20kVA混合动力供电单元设备的研发

徐凯峰 于宇 马世学

摘 要：通过分析市电和发电机组供电的电源品质与供电电源间的切换时间，提出针对供电品质提高的新型供电模式。该模式基于柴油机组，市电以及UPS（Uninterruptable Power Supply）构成，与传统的供电模式相比较，新模式可以有效的提高电源供电品质，并有效的减少电源间的切换时间，既达到应急电源的不间断切换，又能满足高品质的用电需求。

关键词：UPS；切换时间；电源

随着IT产业、CI产业的广泛应用，电源产业得到空前的发展。电源产业是各类高科技产业发展的基础工业，所有的高精尖科技设备都需要电源系统的技术支持。

在应用中发现，传统电源的品质存在不稳定性，会出现电压波动、频率变动、断电等问题，这些问题可能导致精密电子设备产生不可预期的错误、资料漏失、停机，甚至损坏。为了改善这些问题，笔者将对这些传统电源问题加以分析并结合新的电力电子技术产品，研发出一款新型的中小功率供电设备——20kVA混合动力供电设备。

1 传统电源的不足

对传统电源分析，发现电源问题表现在两个方面：

一是供电品质，由于供电网络和负载的复杂性以及雷击、地电等的影响，供给负荷的交流电并不是稳定的标准正弦波，会出现各种不良现象：持续的电压过高或过低、浪涌、波形下陷、谐波干扰、频率漂移等。

二是电源切换时间，由于供电网络的复杂，并不是可以一直供电的，会出现突然断电的情况，例如开关跳闸；配电盘故障等。

这两方面的问题，很容易造成电脑设备或者精密仪器资料散乱、程序错误、动作混乱不正甚至损坏。

2 混合动力供电设备的研发

2.1 不间断电源（UPS）的选择

UPS，即不间断电源系统，电力系统停电时，在极短的时间内取代原由的电力设备，继续供电给负载系统。UPS按工作方式分为三种形式：一类是在线式，另一类是后备式，还有介于两者之间的在线互动式，这三种形式对电源问题有不同的解决能力：

在线式UPS能够完美的解决浪涌、波形下陷、电子干扰、频率漂移、电压过高或过低、断电等电源问题；而在线互动式UPS、后备式UPS则只能够有限的解决这些问题，甚至是无法解决。所以在研发中将采用此类型的UPS。

UPS品牌的选择则需注重UPS的性能（硬件、软件）、电池、服务、价格。

根据市场调研，决定选用艾默生品牌UL33-0200L的UPS。

2.2 备用发电机组的选择

备用发电机组主要有柴油发电机组和汽油发电机组两种，它们都有各自的优点与缺点。

柴油发电机组油耗低、噪声高、安全性高、价格较低；汽油发电机组油耗高、噪声低、安全性低、价格较高。比较发现柴油发电机经济性以及安全性更好一些，所以在研发中将采用柴油发电机组。

而柴油机组的选型应考虑的因素，主要包括机械与电气性能，机组的用途，负荷容量与变化范围，机组的使用条件等。根据市场调研，决定采用锡柴品牌的的柴油发电机组（20kW）。

2.3 20kVA混合动力供电设备的研发

20kVA混合动力供电设备是基于UPS、柴油发电机组以及市电供电系统构成的新型的电源供电设备，结合了它们的优点，去除各自的缺点，既能满足电源的不间断性能，又满足高品质的用电需求。构架如下：

市电正常时，由市电一面供给负载，一面给蓄电池供电，市电发生故障时，由蓄电池经过逆变器给负载供电，在蓄电池供电的同时开启机组通过UPS给负载供电。

混合动力供电设备控制系统采用控制柜对发电机继续控制、参数测量、显示、保护等功能，设备在市电断电或者电源品质不高的情况下自动开启。

混合动力供电设备将UPS、柴油发电机组集成在机房，参考国际的先进的机房制造经驗，结构、外观更加趋于合理化、人性化、安全防护等级也相应提高；其底盘布置也按各个部件进行对照，使得柴电双源机组在安装时做到准确无误。

3 20kVA混合动力供电设备的验证

将市电供电电源、发电机组电源与混合动力供电设备提供的电源进行对比，主要选取最具代表性的电压值、进行比对。

由表格可以发现，混合动力供电设备电源电压波动非常小，并且能实现零的切换时间。

4 结论

（1）电力公司和后备发电机提供的电源不能满足高精尖的科技设备的用电需求，在某些特定情况下很难让人满意。

（2）20kVA混合动力供电设备提高了电源的供电品质（电压稳定在土1%内，不含谐波失真，没有噪声干扰），电源间具备零切换时间，这是传统电源很难做到的，这样就避免了由于电源原因造成的硬件损坏以及软件的丢失。

参考文献：

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