浅析应急电源

摘要：介绍分析了几种常用应急电源的工作原理，比较了它们的优缺点。我们在工程设计中应该根据工程特点，分析应急负荷的特性，允许中断供电的时间，以及正常电源故障后需要维持供电的时间，也可以采用几种应急电源相结合的方式，选择既满足供电可靠性要求又经济合理、便于维护的应急电源。

关键词：应急电源UPSEPS柴油发电机组燃气发电机组

一、应急电源的重要性

随着社会发展,越是信息化,现代化,就越依赖于电力.突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响,尤其是对于生产、生活别重要的负荷,一旦中断供电,将会造成重大的经济损失。然而,电力故障具有突发性,不以人们的意志为转移,即使电网设施再先进,意外的断电也在所难免。目前,城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电,为城市电力提供可靠的电源保护.但从企业及工业,民用建筑使用情况来看,仅仅靠公用电网还远远不够,必须具备应急供电系统,其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力,以有效降低因为断电而造成的损失,为人们生产和生活安全提供保障.因此,应急电源也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分.

二、常见应急电源的工作原理及适用负荷

应急电源主要包括UPS、EPS、柴油发电机组、燃气发电机组.下面分别介绍一下各自的特点。

1、UPS电源的工作原理及主要特性 UPS即uninterrupted power supply,也就是我们常说的不断电电源系统，就是当停电时能够接替市电持续供应电力的设备，它的动力来自电池组，停电时间下继续供应电力。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断( 事故停电 )时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载持续供电一段时间，就足够你完成手头工作，存档关机之类的,保证负载软、硬件不受损坏。

2、EPS电源的工作原理及主要特性

EPS即英文Emergency Power Supply的简称, 翻译成汉语也称应急电源,但对于电力设计而言，EPS电源只是应急电源中的一种（参见《供配电系统设计规范》），因此本文中称其为EPS电源。EPS应急电源主要采用SPWM(交流脉带调制)技术，系统主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置等部分。其中逆变器是核心，整流器的作用是将交流电变成直流电，实现对蓄电池及向逆变器模块供电。逆变器的作用则是将直流电变换成交流电，供给负载设备稳定持续的电力，互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换。

3、柴油发电机组、燃气发电机组的简介

发电机组根据燃料的不同，分为柴油发电机组、燃气发电机组。

燃气发电机组是我们在天然气、煤层气等站场工程、管道工程中优先考虑的。在没有合适燃气来源的情况下一般选择柴油发电机组。所以，本文中将柴油发电机组、燃气发电机组当作一类应急电源来进行分析比较。发电机组适用于允许中断供电时间大于15S的各类负荷。

三、常见应急电源的比较

1、UPS电源与EPS电源的比较

EPS电源可以说是近几年才讯猛发展起来的一个新兴产业,相比于发展很成熟的UPS而言,有相同之处,也有不同之处.其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能,均采用IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术，不同之处较多，下面列表对他们进行比较。

表1EPS电源与UPS电源的比较

技术指标 EPS消防应急电源 UPS不间断电源 EPS优势

结构 逆变器冗余量大，在120%负载下能正常运行，机内有进线和出线馈线功能；有多路互投功能；有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠动及鼠咬等措施。 逆变器冗余量小，在120%负载下1min关机；机内无进线和出线馈线功能；无消防联动功能，机壳和导线不需阻燃；无多路互投功能。 功能强大

运行方式 采用离线运行方式，高效节能、噪音低 采用在线运行方式，效率70％，噪音高 无噪音

节电 在电网正常时处于睡眠状态,耗电不足0.1%,无电网供电时,其效率92%以上 在电网供电正常时也工作,其效率仅80%-90%,约有10-20%的电能被消耗 省电10%~20%

寿命 只有在电网无电时才进行逆变工作,主机使用寿命相对长,一般15-20年. UPS是只要开机就连续不间断工作,因此寿命相对较短,一般5-8年 寿命长

价格 主机价格低 主机价格比较贵 有一定价格优势

负载适应性 尤其适应电机等电感性负载和各种混合用电负载 UPS只适应电容性和电阻性负载(计算机负载) 适应性强

系统组成 简单，故障率低 复杂，故障率高

服务对象 照明、电机、水泵、风机等 计算机类

断电转换时间 毫秒级(不大于100ms) 不间断

工作目的 确保应急供电万无一失 确保供电不间断和稳压

从上表可以看出，与EPS相比，UPS的优越性在两个方面。一方面供电不间断，在正常电源故障时，由UPS所供电的负荷不会有任何影响；另一方面，在正常电源电压波动较大时，UPS还兼有 稳压器的作用。除了上述两方面，EPS电源都有较大的优势。

2、EPS电源与柴油（燃气）发电机组的比较

用柴油发电机组作为应急电源柴油发电机组是目前大部分工程所采用的,也是最常见的应急备用电源,由于柴油发电机的容量较大,可并机运行且连续供电时间长,所以已经有较长的应用历史。然而,无论发电机的启动速度有多快,从停电后使发电机接到启动信号开始,至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止,至少需要数十秒至数分钟,这段时间,所有用电设备均停止工作,就可能造成少数设备的损坏或生命财产的安全。而EPS的启动一般不会超过25ms,所以不会影响设备的正常工作. 另一方面,柴油发电机应用在应急供电场合,有诸多不利之处,主要有: (1) 在高层建筑中,柴油发电机组一般放在地下室,设计难度大,造价高,配备进风、冷却、排烟、减震、消音等设施都需要充分考虑. (2) 存在火灾隐患,其油罐像一个极为危险的“炸弹”,万一失火,后果不堪设想. (3) 日常维护比较频繁,工作量大. (4) 柴油发电机噪音大,产生公害. (5) 排烟中有大量的二氧化硫,污染严重,影响环保。

将EPS与柴油发电机的性比价作一个比较:以负载容量为200KW为例,选用EPS时,其额定功率与负载功率为1:1即可,其总价约为60万元左右;而选用柴油发电机时,其额定功率与负载功率应为1.3-1.5:1.所以,200KW的负载,用柴油发电机则需要用250KVA规格,该机组价格为40万元左右,但是除机组本身价格之外,还需油罐(2-3万元)、控制屏(2-3万元)、ATS(2-3万元)、自启动(3-5万元)、噪音治理器(1-2万元)、通风/排烟/冷却等设施(1-3万元)、机组本身消防措施(2-3万元)、后期的维护费用(1-2万元)、专用房屋费用(2-5万元),所以使用柴油发电机的费用除机组本身价格外,还需外加其他辅助装置费用约16-29万元,现以20万元计算,即选用柴油发电机机组的总价格为60万元左右,所以,二者价格差不多.从中也不难看出,如果EPS容量小于200KW时,其价格要小于进口柴油发电机的综合造价。

四、结束语

UPS电源主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。EPS电源适用于电机等电感性负载和各种混合用电负载，包括照明、电机、水泵、风机等，中断供电时间小于100毫秒。柴油（燃气）发电机组适用于功率较大、停电时间较长的状况，中断供电时间大于15秒。我们在工程设计中应该根据工程特点，分析应急负荷的特性，允许中断供电的时间，以及正常电源故障后需要维持供电的时间，也可以采用几种应急电源相结合的方式，选择既满足供电可靠性要求又经济合理、便于维护的应急电源。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。