不間斷電源系統在軌道交通的應用

陳曉明

（廣州市地下鐵道總公司運營事業總部，廣東 廣州 510310）

一、概述

在軌道交通中，電源系統主要為各車站、控制中心、停車場和車輛段設備提供高質量、高可靠的電源，保證在市電故障或發生超限時，設備仍能在規定的時間內正常工作，等待主電源恢復正常。

二、系統構成及功能

電源系統由各車站、中心（含停車場）及車輛段的220V交流不間斷電源設備（UPS）及電源集中網管系統組成。UPS電源設備主要由交流輸入單元、整流單元、逆變單元、交流輸出配電單元、免維護閥控蓄電池組組成。集中網管系統由中心電源網管終端、傳輸通道及電源設備中的監控模塊組成。

為了實現故障或緊急狀態下的電源供給，不間斷電源系統需至少具備以下功能：

1 電源設備具有輸出短路保護，能連續不斷地為設備提供電源供應。

2 市電故障后，不間斷電源設備連續工作一段時間，在此期間，不間斷電源設備能為設備提供高質量、高可靠的電源。

3 不間斷電源集中網管系統能集中監控全線不間斷電源設備的交流部件（輸入電源、輸出電源）、整流部件、直流部件、逆變部件、免維護電池電壓等。具有多事件、多點同時告警功能，并可根據用戶權限進行安全管理及用戶和網絡管理。

三、工作模式及特點

1 單機在線UPS工作模式及特點

市電正常供電時，交流輸入經AC/ DC變換轉換成直流，一方面給蓄電池充電，另一方面給逆變器供電，逆變器自始至終都處于工作狀態，將直流電壓經DC/AC逆變成交流給用電設備供電。當市電供應停止或超出工作范圍時，通過逆變器將蓄電池供給的直流電裝換為交流電為后端負載供電，供電時間的長短受限于蓄電池容量。當出現超載、UPS主機模塊故障或人為手動進行交流旁路供電時，UPS會將逆變輸出轉為市電直接輸出供給后端負載用電。

單機在線UPS供電方案是供電結構中最簡單的一種，系統由主機及蓄電池構成，不需要專門的配電設計，并且安裝便捷，但供電系統的整體可靠性較低。

2 并機UPS工作模式及特點

為了提高供電系統的整體可靠性，電源系統從單機開始想多機或并機組合形式發展，以下介紹兩種較為常見的并機方案及特點：

2.1 “1+1”并機方案

隨著并機技術的發展目前電源系統已經可以實現兩臺UPS在同一控制程序下穩定協調工作，稱之為“1+1”并機。正常工作時兩臺UPS各承擔50%負載；若其中一臺UPS出現故障，另一臺UPS自動承擔100%負載；故障修復后可直接投入并機，兩臺UPS自動均分負載；若故障未修復時帶載UPS也出現故障，將自動切換至帶載UPS旁路；當兩臺UPS全部維修好以后，按并機開啟步驟可將兩臺UPS投入到“1+1”并機工作狀態。

“1+1”并機相對單機UPS，多了一臺UPS自動承擔100%負載安全保護措施，可以有效避免逆變器切換至旁路時造成的切換風險，“1+1”并機相對性能穩定的單機安全可靠性又得到了較大的提高。

2.2 “N+1”并機方案

“N+1”并機方案主要是解決當負載功率大于UPS單機功率時的帶載問題。當負載功率大于UPS單機功率時，可以用多臺UPS并機分擔負載，考慮到安全性，再加一臺UPS做為備用，當其中一臺UPS故障時，備用UPS投入運行承擔負載，此方案則為“N+1”并機方案。

此方案多用于大型數據中心。大型企業用戶出于安全考慮，負載盡可能避免由一套UPS系統集中供電，而將大系統分成多個小系統單獨供電，這樣可以有效地降低因并機數量太多和UPS控制系統難度增大而造成的風險。

四、關于蓄電池的應用

在電源系統中蓄電池是供電系統的重要組成部分，一旦交流供電/市電供電中斷或UPS主機主要模塊發生故障無法啟用時，就必須依靠蓄電池提供的直流電通過UPS逆變整流模塊向后端負載設備提供后備電源，從而保證系統設備的不斷電運行。

在單機UPS系統中一般配置一組蓄電池，容量為后端系統設備所需緊急用電量。但在1+1或N+1并機系統中為了提高后備電源的可靠性及蓄電池管理的便利，可能配置多組蓄電池。在市電供電及UPS主機正常工作狀態下，蓄電池處于浮充狀態以保持電量充足。隨著電子工業及電源行業的發展，UPS的穩定性可靠性在逐步提升，整體的市電、工業用電提供的電源也更為穩定優質，蓄電池組真正作為后備電源提供用電的幾率在不斷地下降。在現代工業中，智能化設備越來越多，智能化控制功能也越發全面，相應的用電成本也在不斷地增長。在供電系統中引入智能化控制設備，使用一半的后備電池電量作為高峰期時設備用電供給，非用電高峰期期間使用市電配電，。一方面降低了企業用電的費用，另一方面對于蓄電池的壽命和健康程度的監控更為合理，在常態使用過程中更便于UPS及蓄電池的維護維修。

結語

隨著電子行業的發展，設備集成度越來越高，對于設備運行可靠穩定的保障要求越來越高，不間斷電源系統將主要以并機多機形式組合使用，如能同步配套電力智能化控制設備，提高蓄電池電能利用，將能大力提升系統設備的節能用電，提高電源系統的可用性。

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