電力自動化系統UPS供電方案可靠性

文/吳慶，南京超級云計算信息服務有限公司

1 前言

作為一項實際要求較高的實踐性工作，電力自動化系統UPS供電可靠性的特殊性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對電力自動化系統UPS供電的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化該項工作的最終整體效果。

2 UPS電源的工作原理

隨著信息技術等的發展，電力系統中的各項技術和組成部分也到得了有效的發展，UPS電源是當前產生的一種不間斷電源，UPS電源是一種儲能裝置，按照其工作方式可以將其分為后備式UPS電源和在線式UPS電源。從UPS電源的實際應用進行分析，UPS電源不僅僅是一個電源儲存裝置，它還具有電力凈化的作用。

在實際的用電中，用電質量不理想，會出現電壓不穩、電流不穩定、停電等現象，這些用電不穩定現象，在家庭用電中可以承受，但是在信息技術設備例如計算機、通信設備等的運行中，卻是一個較大的安全威脅。這些不穩定用電現象的產生，會造成數據丟失，造成敏感元件、精密設備等出現損傷。所以在實際的用電中，會配置UPS電源，一般情況下是配置2臺，UPS電源為相應的設備、系統的運行提供直流電流，對設備的電池進行充電。在正常的運行狀態下，2臺UPS電源所承擔的負荷均為50%，但是當有一臺出現了故障時，另外一臺UPS電源將承擔100%的負載。

3 UPS的供電方式

3.1 在確定UPS進行供電的過程中，我們確定了三種不同的供電方式，首先最為簡單的一種就是單機在線。單機在線的主要工作形式為，當母線和UPS的電源都處于正常工作狀態時，UPS則是處于一種蓄電池的狀態進行充電，在充電的過程中仍然需要對連接的負載進行供電，其類似于筆記本電腦中的電池。這樣的方式，如果母線出現了故障時，則UPS中儲備的電源進行對負載的供電，當UPS出現了故障時，則由母線直接對負載進行供電。這樣就保證了不會因為斷電而造成的電氣系統出現停止運行的狀況發生。

3.2 雙機備用供電模式。在電力系統中使用這種供電，其所使用的是兩個UPS供電，其效果和單機在線的方式大致相同。當系統正常運行時，母線通過和兩個UPS電源進行直接供電，UPS在充電的過程中再對負載進行供電，當UPS1出現了故障時，則母線通過UPS 2進行對負載的輸電，當UPS1和UPS2同時故障時，則由母線直接對負載進行供電。這樣做的好處是當母線故障時會有兩個電源進行對負載的供電，一般是用于用電量大的電力系統，而起的缺點是構建雙機備用的UPS供電模式在結構上較為復雜，所以往往需要在前期耗費大量的時間，在進行維護的過程中也需要花費很多的時間。

3.3 多機實現并聯。通過將多個UPS電源進行并聯，在進行供電的這種形式，往往其功能更加的穩定，在安裝過程中因為是進行并聯，所以在結構上也較為簡單，結構簡單也就意味著當出現了故障時，維修的過程也就相對的更加快捷。但是這種并聯的方式往往其UPS電源需要的數量較多，花費也較大，更適用于大型的企業或者機構進行使用。

4 UPS供電方案可靠性分析

對UPS供電方案可靠性分析需要對具體的供電系統進行分析，為此，本文對一個典型的UPS緊急供電方案進行實際的分析。該電力UPS供電系統由13個模塊組成，分別為市電模塊U、發電機模塊G、輸入母線模塊BI、輸出母線模塊BO、自動轉換開關模塊ATS、靜態轉換開關模塊STS、蓄電池組模塊BM、監控電路模塊MM、充電模塊CM、濾波電路模塊FM、整流電路模塊RM、逆變電路模塊IM等。輸入部分分為兩路，一路是市電模塊，另一路是發電機模塊。

4.1 蓄電池組可靠性

蓄電池組模塊BM是UPS供電系統的核心模塊之一，工作時包括正常狀態、放電狀態、失電狀態、故障狀態和檢修狀態等5個狀態。正常狀態又包括充電狀態或者浮充狀態。通過分析發現蓄電池組的平均無故障工作時間和故障平均修復時間服從指數分布。因此，我們采用逆變法獲取蓄電池組平均無故障工作時間和故障平均修復時間的抽樣值。然后根據蓄電池組的工作特性得到蓄電池組的電池實時容量與充放電時間的關系。蓄電池組由放電狀態到失電狀態的時間就是蓄電池組的實時容量除以恒定放電電流。

4.2 發電機可靠性

發電機是UPS的輸入，對UPS進行充能。發電機的狀態包括3個，正常狀態、故障狀態和檢修狀態，其平均無故障時間和平均修復時間也滿足指數分布。故仍采用逆變法進行分析。經分析可知平均無故障時間等于發電機故障率的倒數與指數之積的負數，平均修復時間等于發電機修復率的倒數與指數之積的負數。檢修時間為一常數。另外，其它模塊的可靠性類似，不再贅述。

4.3 可靠性指標求解和分析

根據上述的可靠性分析，整個供電系統的狀態就由上述13個模塊的狀態決定。因此，利用模擬法進行系統可靠性評估時，要考慮系統的蓄電池組容量、故障檢修、模塊故障等，不斷對這些模塊的狀態變化進行時間抽樣，找到系統狀態改變的最小時刻，然后模擬時鐘將時間推進到最小時刻，獲取對狀態變化產生影響的元件。

故要加強供電系統的可靠性，可以選擇輸入輸出雙母線并聯冗余結構、提升電池的容量、雙UPS并聯冗余結構或者發電機雙機并聯冗余結構等來實現。其中雙母線并聯冗余結構是優先方案。

5 結束語

綜上所述，加強對電力自動化系統UPS供電方案可靠性的研究分析，對于其良好供電效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的電力自動化系統UPS供電過程中，應該加強對其關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

[1]顏權.淺談UPS電源在電力自動化系統中的應用[J].大科技.2017（11）：60-62.

[2]吳建明.并聯冗余UPS電源系統在綜合自動化系統中的應用[J].數字技術與應用.2017（01）：115-116.