电力变电站UPS电源系统使用现状分析及优化措施

王远 肖辉 王劼

摘要：本文通过介绍UPS电源系统的功能，结合变电站内UPS系统的实际使用情况，提出了增加一路电源输入的改进方案。通过新方案的引进，可以使得UPS电源系统的能量传输效率大大提升，同时还使得整个系统在节能环保方面取得新的突破。

Abstract：Introducing the function of UPS power supply system， combined with the actual use of the UPS system in substation， the paper puts forward an improved scheme to increase the power input. Through the introduction of the new scheme， the energy transfer efficiency of the UPS power supply system can be greatly improved， and the whole system can make new breakthroughs in energy conservation and environmental protection.

Key words： substation， UPS， energy transfer efficiency

0引言

随着变电站综合自动化技术的发展和广泛应用，以及自动化水平的不断提高，综合自动化系统将微机后台监控、保护故障信息上传、电能实时计量、调度数据网通信以及远动终端服务等变成了现实。然而这一切能顺利实现的前提就是供电稳定可靠。因此，对这些重要站用设备的稳定、可靠供电变成了变电站安全的头等大事，在此环境下，不间断电源UPS应运而生[1]。不间断电源UPS的功能就是在任何站外电源由于故障而发生全站停电的时候，可以为上述设备提供稳定、可靠的电能，以保证电站内重要控制系统的正常运行。

1.不间断电源的基本结构

我国变电站常用的不间断电源系统，主要包括整流器、充电器、逆变器、蓄电池和隔离开关等。当变电站的交流电源在正常工作的时候，市电首先通过滤波环节，进而传输到整流模块，整流模块一方面供给充放电模块，进而往蓄电池组中充电;另一方面，整流模块输出到逆变模块中，最后再传输到转换开关，转换开关的输出端便可以为变电站中重要交流负载供电[2]。当变电站出现故障导致市政电源无法供电的时候，整流模块无法对逆变模块进行电能输入，逆变模块将储能系统中的储存电能加以转化，变成稳定可靠的交流电来供给变电站中重要负载。而当UPS系统出现故障需要检修的时候，还可以将整个UPS系统断开，改用旁路输入来为变电站的重要交流负载供电。如此一来，变电站系统中的重要负载便不会因为线路故障而断电，其具体供电模式如下图1所示。

2.变电站UPS系统的种类

2.1并联型UPS系统

并联型UPS系统，是指将两台UPS电源进行并行连接。当变电站在正常运行的过程中，两台UPS电源相互之间不会产生联系，而是各自负责一部分负载的供电，而且都具备独立的输出和输入功能。但是当其中某一台UPS系统发生故障的时候，故障UPS系统将会被断开，故障UPS系统所担负的负载将会被系统转移到正常UPS系统之上，这时所有的用电负载将全部由非故障UPS电源来提供[3]。这种供电方式操作简单，在具体施工的时候也很容易实现，能够适应所有情况下的运行环境要求。

2.2串联型UPS系统

串联型UPS系统，是将两台UPS电源设置成为主电源和副电源。当变电站在正常运行的时候，所有电力终端设施的电压都由主电源来负责提供，而副电源则不提供任何电能，但是副电源会一直处于待命状态[4]。一旦主电源发生故障无法工作时，所有的电力终端设备则会全部转到副电源上面去，由副电源来负责所有设备的供电。

3.使用现状的不足

3.1UPS电源系统的主路输入和旁路输入是同一路电源

从UPS电源系统的工作原理入手分析，我们不难看出：当市电端的主电源输入发生故障的时候，UPS系统将会采用储能系统中的电能，将其逆变为220V的交流电供变电站中重要交流负载来使用。当UPS电源系统的储能系统出现故障、蓄电池电能耗尽或者主系统出现故障的时候，整个系统会采用旁路输入来供电，断开整个UPS电源系统来进行检修[5]。由上述分析我们容易得到：一旦给UPS电源系统供电的主输入电源发生异常或故障，同时蓄电池的电能也被耗尽的时候，变电站内的重要负载将无法获得交流电能，进而无法工作，那么将给变电站的稳定运行带来极大的安全隐患。

3.2UPS系统需要源源不断向市电取能

由前面的UPS电源系统结构可知，整个系统的电能传输途径是从市电传输到整流模块，然后再经过逆变模块，最后再传输到变电站的重要交流负载上。整个过程中，市电会源源不断向系统输入电能。

3.3UPS电源系统能源利用效率低

由前面的UPS电源系统结构可知，整个电能传输转化过程中，系统是先将交流市电经过整流模塊处理，变成直流电，然后又经逆变模块处理，变成交流电，进而供给变电站中的重要交流负载使用。然而，在系统将市电转化成直流电的过程中，由于系统损耗和电能传输各个环节的折损，会导致电能在传输过程中大量白白耗费。同样，在将直流电转化成交流电的过程中，也会在逆变环节损失大量电能。如此一来，从市电的输入到最终交流负载用上交流电的整个过程中，会大量损失电能，能源利用效率极低。

4.改善方案及其优点

4.1增加一路电源输入。

在原有的UPS电源系统中增加一路电源输入。增加的一路电源输入是采用太阳能光伏电池发电的小型光伏发电系统。在增加太阳能发电输入之后的整体系统示意图如图2所示。

在上图2所示的改善方案中，我们是通过UPS电源系统控制器来协调市政电网电源、太阳能电网电源和储能系统电源的输出匹配，最终合理给变电站内重要站用交流负载供电。新改进方案后的系统供电框图如图3所示。

4.2改善方案的优点

（1）有效利用清洁能源，支持国家节能环保的可持续发展战略。将太阳能光伏发电系统引入进UPS电源系统之后，可以在阳光充足的时候充分利用太阳能所发电能，不需要从市政电网来取电，因而最大程度上节省了市政电能，进而在一定程度上减少了火力发电所带来的燃烧污染物排放。

（2）能量利用更加直接，传输效率高。新改进的UPS电源系统相对于以前的UPS电源系统而言，由于优先利用了清洁能源太阳能，而太阳能光伏系统所发电能为直流电，这样便省去了中间的整流环节，可以将太阳能光伏系统所发电能直接加以转化和利用，因而系统能量传输效率大大提高。

5结束语

UPS电源装置具有良好的逆变、充放电等性能，在变电站自动化系统的稳定运行中起到了举足轻重的作用。本文通过介绍UPS电源系统的功能，结合变电站内UPS系统的实际使用情况，提出了增加一路电源输入的改进方案。通过新方案的引进，可以使得UPS电源系统的能量传输效率大大提升，同时还使得整体系统在节能环保方面取得新的突破。随着变电站自动化水平的不断提高，变电站内电源系统的可靠性要求也势必逐年增强，UPS电源系统的设计也将推陈出新，变得更加合理、可靠。

参考文献

[1] 古新梅.变电站交流不间断电源系统设计[J].电力建设，2015，12.

[2] 过郭琳.浅析UPS交流不间断电源系统在西花水电站110kV升压站中的应用[J].陕西水利，2016，5.

[3] 雷殿军.变电站用UPS系统研究[J].企业技术开发，2015，10.

[4] 何永德.浅谈变电站UPS系统的设计方案[J].商品与质量，2017，11.

[5] 丁益生.改善广电机房大型UPS使用现状的两点建议[J].广电中心，2017，9.