交流不间断电源工作原理及运行方式分析

刘协文 叶 蓓

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山528200）

0 引言

不间断电源（UPS）是以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频交流电源，能给需要持续运转的各种设备提供不间断的电力供应，而且能够隔离市电中由于自然或人为事故，如雷击、线路故障、电磁干扰等造成的电压波形畸变或频率漂移，向负载提供高质量的交流电源，保证各负载的电源指标。

变电站内的重要交流设备，如后台监控机、保护测控装置、GPS对时系统、电能采集装置、事故照明等，多采用电力专用的交流不间断电源设备供电。

随着电力系统的发展，对站内交流电源稳定性要求不断提高，使得交流不间断电源设备处于不断完善状态，站内UPS装置从早期单一的模块式发展为近期的可双重化配置的独立组屏式。本文将着重介绍近期投入使用的组屏式UPS设备工作原理及其对运行方式的要求。

1 交流不间断电源工作原理

电力专用的UPS含有整流器和逆变器，其工作原理如图1所示。

图1 UPS基本工作原理

图1 中各元件作用如下：

（1）交流输入：接于站内交流屏，接入2路站用变压器低压侧交流电源，即＃1站用变压器和＃2站用变压器低压侧交流电源均接入UPS，当＃1站用变压器或＃2站用变压器投退时可以依靠站用变压器低压侧的交流备自投装置实现交流电源不间断供应。

（2）输入隔离：使UPS与交流电网隔离，避免交流异常导致设备损坏，同时还可解决供电系统中存在的零—地电位差问题，避免交流整流输出对直流电源系统对地的影响。

（3）整流器：将交流电（AC）转换为直流电（DC），经过滤波后供给逆变器。

（4）输出隔离：防止负载回路意外情况对逆变器造成损坏、改善逆变波形，保证在电网电压下限和输出满负荷的情况下，UPS能输出稳定的380／220 V交流电压，提高逆变过载输出能力，另外也可为逆变器的三相输出提供零线，满足单相输入电源负载的要求。

（5）静态开关：根据开入量状态自动转换供电方式，如从交流输入或是旁路输入。

（6）旁路输入：接于站用变压器低压侧交流电源。

（7）直流输入：接于站内蓄电池组。

2 交流不间断电源运行方式

UPS有2路交流输入和1路直流输入，其系统工作接线示意图如图2所示。

图2 UPS系统工作接线示意图

UPS有以下几种工作方式：

（1）正常运行时UPS使用交流输入电源，交流电经整流器变为直流电后再经逆变器变为标准正弦波输出向负载供电，此方式下图2中的空气开关K1、K5应处于合闸状态。

（2）电网停电、交流消失时无间断切换至蓄电池组，直流输入后经逆变向负载供电，此方式下图2中的空气开关K2、K5应处于合闸状态。

（3）在UPS部件故障或逆变器异常时，可由静态开关切换至交流旁路供电，此方式下图2中的空气开关K3、K5应处于合闸状态。

（4）UPS检修或UPS装置内部元件均不可用时直接由站用交流电向负载供电，此时图2中的空气开关K4应合上，这种运行状态称为检修方式。

3 一种错误的交流不间断电源运行方式

2014年3月，某站报交流失压、UPS故障信号，后台监控机及保护测控装置失电。现场查看发现UPS装置逆变器模块故障，UPS屏内空气开关K1、K2、K5处于合闸状态，空气开关K3、K4为分闸状态。因UPS装置逆变器故障，此时“交流输入—空气开关K1—输入隔离变—整流器—逆变器—输出隔离变—静态开关—空气开关K5”这一回路无法输出交流电，而另一路“直流输入—空气开关K2—逆变器—输出隔离变—静态开关—空气开关K5”回路同样因逆变器损坏无法输出交流电，又因为屏中的K3、K4空气开关为分位，导致交流不间断电源屏负荷全部失电。

现场处理采取以下措施：投上空气开关K3，空气开关K5保持合位，由UPS旁路提供交流电。断开空气开关K1、K2使UPS停止报警，空气开关K4保持分位，故障模块待备品到位后再进行更换。

从现场处理措施中可以看出，本次站内交流失压事故主要是由UPS装置运行方式不正确造成。如果站内UPS初始运行状态为空开K1、K2、K3、K5均为合闸状态，那么，当UPS内部的逆变器发生故障时，交流可由UPS的静态开关自动转换至旁路供电，不会导致站内保护测控装置、电能采集装置和后台监控系统失电，而且UPS也能发出告警信号提醒维护人员现场处理缺陷。另外要注意的是，在正常运行时，UPS屏内的空气开关K4不应该合闸，否则站内各项重要交流负荷将直接由站用变压器供电，UPS失去存在意义；只有当UPS模块检修或其他原因导致UPS装置不可用时，才需合上空气开关K4，以最低限度保证站内重要交流负荷不失电。

4 结语

综上所述，组屏式UPS设备在正常运行时应将交流输入、直流输入、旁路3条支路投入使用状态，检修支路不投入使用。

为适应电力系统的发展，电力专用的交流不间断电源设备功能不断完善，交流不间断电源装置由原来外形单一的模块式演变成具有多个组成部分的组屏式，UPS运行方式也随之复杂化。保证UPS设备正确投入使用，对保证站内重要交流设备的安全可靠运行有着十分重要的意义。

［1］深圳奥特迅电力设备有限公司.ATCDU型2 k VA～10 k VA电力专用UPS／逆变器使用说明书［Z］，2006.

［2］深圳奥特迅电力设备有限公司.直流操作电源—交流不间断电源一体化装置产品使用及维护说明书［Z］，2006.