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UPS电源整合系统运行方式 UPS电源整合系统分别从降压所0.4V两段母线引进一路AC380V电源作为两套UPS装置的输入电源。 正常工作时，两套UPS装置冗余并机运行.共同分担其负载电流向各用电系统提AC380/220V不问断电源每台UPS单机容量能满足系统总容量要求。并设置智能控制单元，负责按设定的时间依次切除各种负荷。 山特UPS蓄电池在线测试技术分析 一、山特UPS蓄电池落后的原因及检测重要性 阀控式铅酸蓄电池（VRLA）从一开始便被称为免维护电池，而生产厂家又承诺该电池的使用寿命为10 ~ 20年（最少为8年），这样就给我们电力系统维护人员一种误解，似乎这种电池既耐用又完全不需要维护，许多用户从装上电池后就基本上没有进行过维护和管理，在90年代初，随着使用时间的增长，ups电源技术也在同步发展，使用的VRLA电池出现了很多以前未遇到的新问题，例如电池壳变形、电解液渗漏、电极腐蚀、容量不足、电池端电压不均匀等，VRLA电池内部接线柱、同极的连接片以及电极接头的腐蚀而狭训南窒笠脖瓤谑降绯馗７⑸庑┕收隙嫉贾氯萘克鹗В?/span>VRLA电池端电压与放电能力无相关性，这使使用单位不易掌握VRLA电池的耐久性和失效问题。我们维护部门以前往往只重视备用电源的设备部分的维护和管理，而忽视电池组的重大作用，殊不知断电的危险很大程度上就潜伏在电池组。 整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满。充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充--放电 --均充--放电--浮充的恶性循环，容量不断下降，电池后备时间缩短。 所以如不定时检测，电池和电池组的定期检测和在线监测是非常重要和必须的，已经是是电源系统中非常重要的环节。但是，从多年的运行维护效果来看，对于蓄电池进行电压检测已经不能充分反应蓄电池的问题，预警性和前瞻性较差，无法准确及时找出老化电池。因为浮充电压小幅值的差异监测并没有办法区别和处理，也就是对于电池性能变坏，电池容量已经大幅下降的老化电池的准确判断，电压参数无能为力，而是当放电时发现某电池的放电电压（或曲线）异常才有警告，但一般为时已晚。 如果无法十分清楚地了解蓄电池内部性能参数，如蓄电池的内阻、当前的剩余容量，如果蓄电池组中有落后的蓄电池,也无法提前准确判断和维护，所以蓄电池的内阻和当前的剩余容量的监测可以作为我们有效的手段，VRLA电池和电池组在运行过程中，随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象，实践证明，整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值（初始值）为准，当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90％ 以下时，电池便进入衰退期，当电池容量下降到原来的80％以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，这时电池组已存在极大的事故隐患。 UPS电源在轨道交通中的应用案例 在以往的轨道交通工程中，车站各弱电系统分别配置自己的电源系统，存在设备重复配置、利用率低，占地面积大，经济上不合理等缺点。在运营维护中，各系统基本没有专业的电源维护人员，造成实质上的电源系统维护少或维护不当的状况导致蓄电池容量降低，不能达到备用时间要求。国内地铁曾发生由于蓄电池的原因，造成行车中断的情况。 随着电力电子设备制造工艺和应用技术的发展，大容量电源系统和先进控制技术在通信和电力系统中成熟使用，为轨道交通工程中实现对各个弱电电源系统的整合提供了有利条件。在中国已有的地铁工程中，如北京地铁机场线工程中已经就车站弱电系统电源整合进行了初步尝试。 UPS电源运用在民航机场领域的解决方案 一、当前民航系统UPS的使用状况 1. 当前UPS的使用现状 民航是一个特殊的用电系统，有两大重点IT用电系统应是万无一失的：机场管理和空中管制。机场中跑道的管理、以高速运行的飞机的全天候起飞和降落等，都需要精确的调度和安排；飞机是在空中高速运动的载体，空中管制稍有不慎就会机毁人亡。所以这些指挥和调度设备的用电就不允许有丝毫的差错，因而就对正常用电的可用性提出了很高的要求。 在民航系统，UPS是保证可靠供电的必选设备，然而任何UPS单机都不能保证有100%的供电可用性。因此，冗余配置成了首选方案。目前不论是航管楼、雷达站还是信标站，几乎都采用了UPS冗余配置方案，使可用性有了很大程度的提高。 2. UPS使用中存在的问题 民航既是一个要求供电非常苛刻的系统，也是一个用电量庞大和花费巨大的系统。单就全国几百个机场使用的各种容量的UPS而言，就是一个庞大的数字。换言之，每个机场稍稍节约一点就也是一个庞大的数字。目前这些地方的UPS容量配置就有不少是不尽人意的。比如不少地方比如有些信标站等用电设备的用电量还不足UPS单机容量的30%，而且冗余方式还是串联热备份结构，即使有的地方能充分利用容量，但由于系统的过载能力差，也使整个系统的可靠性不会提得太高。这许是由于当时的条件所限，可在新机场建设中设法修改。 又比如，在某些供应商以‘双总线+STS冗余连接可靠性最高’的所谓“新产品”“新概念”的极力“推荐”下，某些新机场就采用了如图1(c)两台UPS单机加STS冗余方案。 显看出这是双单机冗余方案中可靠性最差的一种。在假设组成系统各单元可靠性都为0.99的情况下，根据可靠性计算得出：(a)系统可靠性最高（0.9999）；(b) 系统可靠性次之（0.9998），不可靠性为(a)系统的2倍；(c) 系统最差（0.9996），不可靠性为(a)系统的4倍，多花钱还买了个占地面积更大的低可靠性系统。甚至有的地方在单机并联系统中又投资进一步增加了所谓“同步器”的新产品，使不可靠性超过了 (a)系统的百倍以上。 二、山特UPS在民航机场领域的应用 1. 山特UPS的结构特点 作为一个老资格的著名的国内UPS公司，它的产品种类很多，可靠性指标及其他质量多年来一直是名列前茅。在技术和工艺已经成熟的今天，很多国外公司都已经以国产品为OEM，即可说明国产品已和国外齐眉，更何况早已出口多个国家。在此单就山特ARRAY系列A和3A3 UPS产品作一简单介绍，因为这类产品在民航系统使用有其很大的优越性。 ARRAY系列的3A3 UPS是目前最流行的N+X模块冗余式产品之一。N+X模块冗余式UPS产品有两类：.“控制电路与功率模块分离式结构”，如美国的Symmetry、“英飞”、9170等；“功能集中式N+X冗余并联结构”，如瑞士的Newave，以色列的伽玛创立和山特的ARRAY。这两类结构都可以灵活增容、容易管理和减少冗余投资。但在可靠性和可用性方面，“功能集中式N+X冗余并联结构”明显优于“控制电路与功率模块分离式结构”。比如假设所有模块的平均无故障时间都为500000h，在都为4+1模块冗余的情况下： “控制电路与功率模块分离式结构”系统的可靠性为0.9877（可靠性为1个“9”） 可用性为0.9999976 “功能集中式N+X冗余并联结构” 系统的可靠性为0.9903（可靠性为2个“9”） 可用性为0.9999985（比前者提高了10%） 由此可以看出，后者的性能要比前者优越得多。当然，初看起来相差无几，而实际上就是这一点点差异在可靠性和可用性上就会显示出截然不同的结果。而且，前者有瓶颈效应，而后者没有；前者任何一个模块都不能独立胜任UPS工作，而后者每一个模块就是一个独立的UPS电源；尤其是在作为备用期间，前者只能压仓库，而后者可以作为电源临时应用，实现了物资充分利用的功能，等等。 2. 高可靠供电系统的解决方案 从上面的讨论可以看出，用山特A（4～24kVA） 和3A3（15～120kVA） UPS N+X模块冗余式UPS可以方便地将原来单机冗余配置方案改为单机柜配置。如图2（a）和（b 所示。这样一来，不但缩小了占地面积，而且也将一些原来的热备份串联连接变成了直接冗余并联，减小了体积，节约了投资，提高了可靠性与可用性。优化了性价比。 当容量较大但小于120kVA时，可用双机3A3通过静态开关STS进行冗余备份，如图2 （c）所示。如果此时每一个3A3机柜中都是5+1并联，仍根据前面的数据，其系统的可靠性就很高，可用性就更高。比如开始先由3A3UPS2供电，即使这个机柜中的一个模块故障，由于供电仍正常进行，不需要STS切换，只有两个模块同时故障时才需要切换。在切换后的3A3UPS2维修期间，如果3A3UPS1中的一个模块故障，由于供电仍正常进行，对负载照常供电。因此，由于这层层的供电保险冗余，就显著地提高了可用性，而双单机冗余方案只允许一个单机故障，而不允许第二个再出现故障。同样是两个机柜，但发挥的作用相差很大，这就是它们的不同之处。当容量超过120 kVA时，可采用图3的方案，此方案可达600 kVA，若要求更高的可靠性和可用性，就可用静态开关STS将两组互投，至于可否采用同步器LBS，需要进一步慎重考虑，不可轻易加入。至于其他系列的UPS产品，可根据当时的实际情况选用也不失为良策。 车站UPS整合主要原则 (1)整合后的电源系统应满足所有被电源整合的各系统对电源的技术要求，保证各系统的可靠安全运行。(2)整合后的电源室应靠近弱电负荷中心布置，以便于馈电电缆布局.减少线路压降及线损，提高供电线路的安全可靠性。(3)电源系统整合应根据被电源整合各系统的负载性质、电源需求等技术要求统～考虑.以便进行的硬件配置。(4)电源整合应尽量减少不同系统间电源的相互影响。 UPS电源整合系统硬件构成 (1)电源及蓄电池设置。 设置两套电源装置，在工程实施工程中，具体收集每一个设备的用电需求资料，并由此计算出较精确的容量。为确保能够长期安全可靠的运行，推荐UPS的最大负载量一般为60%～80%UPS的额定输出功率。根据相关工程经验，典型地铁车站各弱电系统的负载总量一般约为130kVA左右，所以每套UPS的容量可选160kVA。 设置两组蓄电池运行方式灵活。可以退出一组蓄电池组进行维护不影响运营.可靠性、可维护性高。 (2)负载同步控制器。当两路UPS电源不同步时，在转换过程中可能造成负载电压的扰动、接通时电流过大而停机。如要在电源不同步时可靠地转换.则必须增长间断时间(一般为13ms).这样将对负载非常不利(计算机负载电源间断时间不大于6ms)。 设置负载同步控制器，可保证两套UPS电源装置输出的电压幅值相同波形相同、频率相同，实现平稳可靠地转换。 (3)智能控制单元。智能控制单元负责控制管理UPS电源装置蓄电池，对UPS电源整合系统监控信息上传。 储能逆变器在智能电网中的作用及应用 储能系统已被视为电力生产过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地进行需求侧管理，削峰平谷，平滑负荷，可以更有效的利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，同时也是提高电力系统运行稳定性、调整频率的一种手段。所以，采用储能技术对智能电网的建设具有重大的战略意义。 储能逆变器是电网与储能装置之间的接口，能够应用在不同的场合（并网系统、孤岛系统和混合系统），具有一系列的特殊功能的逆变器。 储能逆变器是一类适合智能电网建设，应用在储能环节，以双向逆变为基本特点，具有一系列特殊性能、功能的并网逆变器。智能电网中的储能环节能有效调控电力资源，能很好地平衡昼夜及不同季节的用电差异，调剂余缺，保障电网安全。是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。没有储能，智能电网的实现是不可能的。储能逆变器适用于各种需要动态储能的应用场合，就是在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出；在微网中起到应急独立逆变作用。 储能逆变器工作模式：储能逆变器运行模式可分为并网模式、孤岛系统模式和混合系统模式。 并网模式 并网模式中，BESS连接在一个大容量公用电网中，大容量是指该电网的总容量至少比BESS容量大10倍以上。并网模式的主要特征是BESS必须与存在的电网频率同步。要做到与电网同步，BESS相对于电网来说作为一个电流源。有些情况下，BESS必须能通过无功控制为电网提供电压支持。 孤岛系统模式 该模式常用于负载整形、滤波、调峰和调节电能质量。孤岛系统模式孤岛系统模式是BESS与一个或多个发电系统并联形成一个局部的“微网”。孤岛系统的主要特征是局部电网与大电网脱离，BESS的额定功率与局部电网产生的总功率大致相等。在这个系统中，BESS必须可以充当网路电源，给“微网”提供电压和频率控制。 孤岛系统的特征是BESS与局部电网相连，这些情形可能存在于偏远山区或小岛屿。常见应用包括平滑由可变电源和/或可变负载引起的功率波动，稳定电网，优化燃料的使用和调节电能质量。 混合系统模式 混合系统模式必须能够在并网系统和孤岛系统之间进行切换。混合系统的主要特征是BESS与小的局部网相连，该电网轮流与公共大电网连接。正常工作状态下BESS与大电网并联作为并网系统运行。如果电网掉电，局部电网与大电网脱离，BESS工作在孤岛系统控制局部电网。常见应用包括滤波，稳定电网，调节电能质量和创造自愈网。 储能逆变器的主要功能和性能指标