20kVA混合動力供電單元設備的研發

徐凱峰 于宇 馬世學

摘 要：通過分析市電和發電機組供電的電源品質與供電電源間的切換時間，提出針對供電品質提高的新型供電模式。該模式基于柴油機組，市電以及UPS（Uninterruptable Power Supply）構成，與傳統的供電模式相比較，新模式可以有效的提高電源供電品質，并有效的減少電源間的切換時間，既達到應急電源的不間斷切換，又能滿足高品質的用電需求。

關鍵詞：UPS；切換時間；電源

隨著IT產業、CI產業的廣泛應用，電源產業得到空前的發展。電源產業是各類高科技產業發展的基礎工業，所有的高精尖科技設備都需要電源系統的技術支持。

在應用中發現，傳統電源的品質存在不穩定性，會出現電壓波動、頻率變動、斷電等問題，這些問題可能導致精密電子設備產生不可預期的錯誤、資料漏失、停機，甚至損壞。為了改善這些問題，筆者將對這些傳統電源問題加以分析并結合新的電力電子技術產品，研發出一款新型的中小功率供電設備——20kVA混合動力供電設備。

1 傳統電源的不足

對傳統電源分析，發現電源問題表現在兩個方面：

一是供電品質，由于供電網絡和負載的復雜性以及雷擊、地電等的影響，供給負荷的交流電并不是穩定的標準正弦波，會出現各種不良現象：持續的電壓過高或過低、浪涌、波形下陷、諧波干擾、頻率漂移等。

二是電源切換時間，由于供電網絡的復雜，并不是可以一直供電的，會出現突然斷電的情況，例如開關跳閘；配電盤故障等。

這兩方面的問題，很容易造成電腦設備或者精密儀器資料散亂、程序錯誤、動作混亂不正甚至損壞。

2 混合動力供電設備的研發

2.1 不間斷電源（UPS）的選擇

UPS，即不間斷電源系統，電力系統停電時，在極短的時間內取代原由的電力設備，繼續供電給負載系統。UPS按工作方式分為三種形式：一類是在線式，另一類是后備式，還有介于兩者之間的在線互動式，這三種形式對電源問題有不同的解決能力：

在線式UPS能夠完美的解決浪涌、波形下陷、電子干擾、頻率漂移、電壓過高或過低、斷電等電源問題；而在線互動式UPS、后備式UPS則只能夠有限的解決這些問題，甚至是無法解決。所以在研發中將采用此類型的UPS。

UPS品牌的選擇則需注重UPS的性能（硬件、軟件）、電池、服務、價格。

根據市場調研，決定選用艾默生品牌UL33-0200L的UPS。

2.2 備用發電機組的選擇

備用發電機組主要有柴油發電機組和汽油發電機組兩種，它們都有各自的優點與缺點。

柴油發電機組油耗低、噪聲高、安全性高、價格較低；汽油發電機組油耗高、噪聲低、安全性低、價格較高。比較發現柴油發電機經濟性以及安全性更好一些，所以在研發中將采用柴油發電機組。

而柴油機組的選型應考慮的因素，主要包括機械與電氣性能，機組的用途，負荷容量與變化范圍，機組的使用條件等。根據市場調研，決定采用錫柴品牌的的柴油發電機組（20kW）。

2.3 20kVA混合動力供電設備的研發

20kVA混合動力供電設備是基于UPS、柴油發電機組以及市電供電系統構成的新型的電源供電設備，結合了它們的優點，去除各自的缺點，既能滿足電源的不間斷性能，又滿足高品質的用電需求。構架如下：

市電正常時，由市電一面供給負載，一面給蓄電池供電，市電發生故障時，由蓄電池經過逆變器給負載供電，在蓄電池供電的同時開啟機組通過UPS給負載供電。

混合動力供電設備控制系統采用控制柜對發電機繼續控制、參數測量、顯示、保護等功能，設備在市電斷電或者電源品質不高的情況下自動開啟。

混合動力供電設備將UPS、柴油發電機組集成在機房，參考國際的先進的機房制造經驗，結構、外觀更加趨于合理化、人性化、安全防護等級也相應提高；其底盤布置也按各個部件進行對照，使得柴電雙源機組在安裝時做到準確無誤。

3 20kVA混合動力供電設備的驗證

將市電供電電源、發電機組電源與混合動力供電設備提供的電源進行對比，主要選取最具代表性的電壓值、進行比對。

由表格可以發現，混合動力供電設備電源電壓波動非常小，并且能實現零的切換時間。

4 結論

（1）電力公司和后備發電機提供的電源不能滿足高精尖的科技設備的用電需求，在某些特定情況下很難讓人滿意。

（2）20kVA混合動力供電設備提高了電源的供電品質（電壓穩定在土1%內，不含諧波失真，沒有噪聲干擾），電源間具備零切換時間，這是傳統電源很難做到的，這樣就避免了由于電源原因造成的硬件損壞以及軟件的丟失。

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