電力系統中UPS 技術的運用探究

鄭娜娜

（山東五洲熱聯電氣科技有限公司，山東 濟南 250032）

0 引 言

對于電力系統的交流供電實現形式而言，采取不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）的持續供電保障設施十分必要。作為不間斷的電力系統交流電源組件，UPS 最基本的結構部分應當包含電源控制開關、變流器和蓄電池的儲能裝置。電力供電系統在安裝UPS 的自動供電安全保障設施基礎上，應當能夠妥善應對系統欠電壓、系統過電壓、電力運行中斷以及系統負載不平衡等各種情況。由此可見，UPS 技術具有非常重要的實踐運用價值。

1 UPS 技術的技術原理及其基本功能

1.1 UPS 技術原理

UPS 為電力設備網絡提供持續性的交流電供給，保障電力網絡設備平穩正常運行。通常情況下，UPS劃分為電源控制開關、系統變流器和蓄電池組，實現全過程的電網穩定供電。

現階段的UPS 的重要作用是防止電網發生諧波振動、三相不平衡、系統欠電壓或者過電壓以及系統中斷供電等突發設備故障，構建具有更好可靠性和安全性的電力網絡結構[1]。具體而言，在電力系統的組成結構中增加UPS 的組件設備，能夠起到妥善隔離系統諧波、系統電壓噪聲、系統頻率波動以及電壓波動等作用。UPS 應用于電力網絡還能有效確保電網電壓的穩定變換，予以突發性質的網絡供電中斷狀況合理的系統負載保護[2]。

1.2 UPS 功能

首先，穩定電力網絡的系統頻率。具有穩定電網頻率功能的UPS 裝置將會持續提供可靠的電力設備安全保護，采取靈活的頻率輸入和輸出變換形式，有效提升電網調控精度。UPS 的系統電壓穩定改進后，電網整體的設備運行使用頻率將會表現出更優的精確度。

其次，穩定電壓并且隔離不良干擾。電力網絡在輸電配電的實時運行中，難以防止電力設備遭受多個方面的不良干擾，集中體現在電網諧波干擾、瞬時中斷供電、電網存在電壓噪聲、系統頻率以及電壓波動等。在電力網絡的設備系統中，適當增加UPS，在源頭上實現全面阻隔不良干擾因素的目標，嚴格保障電力設備的穩定持續電能供給。

最后，合理延長中斷供電的后備保護時間。配套形式的UPS裝置主要設計為蓄電池的備用保護模式，因此在突發電網系統的斷電事故情況下，應當能夠支撐實現30 min 或者1 h 的系統負載持續保護。對于大規模的智能化電網調控運行中心系統而言，至少需要設計為2 h 的UPS 裝置后備保護延長時間限度[3]。

2 電力系統中UPS 技術的運用方案要點

2.1 UPS 在線互動式的技術運用

電力網絡中的UPS 如果設計為在線互動的運行方式，則要保證熱備份的系統逆變器與系統整流器能夠隨時投入在線使用。在線互動設計形式的UPS 供電裝置設備可以促進充電與放電2種功能的同時進行，從而顯著降低市電系統的中斷供應損失程度[4]。UPS中的低壓回路需要嚴格保證其滿足獨立使用的要求，促進實現系統低壓回路更好的發電穩定性，進而滿足市電供給裝置設備的可靠安全。同時，采取在線互動的供電路徑設計形式，確?？刂葡到y濾波影響，切實起到了全面穩定市電供應網絡的作用。

近年來，在線互動的實時UPS 供電裝置獲得了更廣的應用范圍。UPS 裝置得以發揮靈活控制作用的關鍵結構部件是整流逆變器、調壓器等。由此可見，具備強大輸出能力和良好抗干擾特性的UPS 裝置更適用于普遍的電網設計，確保結合電源穩壓裝置的運行使用環境來進行系統保護參數的合理優化。電網電源機組的UPS裝置的使用性能主要體現在電源持續性，重視系統電源供電裝置的穩定性。電網電源機組的系統設計方案對于供電持續狀態作用顯著，必須得到科學的完善。在線互動形式的UPS 設計如圖1 所示。

圖1 在線互動形式的UPS 設計

2.2 UPS 離線式與后備式的技術運用

UPS 的離線式與后備式供電保護裝置，主要采用電網系統開關的輸入切換模式，從而在整體上實現穩定性能更好的市電供應目標[5]。經過轉化后的電網交流電，應當能夠抵御系統外部的干擾影響作用，進而保持供配電系統的平穩正常運行。通過實施智能化的電網設備安全檢測，檢測供電輸入端有頻繁中斷或者超出預設最大電壓差值的安全故障隱患時，立即啟用后備形式的系統逆變器，并將UPS 裝置切換至儲能模式的運行狀態。

經過實施綜合性的系統性能比對，可以判斷UPS的后備形式電源具有相對更低的裝置設備造價優勢。離線形式的儲能供電路徑也具有更為簡便的電路組成結構。然而，在離線形式的供電備用裝置投入使用后，通常很難做到徹底防范，并且杜絕來自電網入侵的波形畸變和頻率波動影響，需要進一步改進現有系統設計的技術方案。供配電系統構成了電網UPS 的核心。構建三相四線形式的供配電系統具有穩壓電源的技術特征。市電設備的自動監控裝置能夠直接連接于系統穩壓電源，促進發電機組與變壓器之間的相互配合協調。電力網絡包含供配電的充電器、系統整流器、系統旁路的電壓輸出、信號輸入模塊、逆變器以及系統防雷接地等。要合理安裝備用性質的電網發電裝置，UPS 設備的旁路開關必須布置于合理的區域。離線形式的UPS 設計如圖2 所示。

圖2 離線形式的UPS 設計

2.3 UPS 雙變換式的技術運用

UPS 的雙變換形式的技術重點是發揮整流器的控制作用?，F階段，系統整流器主要采取晶閘管的組成結構形式。在整流器的設備輔助控制作用下，市電網絡系統可以實現交流供電與直流供電之間的靈活轉換。系統蓄電池能夠獲得持續性的電能供給，同時提供了系統逆變器的可靠運行電壓。一旦遇到突發性質的中斷市電供應故障，處在運行狀態中的逆變器會立即穩定整個電網設備，有力保證供電網絡的系統運行頻率穩定，大大降低了負載干擾和電壓波動帶來的不利影響。

從總體上來進行分析判斷，能夠確定采取雙變換形式的在線備用電源有助于縮短供電故障的切換時間，合理改善電力系統的整體抗干擾性能。UPS 連接的電力轉換開關相比于傳統形式的電源開關，有助于控制電力設備的電源能耗，實現智能化的電源傳輸控制。智能形式的轉換開關關鍵功能體現在靈活切換供電系統設備的備用電源和常規電源，采取自動切換模式實現電源的穩定發電。采取自動化的電網接入開關，如果突發設備故障，則電力系統旁路的供電電源仍然可以維持正常的運轉，不會出現較大覆蓋面積的市電供應中斷故障。

雙變換形式的UPS 系統設計如圖3 所示。

圖3 雙變換形式的UPS 系統設計

3 電力系統中UPS 技術的優化設計

目前，構建UPS 的電力網絡冗余備用供電方案仍然存在待優化的空間。為實現穩定程度更好的電力設備供電宗旨目標，UPS 設計應合理控制設備維護難度，構建冗余備份形式下的系統安全供電保障機制，提升整體的UPS 可靠程度，確保電力網絡的現有供電設備能夠實時進行維護管理[6]。

設計UPS 的工程技術人員難以保證系統設計的指標精準，需要根據情況增加UPS 的容錯空間。對于供電裝置長時間重載運行情況，應當給予合理的防范，避免電力系統頻繁出現畸變的輸出電壓波形。電力系統的設計技術人員要全面考慮各種形式UPS 裝置的冗余設計指標，應當限定在70%左右的額定系統容量與真實運行負載比例，防止電池組的設備存在持續性長期深度放電。

各種類型UPS 技術的設計效果比對如表1 所示。

表1 電力系統中不同形式UPS 技術的設計效果對比

4 結 論

UPS 技術在保障電力系統的穩定運行中起到了關鍵作用。通過了解UPS 的工作原理及特點，可以更好地將其應用于各種電力設備，以實現持續、可靠的電力供應。UPS 技術的優化設計需要從可靠性、節能性、模塊化以及智能化等多個方面進行綜合考慮。通過合理的優化設計，可以確保UPS 設備在電力系統中發揮最大的作用，為電力系統的穩定運行提供有力保障。