考虑能效与负载均衡的UPS 调度自动化优化策略

崔保飞，袁 媛

（国网山东省电力公司博兴县供电公司，山东 滨州 256500）

0 引 言

不间断电源（Uninterruptable Power Supply，UPS）是保障关键设备持续稳定运行的重要基础设施。面对日益复杂的电力负载和能效要求，传统的UPS 调度策略已难以维持能效与负载均衡，导致能源浪费、设备运行效率低下[1]。UPS 调度策略需要综合考虑UPS 的容量、效率、负载特性以及实际运行条件等因素，并利用智能算法和优化技术，以精准控制和动态优化UPS 调度过程。

1 UPS 概述

1.1 UPS 定义与分类

UPS 是一种能够提供持续、稳定、不间断的电力供应设备。其能够在市电供电中断或电压波动时，迅速切换至备用电源进行供电，确保电力设备和系统的正常运行，避免发生数据丢失、设备损坏等问题[2]。UPS 的分类标准主要是工作原理、输出功率、备用时间等。按工作原理可以将UPS 分为后备式、在线式和在线互动式3 种类型，比较数据如表1 所示。

表1 3 种UPS 类型比较数据

因此，选择UPS 类型时，应根据实际的应用场景，综合考虑电力供应的稳定性、保护功能的需求、成本预算等因素。

1.2 UPS 在电力系统中的作用

当电网发生故障（如停电、电压骤降或浪涌）时，UPS 能够迅速切换为电池供电模式，确保电器设备继续正常运行。由于UPS 提供清洁、稳定的电源，电器设备在运行过程中不会受到电网中的谐波、噪声等不良因素的影响，避免设备磨损和老化，延长了设备的使用寿命。利用UPS 能源管理系统，用户可以实时监控电力系统的运行状态，了解设备的能耗情况，从而制定合理的能源管理策略，实现能源的节约和优化利用。

2 UPS 调度现状分析

2.1 UPS 调度模式

UPS 作为现代电力保护技术的杰出代表，在保障设备持续、稳定供电方面具有重要作用。最常见的UPS 调度模式是自动返回式切换模式、热后备工作模式和非自动返回式工作模式。

在自动返回式切换模式下，UPS 系统优先通过逆变器为设备供电，以确保电源的稳定性和清洁性。当逆变器出现故障、系统发生问题或检测到过载时，UPS 系统会迅速将负载切换至交流旁路电源，确保设备不会因电力中断而受损[3]。一旦问题得到解决，UPS 系统就会自动将负载切换回逆变器供电，实现真正的无缝对接。

在热后备工作模式下，只要市电在正常范围内，UPS 系统就会让负载直接连接于市电，从而节省能源，降低UPS 系统的运行负担。当市电出现问题（如电压超出范围或供电中断）时，UPS 会立即启动逆变器，将负载切换到逆变器上进行供电，确保设备的持续运行。

非自动返回式工作模式下UPS 的工作方式与热后备模式相似，但也有区别。在非自动返回式工作模式下，一旦负载被切换到市电，就不会自动切换为逆变器供电，除非用户手动进行复位操作。这种设计主要是确保在某些特殊情况下，用户能够完全控制UPS的工作状态，避免发生不必要的电源切换。

2.2 能效与负载均衡问题

UPS 系统本身的能效水平取决于其设计和制造工艺。高效的UPS 系统通常采用先进的整流技术、逆变技术和滤波技术，以减少能源在转换和传输过程中的损失。UPS 系统的能效还与其负载率密切相关。在负载率较低时，UPS 系统的能效通常较低；在负载率较高时，其能效相对较高。在UPS 并机系统中，如果各台UPS 设备之间的负载分配不均衡，不仅会影响系统的稳定性，还可能导致部分UPS 过载，损坏设备。

产生负载均衡问题的原因主要包括以下3 点。第一，各UPS 设备的输出特性存在差异，导致在并机运行时负载分配不均；第二，由于电缆长度、截面积和连接方式不同，影响各UPS 之间的阻抗匹配，导致负载分配不均；第三，静态旁路开关的导通电阻和接触电阻影响负载分配。

3 考虑能效与负载均衡的UPS 调度自动化优化策略

3.1 确保UPS 设备输出特性的一致性

在选购UPS 设备时，要确保输出特性的一致性，即同一批UPS 设备的输出电压、频率、波形失真等关键参数应尽可能一致[4]。参数一致性良好的UPS设备在并联运行时，能够更好地实现负载的均匀分配，防止某台UPS 承担过多或过少的负载，从而提高整个系统的稳定性和可靠性。因此，在采购过程中要求供应商提供技术参数和测试报告，并在设备到货后进行严格的验收测试。某UPS 设备技术参数和测试报告数据如表2 所示。

表2 某UPS 设备技术参数和测试报告数据

由表2 可知，该UPS 设备的所有技术参数均符合规格要求，且设备性能良好，具备良好的负载均衡潜力。

3.2 优化电缆布局和连接方式

电缆的布局和连接方式直接影响着UPS 并机系统的负载均衡。不合理的电缆布局可能会增大各台UPS 之间的阻抗差异，使负载分配不均。因此，在设计电缆布局时，应尽量缩短电缆长度，采用相同规格和材质的电缆，并避免电缆之间的交叉和缠绕[5]。电缆连接方式采用具有高导电性能和低阻抗的连接器件，如铜质接线端子或专用连接排，以减小连接处的电阻和电感，从而降低各台UPS 间的阻抗差异。电缆布局和连接方式优化数据如表3 所示。

表3 电缆布局和连接方式优化数据

3.3 采用负载均衡器件

为进一步改善负载分配情况，采用具有负载均衡功能的静态旁路控制板或均流磁环等器件。这些器件能够实时监测各台UPS 的负载电流，并根据负载情况动态调整各台UPS 的输出电流，实现负载的均匀分配。静态旁路控制板具有快速响应和高精度的特点，能够在毫秒级的时间内对负载变化做出反应；而均流磁环则通过磁场的耦合作用来实现各台UPS 之间的电流均衡。负载均衡器件性能对比如表4所示。

表4 负载均衡器件性能对比数据

4 结 论

实施UPS 调度优化策略后，UPS 系统的能效得到显著提升。这种提升不仅体现在能源的利用效率上，更为绿色、节能的供电方式奠定技术基础。文章提出的考虑能效与负载均衡的UPS 调度自动化优化策略是切实可行的，不仅有效解决当前UPS 电源调度中存在的问题，还为UPS 系统的未来发展指明方向。