电力自动化系统UPS供电方案可靠性

文/吴庆，南京超级云计算信息服务有限公司

1 前言

作为一项实际要求较高的实践性工作，电力自动化系统UPS供电可靠性的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对电力自动化系统UPS供电的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。

2 UPS电源的工作原理

随着信息技术等的发展，电力系统中的各项技术和组成部分也到得了有效的发展，UPS电源是当前产生的一种不间断电源，UPS电源是一种储能装置，按照其工作方式可以将其分为后备式UPS电源和在线式UPS电源。从UPS电源的实际应用进行分析，UPS电源不仅仅是一个电源储存装置，它还具有电力净化的作用。

在实际的用电中，用电质量不理想，会出现电压不稳、电流不稳定、停电等现象，这些用电不稳定现象，在家庭用电中可以承受，但是在信息技术设备例如计算机、通信设备等的运行中，却是一个较大的安全威胁。这些不稳定用电现象的产生，会造成数据丢失，造成敏感元件、精密设备等出现损伤。所以在实际的用电中，会配置UPS电源，一般情况下是配置2台，UPS电源为相应的设备、系统的运行提供直流电流，对设备的电池进行充电。在正常的运行状态下，2台UPS电源所承担的负荷均为50%，但是当有一台出现了故障时，另外一台UPS电源将承担100%的负载。

3 UPS的供电方式

3.1 在确定UPS进行供电的过程中，我们确定了三种不同的供电方式，首先最为简单的一种就是单机在线。单机在线的主要工作形式为，当母线和UPS的电源都处于正常工作状态时，UPS则是处于一种蓄电池的状态进行充电，在充电的过程中仍然需要对连接的负载进行供电，其类似于笔记本电脑中的电池。这样的方式，如果母线出现了故障时，则UPS中储备的电源进行对负载的供电，当UPS出现了故障时，则由母线直接对负载进行供电。这样就保证了不会因为断电而造成的电气系统出现停止运行的状况发生。

3.2 双机备用供电模式。在电力系统中使用这种供电，其所使用的是两个UPS供电，其效果和单机在线的方式大致相同。当系统正常运行时，母线通过和两个UPS电源进行直接供电，UPS在充电的过程中再对负载进行供电，当UPS1出现了故障时，则母线通过UPS 2进行对负载的输电，当UPS1和UPS2同时故障时，则由母线直接对负载进行供电。这样做的好处是当母线故障时会有两个电源进行对负载的供电，一般是用于用电量大的电力系统，而起的缺点是构建双机备用的UPS供电模式在结构上较为复杂，所以往往需要在前期耗费大量的时间，在进行维护的过程中也需要花费很多的时间。

3.3 多机实现并联。通过将多个UPS电源进行并联，在进行供电的这种形式，往往其功能更加的稳定，在安装过程中因为是进行并联，所以在结构上也较为简单，结构简单也就意味着当出现了故障时，维修的过程也就相对的更加快捷。但是这种并联的方式往往其UPS电源需要的数量较多，花费也较大，更适用于大型的企业或者机构进行使用。

4 UPS供电方案可靠性分析

对UPS供电方案可靠性分析需要对具体的供电系统进行分析，为此，本文对一个典型的UPS紧急供电方案进行实际的分析。该电力UPS供电系统由13个模块组成，分别为市电模块U、发电机模块G、输入母线模块BI、输出母线模块BO、自动转换开关模块ATS、静态转换开关模块STS、蓄电池组模块BM、监控电路模块MM、充电模块CM、滤波电路模块FM、整流电路模块RM、逆变电路模块IM等。输入部分分为两路，一路是市电模块，另一路是发电机模块。

4.1 蓄电池组可靠性

蓄电池组模块BM是UPS供电系统的核心模块之一，工作时包括正常状态、放电状态、失电状态、故障状态和检修状态等5个状态。正常状态又包括充电状态或者浮充状态。通过分析发现蓄电池组的平均无故障工作时间和故障平均修复时间服从指数分布。因此，我们采用逆变法获取蓄电池组平均无故障工作时间和故障平均修复时间的抽样值。然后根据蓄电池组的工作特性得到蓄电池组的电池实时容量与充放电时间的关系。蓄电池组由放电状态到失电状态的时间就是蓄电池组的实时容量除以恒定放电电流。

4.2 发电机可靠性

发电机是UPS的输入，对UPS进行充能。发电机的状态包括3个，正常状态、故障状态和检修状态，其平均无故障时间和平均修复时间也满足指数分布。故仍采用逆变法进行分析。经分析可知平均无故障时间等于发电机故障率的倒数与指数之积的负数，平均修复时间等于发电机修复率的倒数与指数之积的负数。检修时间为一常数。另外，其它模块的可靠性类似，不再赘述。

4.3 可靠性指标求解和分析

根据上述的可靠性分析，整个供电系统的状态就由上述13个模块的状态决定。因此，利用模拟法进行系统可靠性评估时，要考虑系统的蓄电池组容量、故障检修、模块故障等，不断对这些模块的状态变化进行时间抽样，找到系统状态改变的最小时刻，然后模拟时钟将时间推进到最小时刻，获取对状态变化产生影响的元件。

故要加强供电系统的可靠性，可以选择输入输出双母线并联冗余结构、提升电池的容量、双UPS并联冗余结构或者发电机双机并联冗余结构等来实现。其中双母线并联冗余结构是优先方案。

5 结束语

综上所述，加强对电力自动化系统UPS供电方案可靠性的研究分析，对于其良好供电效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的电力自动化系统UPS供电过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

[1]颜权.浅谈UPS电源在电力自动化系统中的应用[J].大科技.2017（11）：60-62.

[2]吴建明.并联冗余UPS电源系统在综合自动化系统中的应用[J].数字技术与应用.2017（01）：115-116.