考慮能效與負載均衡的UPS 調度自動化優化策略

崔保飛，袁 媛

（國網山東省電力公司博興縣供電公司，山東 濱州 256500）

0 引 言

不間斷電源（Uninterruptable Power Supply，UPS）是保障關鍵設備持續穩定運行的重要基礎設施。面對日益復雜的電力負載和能效要求，傳統的UPS 調度策略已難以維持能效與負載均衡，導致能源浪費、設備運行效率低下[1]。UPS 調度策略需要綜合考慮UPS 的容量、效率、負載特性以及實際運行條件等因素，并利用智能算法和優化技術，以精準控制和動態優化UPS 調度過程。

1 UPS 概述

1.1 UPS 定義與分類

UPS 是一種能夠提供持續、穩定、不間斷的電力供應設備。其能夠在市電供電中斷或電壓波動時，迅速切換至備用電源進行供電，確保電力設備和系統的正常運行，避免發生數據丟失、設備損壞等問題[2]。UPS 的分類標準主要是工作原理、輸出功率、備用時間等。按工作原理可以將UPS 分為后備式、在線式和在線互動式3 種類型，比較數據如表1 所示。

表1 3 種UPS 類型比較數據

因此，選擇UPS 類型時，應根據實際的應用場景，綜合考慮電力供應的穩定性、保護功能的需求、成本預算等因素。

1.2 UPS 在電力系統中的作用

當電網發生故障（如停電、電壓驟降或浪涌）時，UPS 能夠迅速切換為電池供電模式，確保電器設備繼續正常運行。由于UPS 提供清潔、穩定的電源，電器設備在運行過程中不會受到電網中的諧波、噪聲等不良因素的影響，避免設備磨損和老化，延長了設備的使用壽命。利用UPS 能源管理系統，用戶可以實時監控電力系統的運行狀態，了解設備的能耗情況，從而制定合理的能源管理策略，實現能源的節約和優化利用。

2 UPS 調度現狀分析

2.1 UPS 調度模式

UPS 作為現代電力保護技術的杰出代表，在保障設備持續、穩定供電方面具有重要作用。最常見的UPS 調度模式是自動返回式切換模式、熱后備工作模式和非自動返回式工作模式。

在自動返回式切換模式下，UPS 系統優先通過逆變器為設備供電，以確保電源的穩定性和清潔性。當逆變器出現故障、系統發生問題或檢測到過載時，UPS 系統會迅速將負載切換至交流旁路電源，確保設備不會因電力中斷而受損[3]。一旦問題得到解決，UPS 系統就會自動將負載切換回逆變器供電，實現真正的無縫對接。

在熱后備工作模式下，只要市電在正常范圍內，UPS 系統就會讓負載直接連接于市電，從而節省能源，降低UPS 系統的運行負擔。當市電出現問題（如電壓超出范圍或供電中斷）時，UPS 會立即啟動逆變器，將負載切換到逆變器上進行供電，確保設備的持續運行。

非自動返回式工作模式下UPS 的工作方式與熱后備模式相似，但也有區別。在非自動返回式工作模式下，一旦負載被切換到市電，就不會自動切換為逆變器供電，除非用戶手動進行復位操作。這種設計主要是確保在某些特殊情況下，用戶能夠完全控制UPS的工作狀態，避免發生不必要的電源切換。

2.2 能效與負載均衡問題

UPS 系統本身的能效水平取決于其設計和制造工藝。高效的UPS 系統通常采用先進的整流技術、逆變技術和濾波技術，以減少能源在轉換和傳輸過程中的損失。UPS 系統的能效還與其負載率密切相關。在負載率較低時，UPS 系統的能效通常較低；在負載率較高時，其能效相對較高。在UPS 并機系統中，如果各臺UPS 設備之間的負載分配不均衡，不僅會影響系統的穩定性，還可能導致部分UPS 過載，損壞設備。

產生負載均衡問題的原因主要包括以下3 點。第一，各UPS 設備的輸出特性存在差異，導致在并機運行時負載分配不均；第二，由于電纜長度、截面積和連接方式不同，影響各UPS 之間的阻抗匹配，導致負載分配不均；第三，靜態旁路開關的導通電阻和接觸電阻影響負載分配。

3 考慮能效與負載均衡的UPS 調度自動化優化策略

3.1 確保UPS 設備輸出特性的一致性

在選購UPS 設備時，要確保輸出特性的一致性，即同一批UPS 設備的輸出電壓、頻率、波形失真等關鍵參數應盡可能一致[4]。參數一致性良好的UPS設備在并聯運行時，能夠更好地實現負載的均勻分配，防止某臺UPS 承擔過多或過少的負載，從而提高整個系統的穩定性和可靠性。因此，在采購過程中要求供應商提供技術參數和測試報告，并在設備到貨后進行嚴格的驗收測試。某UPS 設備技術參數和測試報告數據如表2 所示。

表2 某UPS 設備技術參數和測試報告數據

由表2 可知，該UPS 設備的所有技術參數均符合規格要求，且設備性能良好，具備良好的負載均衡潛力。

3.2 優化電纜布局和連接方式

電纜的布局和連接方式直接影響著UPS 并機系統的負載均衡。不合理的電纜布局可能會增大各臺UPS 之間的阻抗差異，使負載分配不均。因此，在設計電纜布局時，應盡量縮短電纜長度，采用相同規格和材質的電纜，并避免電纜之間的交叉和纏繞[5]。電纜連接方式采用具有高導電性能和低阻抗的連接器件，如銅質接線端子或專用連接排，以減小連接處的電阻和電感，從而降低各臺UPS 間的阻抗差異。電纜布局和連接方式優化數據如表3 所示。

表3 電纜布局和連接方式優化數據

3.3 采用負載均衡器件

為進一步改善負載分配情況，采用具有負載均衡功能的靜態旁路控制板或均流磁環等器件。這些器件能夠實時監測各臺UPS 的負載電流，并根據負載情況動態調整各臺UPS 的輸出電流，實現負載的均勻分配。靜態旁路控制板具有快速響應和高精度的特點，能夠在毫秒級的時間內對負載變化做出反應；而均流磁環則通過磁場的耦合作用來實現各臺UPS 之間的電流均衡。負載均衡器件性能對比如表4所示。

表4 負載均衡器件性能對比數據

4 結 論

實施UPS 調度優化策略后，UPS 系統的能效得到顯著提升。這種提升不僅體現在能源的利用效率上，更為綠色、節能的供電方式奠定技術基礎。文章提出的考慮能效與負載均衡的UPS 調度自動化優化策略是切實可行的，不僅有效解決當前UPS 電源調度中存在的問題，還為UPS 系統的未來發展指明方向。