周麗娜，左建華

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005；2.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005）

尼爾基發(fā)電廠UPS智能化改造設(shè)想

周麗娜1，左建華2

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005；2.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司,黑龍江齊齊哈爾161005）

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化水平的不斷提高，尼爾基發(fā)電廠UPS電源需要進(jìn)行智能化升級改造。文章首先詳細(xì)介紹尼爾基發(fā)電廠UPS使用情況及改造原因；其次根據(jù)全廠交流負(fù)載總?cè)萘?、輸?輸出電壓、工作環(huán)境和現(xiàn)場運行等因素，詳細(xì)闡述微機(jī)智能化UPS系統(tǒng)的重點內(nèi)容，主要包括型號選擇、工作原理、控制原理和智能化UPS微機(jī)系統(tǒng)平臺等方面的建議；最后通過改造后的微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)，確保全廠UPS電源系統(tǒng)的安全性和避免了事故隱患的存在，更加符合尼爾基發(fā)電廠設(shè)備運行的實際情況。

微機(jī)智能化UPS；工作原理；控制原理

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化水平的不斷提高，全廠UPS電源在尼爾基發(fā)電廠運行已8年，早已不能滿足現(xiàn)場設(shè)備的需要，并且在實際生產(chǎn)運行中存在產(chǎn)生諸多隱患。現(xiàn)結(jié)合自身學(xué)習(xí)和翻閱相關(guān)UPS電源資料，建議將原有的GL10KF型電力在線型UPS電源改造為柏克MP 3 110 K系列智能化UPS電源，同時將其它UPS電源數(shù)據(jù)通過各自的通信端口傳送到中控室上位機(jī)UPS電源主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，組成功能強大的智能化UPS系統(tǒng),進(jìn)而對尼爾基發(fā)電廠全廠UPS電源各項數(shù)據(jù)進(jìn)行全面實時監(jiān)控，保證了全廠安全穩(wěn)定運行。

1 尼爾基發(fā)電廠UPS使用情況及改造原因

1.1 UPS使用情況

現(xiàn)尼爾基發(fā)電廠共有UPS電源7個，分別為后備式和雙變換在線兩種類型，型號為SMART-1KVA、SANTAK-1KVA和GL10KF。機(jī)組、廠房滲漏排水泵和0.4kV廠用電UPS為后備式，全廠交流系統(tǒng)UPS為雙變換在線式。全廠交流系統(tǒng)UPS電源供全廠交流負(fù)荷，機(jī)組UPS電源供機(jī)組主、輔機(jī)PLC電源，廠房滲漏排水泵UPS電源供廠房滲漏排水泵、檢修排水泵控制PLC電源。

1.2 改造原因

尼爾基發(fā)電廠自2006年機(jī)組投入發(fā)電至今,全廠交流系統(tǒng)UPS和廠房滲漏排水泵UPS一直在投入使用，而機(jī)組UPS電源為2007年安裝，雖然均為電力在線型UPS電源，但均不是微機(jī)智能化UPS電源，隨著現(xiàn)代智能化水平的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今已不能滿足尼爾基發(fā)電廠設(shè)備長期穩(wěn)定運行的需要，因此需要對全廠UPS電源進(jìn)行升級改造。改造原因如下：1）全廠UPS電源沒有通過通信接口將各項數(shù)據(jù)傳送到尼爾基發(fā)電廠中控室上位機(jī)，不能獲取電源工作時的有關(guān)參數(shù)，也不能實時監(jiān)視電路中各部分的工作狀態(tài)，只能依靠值班人員現(xiàn)場巡回檢查掌握其狀態(tài)，如出現(xiàn)問題不能及時處理；2）全廠交流UPS電源無智能顯示屏，不能進(jìn)行人機(jī)交換和時刻了解裝置運行情況；3）當(dāng)UPS電源交流失電或UPS電源本身裝置故障時，不能進(jìn)行自動執(zhí)行廣播報警；4）現(xiàn)有的全廠交流系統(tǒng)UPS電源無微機(jī)中央處理控制器，當(dāng)發(fā)生故障時不能通過自動檢測判斷故障部位，給出處理方法與途徑，只能依靠值班人員進(jìn)行處理。

2 全廠交流UPS的型號選擇及性能

2.1 型號選擇

根據(jù)尼爾基發(fā)電廠全廠交流負(fù)載總?cè)萘?、輸?輸出電壓、工作環(huán)境和現(xiàn)場運行等因素，選用柏克MP 3 110 K智能化UPS電源代替原有的GL10KF型電力在線UPS電源。MP 3 110 K系列UPS電源是采用全球最先進(jìn)的DSP數(shù)字化控制技術(shù)，具有語音報警功能、高速微處理器（MCU）、可編程邏輯器件（CPLD）、第六代低損耗大功率IGBT和靜態(tài)開關(guān)，實現(xiàn)了非凡的創(chuàng)新。在數(shù)字電路模式下，高速微控制器和可編程邏輯器件對電路控制、參數(shù)設(shè)定和運行管理更加完美，自檢和自偵測功能更加強大。全程采樣技術(shù)不僅有電路板上的所有獨立電路連接進(jìn)行自檢和故障分析，更能經(jīng)數(shù)碼變換為極度純正和穩(wěn)定的正弦波電壓，確保系統(tǒng)超穩(wěn)定運行。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 MP3110K主要技術(shù)參數(shù)

2.2 工作原理

UPS電源它是一種含有儲能和穩(wěn)壓裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、微機(jī)處理器、顯示單元和通信單元等幾部分組成。一般是由主電源和備用電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組合而成，它們之間由邏輯電路進(jìn)行控制，以保證在電網(wǎng)正?；蚴鹿释ｋ姞顟B(tài)下，使整個系統(tǒng)都能可靠工作。在市電正常時，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器，在由逆變器向負(fù)載提供交流電；在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。僅僅在逆變器出現(xiàn)故障時，才通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換為市電旁路供電。特點是有極寬的輸入電壓范圍，零時間自動轉(zhuǎn)換，有效地保證輸出不間斷的電源，特別適合對電源要求較高的場合，缺點是成本高。目前我國功率大于3KVA的UPS幾乎都是雙變換純在線式UPS電源。工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理

2.3 控制原理

2.3.1 顯示通訊單元

顯示通訊單元是將整機(jī)的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)通過LED和LCD顯示出來，同時還通過RS 232，RS 485，SNMP卡和干接點信號等，配合后臺原件實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。MP31采用了大屏幕LCD（128× 64）觸摸屏設(shè)計。顯示器圖形化操作界面，表格式的數(shù)據(jù)顯示，560條超長的事件記錄，對UPS電源供電狀態(tài)進(jìn)行分析和管理提供很好的幫助。語音報警功能可以通過UPS電源主機(jī)自身語音報警器或通過RS 485鏈接中控室上位機(jī)語音報警告知當(dāng)前UPS電源的運行狀態(tài)及事故情況。

2.3.2 微機(jī)處理器單元

MP31系列UPS電源高度融合了數(shù)字化技術(shù)，提高了MTBF和可靠性。有獨立的一個控制板控制整個系統(tǒng)工作，采用DSP高速微處理器控制，電壓和電流可通過軟件自校準(zhǔn)不需任何可調(diào)電阻保證設(shè)備穩(wěn)定和可靠性。控制原理如圖2所示。

2.3.3 整流器和充電單元

圖2 控制原理

整流器是為逆變器提供波紋很小的直流電壓。它由隔離變壓器、可控硅整流元件、輸出濾波器和相應(yīng)的控制組成。主電輸入經(jīng)整流開關(guān)控制，首先經(jīng)諧波濾波器，再經(jīng)6脈沖或12脈沖整流器將交流電整流成直流，再濾波變換成穩(wěn)定的直流總線。整流控制電路通過對輸入電壓、頻率和對直流總線的測量對整流器進(jìn)行控制，輸出穩(wěn)定的直流電供給逆變器和電池組。當(dāng)UPS電源連接上電池組時對電池組的電壓和電池進(jìn)行測量，整流器進(jìn)入電流和電壓雙環(huán)控制，當(dāng)電池電壓低時為恒流模式充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到浮充電電壓時，自動轉(zhuǎn)為恒壓充電模式。整流器如圖3所示。

圖3 整流器

2.3.4 逆變器單元

逆變器單元由采樣電路、單片機(jī)控制電路、IGBT驅(qū)動電路、IGBT模塊、逆變隔離變壓器、濾波電感及電容和保護(hù)電路構(gòu)成。微機(jī)處理器通過采樣信號進(jìn)行微機(jī)處理器計算后產(chǎn)生SPWM信號、隔離驅(qū)動、IGBT模塊總線的直流變換成高頻SPWM波，再通過隔離變壓器、逆變?yōu)V波器濾波后輸出純凈的正弦交流電。同時通過反饋采集的電壓、電流、溫度等信號對輸出電壓、波形進(jìn)行調(diào)節(jié)，還進(jìn)行實時保護(hù)。逆變器單元如圖4所示。

2.3.5 靜態(tài)開關(guān)

圖4 逆變器單元

靜態(tài)開關(guān)由一組并聯(lián)反接可控硅和相應(yīng)的控制板組成。是由控制板控制可控硅的切換，當(dāng)逆變器故障或過載時，會自動切換旁路電源運行并發(fā)出報警信號，總切換時間不大于4 ms。逆變器恢復(fù)正常后，經(jīng)適當(dāng)延時切回逆變器運行，切換邏輯保證手自動切換過程中連續(xù)供電。

2.3.6 自動和手動旁路單元

旁路開關(guān)是為了提高UPS電源系統(tǒng)工作的可靠性而設(shè)置，能承受負(fù)載的瞬時過載或短路。旁路電路是將輸入通過開關(guān)電路直接轉(zhuǎn)換到輸出供電。當(dāng)逆變器關(guān)閉或故障時，微機(jī)處理器高速控制靜態(tài)開關(guān)自動切換到旁路供電，因而保證了對負(fù)載不間斷供電。手動旁路是為了檢修UPS裝置時對負(fù)載進(jìn)行供電。

3 微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)平臺

微機(jī)智能化UPS電源監(jiān)控系統(tǒng)必須全面考慮實時性、可靠性、可維護(hù)性、實用性、可擴(kuò)充性等多方面要求，采用高可靠性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件統(tǒng)一和硬件開放的模式。在尼爾基發(fā)電廠中控室操作員站旁單獨增設(shè)一臺計算機(jī)作為UPS電源系統(tǒng)的主站。它是全廠UPS電源集中監(jiān)視和控制功能的人機(jī)接口，可以實現(xiàn)直接對全廠UPS設(shè)備進(jìn)行各種控制操作、顯示實時圖形、各項數(shù)據(jù)和報警等?，F(xiàn)場的UPS電源負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的采集、處理及事件的記錄，信息傳輸，設(shè)備控制等工作。通過光纖以太網(wǎng)采用通信接口RS 232或RS 485的通訊協(xié)議與UPS主機(jī)組網(wǎng)，傳遞各種設(shè)備實時數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 全廠微機(jī)智能UPS電源系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

尼爾基發(fā)電廠廠用UPS電源系統(tǒng)改造為微機(jī)智能化UPS電源系統(tǒng)后，值班人員可以直接通過中控室上位機(jī)監(jiān)視運行中的UPS電源所有數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生故障時，大大縮短了故障處理的時間，確保全廠UPS電源系統(tǒng)的安全性和避免了事故隱患的存在。因此，尼爾基發(fā)電廠對全廠UPS電源系統(tǒng)智能化改造是切實可行的，是不容忽視的。經(jīng)過改造后的微機(jī)智能化UPS電源將會更加合理、更加安全，更加簡單，更加符合尼爾基發(fā)電廠設(shè)備運行的實際情況。

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TV672 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）09—0065—04

2017-06-18