤其重要。3）環(huán)境檢查。①觀察機房的空調(diào)運行是否正常，機房溫度是否較高，如果溫度超過40度，必須要立即設(shè)法解決。②觀察機房是否潮濕，如果濕度超過90%，或身體明顯感覺到濕度大，應(yīng)即刻啟動抽濕設(shè)備進(jìn)行除濕工作。④檢查交流供電情況，看是否有超壓超頻的跡象。

（2）每周維護(hù)：除了UPS電源的日常維護(hù)，還需要每周進(jìn)行維護(hù)，首先測量并記錄輸入電壓/電流;其次測量并記錄電池充電電壓/電流;最后測量并記錄UPS輸出電壓/各相電流，并同以前值進(jìn)行比較。

（3）年度維護(hù)：此外，為確保UPS電源的應(yīng)用還需要對其進(jìn)行年檢，而UPS電源的年檢則則主要包含了以下內(nèi)容：1）斷開UPS的市電輸入開關(guān)和電池開關(guān);確信UPS整流器輸入端、電池連接端、輸出端和旁路輸入端沒有電壓。2）關(guān)斷UPS，將負(fù)載轉(zhuǎn)到維修旁路供電，打開UPS門板和內(nèi)部的保護(hù)蓋板;檢查UPS功率器件和輔助器件，特別注意以下幾部分：檢查電容是否出現(xiàn)漏液、變形等現(xiàn)象;檢查磁性元件的過溫痕跡、緊固程度及有無裂痕;檢查電纜和連接端是否存在老化、磨損和過溫痕跡，檢查印刷電路板接頭須牢固;檢查印刷電路板的清潔度和完整性。3）用吸塵器吸去表面雜質(zhì)，用低壓空氣吹去外部碎屑;然后重新合上UPS的市電輸入，按照UPS啟動步驟啟動UPS，將負(fù)載轉(zhuǎn)到由逆變器供電。4）如有必要，斷開主路輸入開關(guān)，檢查電池后備時間。5）電池的放電檢查。進(jìn)行電池放電檢查前，要確認(rèn)電池已經(jīng)充滿，且負(fù)載量不低于UPS標(biāo)稱容量的30%。而電池檢查有可分為自檢和手檢兩種，自檢可定期（默認(rèn)60天）啟動一次電池自檢，通過面板啟動UPS電池自檢。手檢則需要手動檢測電池有無漏液，鼓脹等情況;在檢查過程中先通過面板啟動一次電池自檢，然后斷開UPS整流器空開主路輸入開關(guān)，電池開始放電，最后記錄電壓與放電時間的曲線，測量每節(jié)電池端電壓的變化，就可評估單節(jié)電池的健康狀況。6）開關(guān)檢修。因為容量大的UPS帶的負(fù)載相對較重要，需要進(jìn)行現(xiàn)場的維修時，要保證用戶負(fù)載供電的連續(xù)性。維修開關(guān)就是可以實現(xiàn)用戶負(fù)載的不停電維修。但是，在維修開關(guān)時操作要嚴(yán)格按步驟，否則可能造成負(fù)載停電。

5結(jié)語

隨著配電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大家對配電系統(tǒng)，尤其是UPS電源技術(shù)和應(yīng)用提出了更為嚴(yán)格的要求，因此本文主要是對微電網(wǎng)UPS電源技術(shù)和應(yīng)用做出了相對詳細(xì)的研究。通過對UPS電源技術(shù)及應(yīng)用的分析和了解，UPS 是安裝在公共電網(wǎng)和敏感負(fù)載之間的電力裝置，它具有以下兩大特點：一是高質(zhì)量，它輸出的正弦波不含公共電網(wǎng)中的任何騷擾并且其幅值和頻率都在嚴(yán)格的容限范圍內(nèi);二是高可用性，它可確保連續(xù)提供在規(guī)定的容限范圍內(nèi)的電壓。后備能源通常為電池，在需要的時候，它會無間斷地投入來取代市電，并提供應(yīng)用負(fù)載所需要的后備時間。將此種電源應(yīng)用于公共電網(wǎng)之中，可有效的建立起冗余系統(tǒng)，并對負(fù)載分割進(jìn)行重做，使得電源的操作更簡單，有效的消除故障擴(kuò)散的危險以及單點故障的可能，使得現(xiàn)場運行更簡單，并對電網(wǎng)的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，給電網(wǎng)的安全運行增添了更多的保障，在未來有著較大的發(fā)展前景。三是高穩(wěn)定性，市電在一定范圍內(nèi)變化時，UPS時刻跟蹤市電的變化，保持同步。當(dāng)市電變化范圍超過頻率跟蹤范圍時，UPS不跟蹤市電，穩(wěn)頻工作。相關(guān)指標(biāo)為：輸入頻率、頻率跟蹤范圍、頻率跟蹤速率。并且，隨著我國科學(xué)技術(shù)和電力技術(shù)的發(fā)展，UPS勢必朝著高頻化、小型化、智能化、環(huán)?；陀邢弈K化發(fā)展。

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收稿日期：2019-07-14

作者簡介：王傳寶（1970—），男，安徽合肥人，本科，工程師，研究方向：通信電源、供配電。