一种调度自动化机房UPS电源设计方案

丁仁杰 张楠

摘要：由于市电的非可持续性和非标准正弦输出的缺陷，UPS作为一种可靠的能源设备，在各个应用领域都显得尤为重要，本文针对多数电力调度自动化机房存在的UPS供給问题，结合实际情况，提出了一种双母线冗余方式，确保调度自动化系统的稳定运行。

关键词：UPS;双母线冗余;调度自动化

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2019）03-0228-02

电力系统调度自动化是为实现电力系统功能规划以及装备配置的一项系统设计工作，其是电力系统设计的组成部分。一旦调度自动化系统陷入瘫痪，调度控制将无法进行，调控员不能及时掌握电网状况以及设备作业情况，严重影响电网正常运行。因此运用UPS（Uninterruptible Power System不间断电源系统）为调度自动化机房提供高质量、不间断的电源可以有效避免调度自动化系统长时间的中断，确保电网的安全稳定运行。

1 UPS概念

1.1 UPS电源简介

不间断电源系统UPS是一种含有储能装置，并以逆变器为主要组成部分的恒压恒频不间断电源[1]。其主要应用在给计算机网络系统、电网及电力电子设备、网络数据中心提高不间断高品质的电力供应。

UPS主要由五部分组成：蓄电池、整流器、逆变器、逆变与旁路切换电路、主路与旁路及电池等电源的输入电路。其中蓄电池是用来存储电能的装置，当外部供电中断时，蓄电池可向工作设备供电;整流器的作用是将交流电（AC）转变为直流电（DC），在UPS中其向蓄电池和逆变器提供电能;逆变器是UPS中十分重要的组成部分，其性能直接影响了UPS产品的可靠性、效率、输出波形等重要指标，主要作用是将直流电（DC）转变为交流电（AC）;逆变与旁路切换电路的主要作用是进行旁路转换，当UPS出现过载、故障等情况时，逆变与旁路切换电路可使UPS自动切换至市电供电。有效地提高了UPS的安全性和可靠性。

1.2 调度自动化所用UPS工作方式及原理

UPS的分类较多，分类方式也较多，若按照工作方式分类大致可以分为后备式、在线交互式、在线式三类。

调度自动化机房一般采用在线式UPS，其具有三种工作方式。

1）正常方式

UPS在市电正常时，将市电经整流器整理滤波为纯净直流电，之后一路对蓄电池进行充电，另一路输入逆变器转换为所需的稳频稳压的交流电准备为负载供电。

2）蓄电池方式

当市电异常，进入逆变器的输入改由蓄电池提供，从而保证为负载持续提供电力，但其供电时间有限。

3）旁路方式

当UPS出现故障、超载等故障或有手动的旁路命令时通过转换开关由逆变输出转为旁路输出（市电供电）。一般应当采样电子开关来缩短转换时间，避免转换过程影响到设备正常工作。

如图1所示是在线式UPS结构图。

在线式UPS无论工作在何种模式下其逆变器总是处于工作状态。并且在线式UPS为正弦波输出，实现了对用电设备的不间断供电，隔离了市电和用电设备，消除了来自电网电压对负载的干扰，为用电设备提供了高质量可靠的电能。是调度自动化机房理想的供电设备。

2 存在问题[2]

由于市电并不是一个标准的正弦输出，所以其存在诸多缺陷如电压浪涌、欠压过压、电源中断等。市电难以保证对用电设备的不间断供电，且对于一些高要求设备也难以保证电能的质量。调度自动化系统在电网系统中被视为保护的重中之重，因为调度自动化系统处于安全Ⅰ区，是直接对电力一次设备进行实时监控的系统，供电安全问题尤为重要。

但受限于多种问题，许多地方电力公司与单位并不能为调度自动化机房的每一个用电设备都配备一个专用的UPS，通常情况下为多个用电设备共用一个UPS。基于此种情况，本文提出一种改进方案，即放弃传统的1+1并联冗余，采用双母线UPS冗余方式用以保障调度自动化系统的稳定运行。

3 改造方案

调度自动化机房的负载主要为各类调度自动化系统、配电网自动化系统、路由器及交换机，这些系统及设备具有的冗余度较高，双电源设备站比例也较高。

3.1 UPS容量选择

选择UPS容量应考虑以下几个问题[3]

1）负载性质。UPS实际可带负载是与实际功率因数密切相关的。自动化机房主要所带的负载是计算机，在计算机运行状态下平均功率小、瞬时功率较高，此时UPS在带计算机设备时的功率因数约为0.65。

2）UPS的容量选择不能过大也不能过小，若UPS容量过大可能会造成轻载运行，这会使得蓄电池放电过小、放电时间偏长造成由蓄电池深度放电造成的永久硬件损坏。若UPS容量过小可能会造成重载运行，输出波形会发生变化，不能持续输出标准的正弦波，同时也会损坏元器件。

3）UPS的容量选择时应考虑后期发展，为之后可能添加的负载留有余量。

3.2 横截面计算

横截面计算要考虑到调度自动化机房实际用电设备的总功率，假设单个机柜中最多安装4台服务器，则其额定功率一般为3kW，运行时功率不会超过1.5kW。

3.3 改造方案

放弃并联冗余，采用双母线制，即将两个独立的UPS系统通过一定的适配电路，使得所有负载均可以由其中一台UPS进行供电。具体运行时，将两台UPS的输出母线上均接入一半负载，当一台UPS发生故障时，另外一台可以自动供电。利用LBS（负载母线同步）系统可以有效避免电源和负载产生环流，同时可以解决任意情况下UPS间的同步问题。同时利用STS（静态转换开关）承接一路输出为单电源设备供电，另一路输出为双电源设备供电。其连线图如图2所示。

4 小结

本文从UPS基本概念入手，从实际情况出发制定了一种UPS双母线改造方案，在UPS系统设计改造中不应局限于常用的方法，根据不同情况合理设计不同方案可以得到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]赖亚芳.调度自动化机房UPS电源系统改造实践[D].华北电力大学，2016.

[2]刘志勇，刘小川. 电力系统运动[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3]陈洪伟，徐新民. 不间断电源应用分析[J].电源世界，2017（5）：34-36.

【通联编辑：梁书】