谈UPS在变电站自动化系统中的应用
摘 要介绍UPS在变电站自动化系统中的应用和重要性，以及其工作原理和工作模式，以500kV梅里变的UPS系统进行实例分析。
关键词UPS；原理；应用
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)112-0010-01
随着电力系统综合自动化的不断发展，越来越多的计算机设备、微机保护设备、自动化设备及其仪器仪表等设备应用于变电站综合自动化系统。一旦这些自动化设备的电源停电，会导致这些设备以及整个站内监控系统的数据错误、丢失、甚至误动作等严重后果。因此我们通常根据变电站内的自动化设备电源可靠性、经济性等要求配置在线型不间断电源，以给这些重要设备提供可靠的、稳定的、不间断的电源。
1UPS系统的工作原理及工作模式
不间断电源（Uninterruptible Power System），简称UPS，是指在主电源（通常是市电）出现供应故障情况下临时向需要不间断工作的系统连续供电的电源系统。
1.1UPS类型
UPS还可以分为两大类型：“离线型（Off-line）”与“在线型（On-line）”。
1）离线型UPS。离线型UPS即在电源正常时将输入电流直接传递到输出接口的UPS系统。它可以持续监测着线路状况。离线型UPS的设计原理决定了在UPS的转换期间会有一个暂时性的无电状态，但由于这种状态一般只持续5毫秒左右，对一般的设备来说并没有什么影响。
2）在线型UPS。在线型UPS即逆变器始终工作，输入电流首先被转换为直流电，在为电池充电的同时向逆变器供电的UPS系统。在线型UPS的设计原理是先将交流电转换为直流电，再将其转换为纯净的交流电，所以具有很好的电流输出品质。
在电力系统的使用中因在线型UPS的可靠性、稳定性、不间断性能很好的满足运行要求，一般都选用在线型UPS。本文也以介绍及分析在线型UPS系统为主。
1.2UPS的组成和运行方式
UPS电源系统主要分两大部分，UPS主机和蓄电池组。额定输出功率的大小取决于主机部分，通常负载功率应不大于UPS电源70％的额定功率。储能电池的容量当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，通常在几分钟或几个小时不等。
UPS正常运行时一般有二路输入电源，其一为主市电、其二为蓄电池。正常情况上由主市电经由UPS主机整流稳压再经逆变后向负载供电，当主市电中断时，由电池经逆变后向负载供电；当市电恢复时，再转换为市电供应。另外，当UPS故障或检修需要时，UPS还可采用旁路供电模式。
图1
下面介绍一下UPS系统的三种运行模式：①正常运行模式。UPS正常运行时，由市电向UPS系统供电，以380V或220V交流电为电源，经自藕变压器后输入整流器将交流电压转换为直流电压，再经滤波电抗器滤除直流电压的谐波，输入脉宽调制逆变器转换为交流电压，由滤波电抗器滤除来自逆变器输出中的谐波电压，以使逆变变压器输出端电压获得低非线性失真的正弦波，将220V、50Hz交流电送到UPS负载。②蓄电池供电运行模式。当系统停电或整流器输入电压超出允许范围时，UPS由蓄电池供电，直流电经直流隔离二极管和电池扼流圈（以减少单相逆变器在电池中产生的脉动），输入脉宽调制逆变器完成向负载供电。③UPS系统旁路运行模式。当UPS故障或整机需要脱离电网运行时，经旁路系统向负载供电，如图1。
2实例应用分析
1）系统简介。梅里变的UPS系统采用双电源输入，输入的双路电源经过双电源切换装置向UPS提供电源，保证了电源的安全与可靠，正常情况下此切换装置打在自动位置，无需人员操作。由以上原理图可看出梅里变的UPS系统采用的是双UPS加STS（静态转换开关）相结合的运行方式。其接线方式是把输出母线通过STS分成六段独立输出，1号UPS主供1号、2号两台STS，同时又经过旁路切换开关S3、S4作为3号、4号两台STS的备供电源。2号UPS主供3号、4号两台STS，同时又经过旁路切换开关S1、S2作为1号、2号两台STS的备供电源。当一台UPS故障，STS主用电源失却，将快速切换至备供电源，也就是另一台运行UPS输出的电源。同时STS的输出也经过旁路切换开关输出至输出母线，另交流旁路直接从输入交流母线直接接至旁路开关，保证了输出母线电源在UPS和STS故障情况下可及时切换至旁路电源保证设备在应急情况下的使用。但梅里变的接线中，还存在着不稳定，其中有两段输出母线是从1号、2号UPS直接输出没有经过STS切换装置和旁路切换开关，该两段输出母线的运行可靠性就大大的降低，当有一台UPS故障时该输出将失电影响部分运行设备，为了尽可能的降低该情况对监控系统的影响，在该两段输出母线上，只接监控系统中的非重要负荷，如保护子站、视屏监控、关口电表辅助电源等。
STS工作原理：STS是一种固态的、三极双位的转换开关。STS可实现两个不同电源之间的快速（<5ms）转换，在实际应用中其主要作用是在一路电源发生故障时，可以从一路电源到另一路电源的快速转换，以已实现不间断的供电。STS可以通过控制面板设定其中任意一路输入为主电源，另一路输入电源为备用电源。只有在主电源故障或手动的情况下，STS才会自动在5ms内从主电源切换到备用电源。STS的两路静态开关是时严格互锁的，STS内还装有手动旁路开关，在STS需要检修时，可以手动将输入电源切换到旁路开关。
2）技术改进方案。鉴于以上系统纯在的不稳定因数，我们对该系统进行了必要的分析及改进。因该站的UPS系统已运行多年，运行可靠性降低，一旦某台UPS发生故障将会使部分自动化设备及其仪器仪表等设备失电，将会影响到站内监控系统的稳定的运行。经过我们对该系统各负载正常运行状态的下的电流测量、分析，将原6段输出母线合并成4段输出，既把S2（S3）和UPS直接输出母线合并，由STS2（STS3）输出，原STS静态转换开关的容量能够满足要求不做变动，但考虑到UPS的容量已经不能满足在系统故障状态下单机运行和冗余要求，对该系统的两台UPS进行更换，更换为更大容量的新型UPS。
3结语
UPS装置具有良好的逆变、稳定、充电等特性，在变电站自动化系统中使用UPS可以很好的解决变电站交流电源的可靠性和计算机设备、微机保护设备、自动化设备及其仪器仪表等设备的电源稳定性问题。保证了电力系统电网的安全、稳定运行，对提高电力系统的供电质量和供电安全具有十分重要的意义。