電力系統(tǒng)安全運行的保障--UPS電源

UPS電源是一種儲能裝置，其內(nèi)部構(gòu)件主要以蓄電池組、整流器和逆變器、靜態(tài)開關(guān)等部件組成，在正常工作狀態(tài)下能夠作為一種穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的保護設(shè)備對電源起到保護作用。在使用過程中電能以直流形式貯存在蓄電池中，這使UPS在外電故障的情況下可以向外輸出電壓。由于UPS在使用過程中能夠?qū)﹄娫催M行凈化，并且可以提供不間斷供電。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的今天受到了廣泛的使用，除此之外UPS還在醫(yī)療、航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域有重要的使用價值。
　　
　　UPS系統(tǒng)從原理上講，是一種將模擬電路、數(shù)字自動控制逆變器與免維護貯能裝置合為一體的設(shè)備，由于功能的高度整合，使得該型設(shè)備能夠完成多種不同的使用需求，又因為能夠?qū)Σ煌考M行整合，所以可以使得系統(tǒng)運行時占據(jù)更小的空間，提高了系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，而且還能夠在市電出現(xiàn)異常的情況下，對市電進行凈化，在電力供應(yīng)中斷時暫時為處于開機狀態(tài)的電腦供電，減少突然斷電對相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)造成的影響。
　　
1、UPS運行方式
　　
　　在一般的使用過程中，UPS能夠根據(jù)使用場景的不同切換4種運行模式，分別為正常操作模式、停電模式、備用電源模式和維護旁路模式。
　　
　?、僬２僮髂Ｊ剑涸谡＝涣麟娫垂?yīng)下，UPS中得分整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電源后，供電給逆變器并同時對電池充電。在對交流電進行轉(zhuǎn)換的過程中對電源進行凈化，減少市電中所產(chǎn)生的異常突波、噪聲及頻率不穩(wěn)定等問題，保證電力供應(yīng)更加穩(wěn)定。為相關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定的電源，減少由于不穩(wěn)定電源對系統(tǒng)運行造成的影響；
　　
　?、谕ｋ娔Ｊ剑寒旊娫垂?yīng)不穩(wěn)定的狀態(tài)下，電源部分可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。當相關(guān)部件處于異常狀態(tài)無法進行有效的電力供應(yīng)時，UPS系統(tǒng)中內(nèi)置的電池組能夠臨時為逆變器提供電能，保證交流輸出的過程能夠正常的完成，過程間不會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，保證輸出負載能夠受到保護，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；

　　③在電路使用過程中，不同環(huán)節(jié)的故障都有可能會導(dǎo)致供電功能的喪失，而電力供應(yīng)對于所有使用電能驅(qū)動的生產(chǎn)活動都有非常重要的作用，如果突然出現(xiàn)斷電的情況，不但會導(dǎo)致整個生產(chǎn)流程的中斷，并且突然的斷電也會被設(shè)備的使用壽命造成嚴重的影響，對于使用電腦進行生產(chǎn)的企業(yè)，如果突然斷電，正在操作的系統(tǒng)就會來不及對數(shù)據(jù)進行保存，如果電力供應(yīng)長時間處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，將無法保證相關(guān)企業(yè)的正常運營。為了能夠更好的發(fā)展相關(guān)行業(yè)，就需要對突然斷電的情況進行及時的預(yù)防，預(yù)防工作分為兩個方向，第一個方向是要保證整個電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)良好，盡可能地減少系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性，另外一個方向是對在技術(shù)條件以外影響下造成的斷電實際進行干預(yù)，減少由于這種情況的出現(xiàn)對系統(tǒng)造成的沖擊。
　　
　　一般來說當系統(tǒng)中的某區(qū)域，溫度高時，就有可能會造成元件使用故障，造成保險絲熔斷，出現(xiàn)短路故障。當出現(xiàn)以上故障時，逆變器會自動切斷電路，以防止損失進一步擴大，如果旁路交流電源屬于正常的工作狀態(tài)，靜態(tài)開關(guān)會將電源的供應(yīng)任務(wù)交由旁路的交流電源，保證整個系統(tǒng)的供電作業(yè)能夠正常進行，防止出現(xiàn)斷電情況，如果此時旁路的交流電源也處于故障狀態(tài)，無法對系統(tǒng)進行供電，就需要由維護旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)電源，保證系統(tǒng)在短時間內(nèi)不會立即斷電并在此過程中會起用告警裝置，給相關(guān)人員一部分反應(yīng)時間進行緊急處理，減少由于突然斷電而造成的損失情況。
　　

2、UPS在電場中的應(yīng)用
　　
　　電廠專用的UPS電源，為三相輸入單相輸出的中功率電源系統(tǒng)。之所以選擇該結(jié)構(gòu)，是由于大部分電廠的負載都是單相負載，這樣設(shè)計的好處是能夠簡化相應(yīng)的配電線路，方便專業(yè)人員對線路進行定時的維護保養(yǎng)，而三進單出UPS則是由內(nèi)部電路的純單向設(shè)計，主要表現(xiàn)為逆變器為單向輸出。經(jīng)過相應(yīng)改造的三進單出喲PS，是在原有基礎(chǔ)上加上了三進單出變壓器，來進行改造的，但是這樣的改造結(jié)果會使得整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)處于不穩(wěn)定，在長時間使用過程中，會造成一些隱患故障，影響到系統(tǒng)的使用壽命和使用安全。
　　
　　一般來說采取這種改造方式在使用過程中，由于增加了變壓器，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運行效率會得到降低，一般最高的工作效率僅僅為正常工作效率的95%，另一方面，由于變壓器處于1/3的不平衡電流，這會使得UPS的可用容量受到影響，造成一定的降低，所以需要使用更高視在功率的UPS主機，其容量一般為額定輸出容量的兩倍。由于在系統(tǒng)內(nèi)增加了不同的部件，導(dǎo)致主機的尺寸也需要進一步的增加，這樣一來主機的放置區(qū)域可選范圍就會變少，而且相應(yīng)的成本也會上漲，導(dǎo)致購置成本增加。
　　
　　而在比較了正常的UPS主機和經(jīng)過改裝后的變壓器之間的區(qū)別之后，我們對兩者的使用成本和采購成本進行了綜合分析，發(fā)現(xiàn)，無論是在長時間使用的穩(wěn)定性方面，還是購置成本的投入方面，采用正常的UPS系統(tǒng)，都是最經(jīng)濟有效的方案，所以在采購系統(tǒng)時，一般要選擇真正的三進單出UPS，不能僅考慮眼前的經(jīng)濟效益，應(yīng)該將眼光放得長遠，用動態(tài)的思維來分析整個過程，只有通過這一過程的分析，才能夠發(fā)現(xiàn)采用真正的三進單出變壓器才能夠保證整個系統(tǒng)運行過程的安全和高效。在UPS效率設(shè)計選型時需要注意的是，UPS的逆變器是將直流功率直接轉(zhuǎn)換為交流功率進行輸出的。
　　
　　在工業(yè)生產(chǎn)中，一般的直流電壓都在400~460伏左右，而電廠所使用的電壓規(guī)格則為220伏，由于兩部分之間的電壓規(guī)格存在區(qū)別，所以需要進行轉(zhuǎn)換，而由此會出現(xiàn)一個問題，在直流電壓降低的過程中，逆變器的開關(guān)電流就會隨之增大，而損耗和電流的平方成正比，隨著電流的不斷增加，過程中的電流損耗也在不斷增加，使得整個系統(tǒng)的使用效率不斷減少。
　　
　　而且在使用過程中，大電流需要配套大容量功率的開關(guān)器件，而較低的直流電壓也需要較高變比的變壓器，這些隱形的開支都會造成整個系統(tǒng)運行開支成本的增加。如果再考慮到設(shè)備使用一段時間后會出現(xiàn)磨損，老化零件更換的成本，整個成本的投入會非常大，所以在選擇配置時，一定要根據(jù)實際生產(chǎn)情況，選擇最適合的設(shè)備減少過程中額外出現(xiàn)的成本增加，保證整個成本能夠處于一個可控的狀態(tài)內(nèi)。為了能夠進一步提高供電過程的可靠性，一般電廠在運轉(zhuǎn)過程中需要配置兩臺WPS組成抗魚系統(tǒng)為負載供電與之配套的，還有隔離變壓器，交流電壓調(diào)節(jié)器，作為旁路電源接入系統(tǒng)內(nèi)，保證整個系統(tǒng)，能夠處于穩(wěn)定正常的運行狀態(tài)。
　　
3、UPS系統(tǒng)使用注意事項
　　
　　（1）UPS在使用過程中對于外部環(huán)境的溫度要求不高，一般在5~40攝氏度的范圍內(nèi)都能夠進行正常的工作，但是，該系統(tǒng)對于所處區(qū)域的清潔，衛(wèi)生有較高的要求，在設(shè)備運行過程中需要控制塵土和相對濕度，由于塵土附著和潮濕情況都會導(dǎo)致主機工作效率紊亂，破壞相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，所以在相關(guān)使用場景中，需要嚴格要求衛(wèi)生清潔程度和空氣潮濕指數(shù)。在條件允許的情況下可以考慮給系統(tǒng)設(shè)置溫度控制器和加熱器，來進行及時的廚師，由于儲能蓄電池對于溫度的要求較高，一般的使用溫度環(huán)境要求在25攝氏度左右，并且不得超過30攝氏度，當溫度過低時會使儲電池的容量，受到明顯的影響造成下降，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測算，當周圍溫度每下降一攝氏度時，儲電池容量就會相應(yīng)下降1%。
　　
　　其放電容量隨溫度升高而增加，但是會造成設(shè)備的使用壽命減短，如果長期在高溫狀態(tài)下使用，壽命會急劇減少，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測算，當使用環(huán)境的溫度每提升10攝氏度，整個電池的使用壽命就會降低一半，降低的幅度非常大，所以需要嚴格控制使用環(huán)境的溫度。
　　
結(jié)束語
　　
　　在UPS的使用過程中尤其不能忽視的是維護檢修工作，再好的設(shè)備也有壽命，也會出現(xiàn)各種故障，不能因為其高智能、免維護或者是進口設(shè)備而忽略了本應(yīng)進行的維護工作，預(yù)防在任何時候都是安全運行的重要保障。