变电站交流不间断电源系统设计

变电站交流不间断电源系统设计

赵云祥 付强 吕广臣 阚东微

国网黑龙江省电力有限公司鹤岗供电公司 黑龙江省 鹤岗市 154100

  摘要：不间断电源是一种重要的电源设备，在社会的各个领域中得到广泛的应用。本文介绍了双变换在线式UPS的工作方式，对不间断电源交流切换系统的设计展开了详细的分析，以期能为相关系统设计提供帮助。

        关键词：不间断电源；工作方式；交流切换系统；设计

        随着社会的不断进步以及工业的快速发展，人们对供电的质量及稳定性提出了更高的要求。而不间断电源作为后备电源，能够有效改善电网质量，并在供电出现故障或断电时，提供不间断、高品质的供电，保障设备的安全稳定运行，得到广泛的应用。基于此，笔者对不间断电源交流切换系统的设计展开了介绍。、

        1.双变换在线式UPS工作方式

        UPS的种类很多，本文采用的是双变换在线式UPS架构，它有两种运行状态，以逆变电路供电为主，可以从不同系统吸收能量。如图1所示，当逆变正常运行时，由交流输入经逆变模块整流逆变，逆变输出通过旁路转换单元经输出配电单元向负载供电。当交流输人异常时，将由一直处于热备份的直流输入经逆变模块逆变，逆变输出再通过旁路转换单元经输出配电单元向负载供电；当逆变模块单元异常时，系统将切换至旁路输出，交流输人旁路直接通过旁路切换单元经输出配电单元向负载供电。

  图1运行状态框图

2.UPS系统运行方式

        （一）正常运行方式

        UPS系统主电源由市电供电。主电源通过输入隔离变、整流、逆变、输出隔离、静态开关、RSTS切换开关、馈线配电柜。

        （二）电池运行

        当主电源故障或整流器故障时， UPS自动的转为电池运行，电池运行模式为:220V直流母线、逆止二极管、逆变器、输出隔离、静态开关、STS切换开关、馈线配电柜。

        （三）旁路运行

        在主电源或电池运行时，当直流电压超出所要求的范围或逆变器故障时， UPS自动的由正常运行或电池运行转为旁路运行（输出无间断），旁路运行模式为:隔离变、稳压器、静态开关、RSTS切换开关、馈线配电柜。

        （四）UPS设置有维修旁路开关，以便在UPS系统故障或维护时直接把旁路电源供电给负载。

        （五）主机柜发送至DCS系统信号

        UPS运行、UPS超载、UPS LOW DC、UPS供电故障、UPS 逆变器故障、UPS 旁路运行。

        （六）UPS 馈线柜发送至DCS系统信号

        UPS 输出电压、UPS输出频率、UPS 输出电流、馈线柜进线开关信号、馈线柜出线回路故障。

        四、UPS电源操作前的注意事项

        为了使UPS能正确无误运转，安装后第一次操作前请确认下列事项:

        （一）确认机器总电源开关置于“OFF”位置。

        （二）对于安装地点、安装事项再检查确认一次。

        （三）用手摇动输入电源线，看现在是否有松动，确认锁紧。

        （四）确认无周边设备接UPS输出插座上，且UPS负载已断开。

        （五） 用电表检查输入电源是否符合UPS所需。 四、UPS 正常运行维护。

        五、UPS运行维护

        在 UPS 整个部件中，以固态电子器件为主，机械式可动部件只有散热风扇，而且现行制作风扇技术过硬，可持续几年稳定工作。所以对于 UPS 的维护主要通过 UPS 显示面板的报警灯报警提示和液晶屏显示系统各项数据来进行维护检修。重点做好以下几点：

        （一）检查UPS 周围无杂物，保证其通风顺畅。

        （二）每日定时查看 UPS 显示器各指示灯、表计正确，各参数均在正常范围内。

        （三）整流器/电池充电器、逆变器、蓄电池运行正常。

        （四）室内温度正常，通风良好。

        （五）无异常报警信号指示。

        （六）各部柜门关闭良好。 

        （七）当发现UPS切至电池模式下时，考虑尽快转为正常模式或旁路模式供电。
3.软件设计

        在程序结构设计上，主程序主要完成STM32N7O7VＣ的初始化、7路A/D数据的采集处理、切换逻辑控制、与本地监控和后台监控的通信显示。其中ＳＴＭ32Ｈ07VＣ的初始化主要包括事件管理器、A/D模块、ＳＣＩ模块、数字Ｉ／Ｏ端口、串口等。

        逻辑切换的实现是本系统软件程序的核心功能，切换分为两种情况，第一种情况是在UPS开机自检通过后，遵循旁路优先供电原则，需要进行从市电交流旁路供电向逆变器电源供电的切换操作，如图3所示。首先闭合旁路接触器，给旁路上电；然后给逆变模块上电，当检测到逆变模块的输出电压达到220V，闭合旁路的可控硅，再断开旁路的接触器，同时因为可控硅ＳＣＲ为半控型器件，需要检测旁路输出电压过零点，在检测到过零点前，相角处断开旁路的可控硅，之后在4ms内使逆变器可控硅闭合，再闭合逆变器接触器，通过判断逆变接触器状态已经闭合后，断开逆变器可控硅。至此完成旁路供电向逆变供电的切换过程。

   在出现以下动作即异常情况时也需要进行切换操作：

        ①逆变器突然掉电；

        ②逆变器自身的损坏；

        ③逆变器输出端超载或短路。

        4.实验结果及结论

        在厂内测试，以第一种情况旁路优先供电后切换到逆变供电为例。旁路供电的输入电压为220V，频率50Ｈｚ；投人单个UPS模块，它的有功功率为2.0kW，视在功率为2.5KVA，UPS的供电在此采用的是一路交流和一路直流，交流输人电压为380V，直流输人电压为110V；带有6Ａ电阻负载的情况下。由以上的实验波形和界面显示接线示意图得知，在投入一个UPS运行状态下，在满足条件时，旁路和逆变之间进行切换，保证切换的时间在UPS的性能指标4ms范围以内，达到预期的目标。同样根据负载的不同，投人多个UPS，仍可以达到切换的要求，能够保证电力的不间断供电。

        5.结语

        综上所述，不间断电源具有不间断供电的能力，已被广泛应用于航天、工业、通信、计算机业务终端、变电站等各个领域中，对其交流切换系统设计展开研究具有重要的意义。本文设计了一种不间断电源交流切换系统，经实际应用，取得了良好的成效，具有良好的推广应用价值。

        参考文献：

        [1]蔡永辉.医疗设备不间断电源的监控管理[J].中国医学装备，2016，13（08）：91-93.

        [2]李胜利，李鹤.景洪电厂监控系统不间断电源设计与应用[J].现代工业经济和信息化，2016，6（02）：77-78.

        [3]高小梅.基于物联网的交流不间断电源监控系统开发[J].电源技术，2015，39（05）：1073-1074.