不间断电源范文

不间断电源篇1

关键词：类型；系统配置；配套；方案

中图分类号： U223 文献标识码： A 文章编号：

O 引言

电网调度自动化、配电网自动化、电力信息专业为保障电网生产的安全性、稳定性、可靠性、经济性起着重要的基础作用。由于智能化电网推进迅猛。对调度自动化、配电自动化、信息网络系统设备配套用不间断供电电源系统尚没有典型配置方案．给各专业在工程选择配套不问断供电电源方案带来困难。为配合智能电网系统工程达到实施目标的完整性，各专业新建和改造工程项目中不间断供电电源的方案选择，对于提高各专业设备运行率、保障电网生产安全可靠运行有着重要的意义。

1 不间断供电电源系统分类

在交流电源停电后，依赖蓄电池储能，经逆变器转换或蓄电池组直接向负载持续供电的电源系统，称为不间断供电电源系统。按设备用基础电源分为直流不问断供电电源系统和交流不问断供电电源系统。常见的有交流AC 220 V供电电源系统(UPS)、直流DC 48 V供电电源系统。

1.1 系统基本结构

1.1.1系统简述

不间断供电电源系统由整流单元、蓄电池单元、逆变单元、开关切换单元组成，通常称为UPS供电系统。UPS供电是由各单元集合为一个整体结构形成的一体化系统。按运行模式分为后备式和在线式。一般小型容量采用后备运行模式，中大型容量采用在线运行模式。大容量在100 kVA以上、中型容量为10～100 kVA、小型容量为3～10 kVA、微型容量在3 kVA以下。

后备供电模式，如图1所示。

图1后备供电模式

后备供电模式应用于设备对电源供电系统技术指标较低的场所。在市电正常供电时，继电器触点4和5接通给蓄电池充电、触点1和2接通由市电输出向负载供电；当市电停电时。继电器的触点2和3、5和6接通由逆变器输出向负载供电。该系统结构简单、投资成本低、运维简便；但系统稳定性差、运行可靠性低。

在线供电模式，如图2所示。

图2在线供电模式

在线供电模式通常用于商业、银行、机关、团体、医院、学校等多种行业。当交流停电时，无开关切换时间，持续向负载供电。该系统运行稳定、可靠、操作简单；但工程投资大，设备安装工程量较大，蓄电池使用寿命较短，现场维护安全性较差。

3) DC 48 V在线供电模式，如图3所示。

图3 DC 48 V在线供电模式

DC 48 V在线供电模式通常用于设备专业性强的电信、移动、联通、电力通信等行业。该系统是在线浮充运行供电模式，交流电源停电后无切换时间，持续向负载供电。系统运行稳定、可靠，运维成本低、蓄电池使用寿命长。现场作业维护安全方便。该系统设备一般为独立机柜，占用机房面积较大。设备安装工程量较大，工程投资成本较高。

2 供电电源方案分析

2.1 各行业主站端供电电源方案应用概率汇总

1)在电信、移动、联通行业及电力通信专业，主站端设备供电电源采用DC 48 V方案的概率占100％；采用DC 48 V加逆变器AC 220 V(AC 220 v／DC 48 V)组合方案占5％、UPs AC 220 V(AC 220 V／DC 48 V)方案的概率占5％：目前在主站端未采用UPS交流220 V(AC 220 V／DC 220 V)供电电源方案。

2) 电力自动化、配电自动化专业，主站端供电电源采用DC 48 V加逆变器AC 220 V(AC 220 V／DC 48 V)组合方案占30％；UPS 220 V(AC 220 v，DC 220 V，DC 380 V)方案占30％：UPS 220 V(AC220 V／DC 48 V)方案占30％：目前在主站端未采用DC 48 V独立供电电源方案。

3) 电力信息专业，主站端(中心机房)设备用供电电源采用UPS AC 220 V(AC 220 V巾C 220 v／DC 380 V)方案占100％；目前在主站端未采用UPS AC 220 V(AC 220 V，DC 48 V)方案、DC 48 V方案、DC 48 V加逆变器AC 220 V(AC 220 V，DC48 V)组合方案。

4) 商业、团体类应用供电电源方案在主站端设备用供电电源采用UPS AC 220 V(AC 220 v／DC 220 V)方案的占50％，此方案用于大型商场、银行、医院；采用UPS AC 220 V(AC 220 V，DC48 V)方案占50％，此方案用于商业、团体类行业。

2.2 行业应用方案分析

2.2.1 方案特点对比与分析

方案特点对比见表 1 所列。

1) 方案一：社会流行较早的一类产品，结构简单不完整。该类UPS供电用基础电源的蓄电池组的工作电压较低，一般有12，24，36，48 V等电压等级的产品：产品安装简单、维护简单、无需配置专人管理维护：但运行可靠性低、蓄电池使用寿命短、产品属简易类型、无蓄电池组运行管理功能。

2) 方案二：单相和三相四线制产品，其UPS供电用基础电源，蓄电池组端电压一般在96，120，160，220，380 V。该产品安装工作量大、运行操作不方便、维护安全性差、部分产品的蓄电池运行管理功能不够完整，易造成蓄电池使用寿命缩短，UPS供电可靠性降低。

表1 方案特点对比

3) 方案三、方案四：通信行业最常见的供电电源模式。通信行业主站端设备工作电源选用DC48 V电压等级。现场运行方式采用浮充供电工作模式．使得交流供电中断后无电源转换或切换的时差，即零切换时间；交流停电后没有二次供电电能转换。蓄电池组直接向用电设备供电，其工作效率高：蓄电池组电压48 V现场操作维护安全防护性好：整流器(高频开关电源)有较完整的对蓄电池组的运行管理功能，基本做到智能化管理，有利于保障蓄电池组的正常使用寿命。

通信行业的主站端设备较为集中，对通信设备运行管理广泛采用网络监控系统。该网络监控终端设备一般为通用型电脑，其使用工作电压AC220 V与DC 48 V供电方案不对应，因此加用小功率逆变器将DC 48 V转换为AC 220 V，向网络监控终端用电设备供电。逆变器的配置是根据工程项目实时功率进行选配，减少工程一次投资费，后期工程可以同步增加逆变器模块进行扩容。

2.2.2 电源工作效率

不问断供电电源的工作效率是较为蘑要的技术指标，直接影响蓄电池组供电持续时间和节能，对供电电源系统的评价有极为现实的意义。表2中方案一、二是UPs(AC 220 V)供电方案。不论选用后备或在线运行机型，都存在交流停电UPS工作时内部逆变单元转换效率电能损失问题。

不间断电源篇2

1 概述

UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。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。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继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

针对UPS的产品特点，UPS的电磁兼容主要包含以下几个部分：电源的输入、输出传导干扰；电源的辐射骚扰；UPS的抗干扰特性。下面逐项阐述达到相关标准要求的设计方法。

2 输入、输出传导干扰的抑制

针对传导骚扰，可以从三个方面来考虑：干扰源、传导途径和直接的骚扰抑制。

（1）干扰源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC变换，有SPWM逆变的DC/AC逆变器，有PFC的高频变换电路，有DC/DC变换的回路，这些都是UPS内重要的骚扰源，尤其是其中的变压器、电感、高频电流回路，因此，合理地设计相应变压器和电感的参数、加工工艺和在整机中的布局将可能大幅度降低它们的骚扰强度，合理地设计高频电流的PCB、布线也可以改善UPS的骚扰；对于功率变换器中的驱动电路，可以在不影响效率和内阻的情况下加大驱动电阻，增加开关电源的上升、下降沿时间，从而减少电压、电流的高频谐波含量。

（2）传导途径的抑制：由于所有的传导干扰只有通过适当的空间和导体途径才可能作用到UPS的输入、输出电源端子，因此，尽量减少传递的途径也是减低UPS不间断电源骚扰的有效方法。例如，将所有的干扰源安装在离输入、输出端子较远的位置，输入、输出的电源线不从干扰源附近走线，在干扰源的进出位置加强抑制处理，通过屏蔽手段将干扰源和其它部分进行空间隔离，电源的输入、输出等分别在整机的相对较远位置等。

（3）直接的骚扰抑制：对于采用上述方法后仍然无法符合标准要求的情况，直接在输入、输出回路采用相应的EMI滤波器件，如电感、高频电容、专用滤波器等将可以再次有效压低UPS整机对外的传导干扰，实践表明，只要适当加大滤波器的相关参数和衰减的DB值，一般都可以将UPS的传导骚扰压低到标准的限值以内。当然，滤波器的安装必须越靠近输入、输出电源端子越好，因为即使是多几厘米长的接线也会增大干扰，插座式的滤波器将是最为理想的选择。另外，在滤波器中的电容或外加的EMI滤波电容最好是无感的，以增强滤波效果。

3 整机辐射干扰的抑制

对于UPS的辐射干扰，主要有两种方法：辐射源的强度抑制和辐射途径的处理。

（1）辐射源的抑制：在UPS中，辐射源的辐射强度抑制方法基本同传导的处理相同，因为干扰源本身即有传导骚扰又有辐射骚扰；另外，对于辐射骚扰，对辐射源采取适当的屏蔽措施将可十分有效地降低辐射干扰的电平和能量。

（2）辐射途径的处理：整机外壳的等电位设计：根据电磁场原理，一个接地良好理想密闭的金属六面壳体的内外电磁场不存在相互干扰，因此UPS的外壳一般应作成金属的，且各个面之间应良好连接，保证为一个等电势体，这样即可十分有效减弱UPS对外的辐射干扰。一般对于电磁兼容要求严格的场合，UPS的壳体不宜采用塑料制作。

进出UPS壳体连线的处理：由于UPS必须有输入、输出电源端子、电池扩展端子等连线进出UPS的外壳，因此这些线的防骚扰处理将十分重要，直接影响到测试的结果能否符合标准要求。一般在这些线上适当地加些高频磁环和高频电容就会有很好的效果。

4 UPS的抗干扰设计

UPS的抗干扰主要体现在控制电路的抗扰性，从电路的性质可分为模拟电路的抗干扰和数字电路的抗干扰两个方面。良好的抗扰性是保证UPS正常运行的条件，因此，在UPS的控制回路的设计初期就必须将控制电路的抗扰性考虑进去，否则，遇到外界骚扰时整套的控制方案将可能全部。

（1）模拟电路的抗干扰：

对于开环的模拟控制，一般针对可能出现干扰的部位适当加入一定的RC电路将骚扰消除；对于闭环的模拟控制，除了采用RC外，还必须对闭环的放大倍数的频率特性进行适当的调整，确保干扰信号加入时不会对环路产生恶果。

对于功率部分的电路，减短所有的连线、加入假负载、减小功率驱动的回路等都可以有效增强功率电路的抗干扰能力。

（2）数字电路的抗干扰：

对于数字控制电路，其抗扰性对UPS的可靠性十分重要，因为目前几乎所有的UPS控制都有采用到数字控制的单片机，抗扰性差的系统将可能导致UPS的停机或损坏。

数字电路电源的有效滤波是数字电路不受干扰的基本保证；所有的I/O口应有适当的RC处理；控制电路应尽量远离功率部分；适当的电磁屏蔽措施；良好的PCB布局设计等都可以有效避免数字系统受到外界干扰。

5 结语

不间断电源篇3

【关键词】3AC380V列车供电系统 客车不间断列车供电装置 特点

3AC380V列车供电系统是为铁路旅客列车上各种电器提供电源的系统设备， 其供电制式为3AC380V，目前基本采用空调发电车供电。通过柴油机转化成电能，为列车提供电源，能耗非常高。每列车编组18节车厢，包含硬座、硬卧等，年消耗燃油400吨，费用高达三百万，再加上柴油机维修等成本，其开支相当惊人。除运行成本高外，空调发电车因为燃油泄露还存在着不可完全避免的火灾风险。随着铁路的电气化和电力机车变流技术的进步，已有3AC380V列车供电系统仍然依靠柴油发电机供电已不能满足社会发展的需要。

目前部分SS9电力机车装备了新型3AC380V列车供电装置，可直接向列车提供3AC380V供电电源，具备投资小、无污染、见效快等优点。由于过分相造成列车照明及控制电源频繁中断，不能满足列车供电系统的运行需要，需在客车上额外加装不间断电源，以保障照明及控制电源连续工作。

1 不间断电源原理

不间断电源由整流、储能、变换和开关控制组成。系统稳压功能由整流器完成，其本身具有可根据输入的变化控制输出幅度的功能。净化功能由储能电池来完成，电池除了可存储能量外，对整流器来说就像大容量的电容器。频率的稳定则由变换器来完成。为方便日常操作与维护，设计了检修旁路等开关。

在外部电源正常供电时，不间断电源通过整流-逆变给负载供电，同时给电池充电；当突发停电时，由电池经逆变后供给负载所需电源。

2 主电路及技术参数

2.1 主电路

根据3AC380V列车特点，为保证三相平衡，客车不间断电源装置系统输入为3AC380V，经过整流、逆变后输出AC220V电源给客车照明等负载用。同时从中间回路取电给电池充电，在过分相输入中断时，电池自动给中间回路提供DC48V电源，逆变器输出AC220V。另外在装置中设置了旁路开关，系统出现故障时可切换至旁路状态。

2.1.1 输入回路

三个单相整流模块并联，将3AC380V转变成DC48V直流，任何一个损坏时仍可以保持正常输出。

2.1.2 输出回路

电池模块均自带充电单元，正常情况下由模块1给逆变模块提供DC48V电源。当模块1故障后，模块2立即输出DC48V电源。

2.1.3 输出回路

正常情况下逆变模块U4给外部负载供电。当U4故障后，U5立即输出。

在不间断电源装置无输入电压或输入电压异常的情况下，可持续提供30分钟以上的电源输出。装置输入正常后，除继续保证AC220V输出，还可以根据电池状况完成电能补充。

2.2 技术参数

客车不间断电源装置的额定输入电压为3AC380V/50Hz，额定输出电压AC220V/50Hz，额定输出功率为2kW，单次应急供电时间大于30分钟。

2.3 储能电池选型

SS9电力机车3AC380V列车供电装置过分相时，会导致客车供电频繁中断、而客车照明及控制所需的电源又不能中断，这就要求所提供的不间断电源装置必须有合适的电池：

当 3AC380V供电正常时，不间断电源给电池充电、同时给负载提供AC220V电源；当3AC380V供电中断时，电池给不间断电源放电、不间断电源给负载提供 AC220V电源。

目前客车常用的电池包括铅酸电池和镍镉碱性电池，铅酸电池充放电循环次数一般是 500次，镍镉碱性电池一般是1000次。在使用过程中，电池充放电循环次数超过限制值，电池性能将变差。 再加上这两种电池体积大、重量重，不适合客车不间断电源装置。

而目前的新型储能电池中，磷酸铁锂电池具有五大优点：

（1）晶体稳固，在过充时不会发热，拥有良好的安全性。电池可通过短路、过充、过放等试验；

（2）一般情况下电池循环寿命达到2000次以上；

（3）电池被认为是不含任何重金属与稀有金属，为绝对的绿色环保电池；

（4）可以最大2C电流进行快速充放电，在专用充电器下，充电40分钟内即可使电池充满；

（5）电池无记忆现象，无论处于什么状态，可随充随用。

3 结束语

客车不间断电源装置从2015年11月开始，在Z79/80次（大连-北京）特快列车上投入使用，完全满足和SS9电力机车3AC380V列车供电装置配套的要求，机车频繁过分相也不会影响客车照明及控制用电。

目前所有的3AC380V供电的旅客列车，只要在电气化区段，均可由电力机车进行直供电，再通过在客车加装不间断电源装置改造，不再使用柴油发电机供电，将产生巨大的社会和经济效益，具有广阔的市场空间。

参考文献

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[3]张斗，钱生明，张晓昌.发电车MTU柴油机组火灾隐患分析及预防措施[J].铁道车辆，2004（08）：41-42.

[4]王树宾.锂电池在国内外轨道车辆的应用前景分析[J].国外铁道车辆，2012（05）：7-10.

作者简介

赵t（1969-），男，辽宁省沈阳市人。现为沈阳铁路安全监管办机车车辆验收室主任验收员。主要研究方向为机车车辆技术升级与改进。

作者单位

不间断电源篇4

【关键词】不间断电源UPS；铅酸免维护蓄电池；维护

0.前言

UPS是不间断电源（uninterruptible power system）的英文简称，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源， 能够提供持续、稳定、不间断的电源供应。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持续、稳定、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继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。因此，在广播电视机房，UPS电源有着不可或缺的作用。

在广播电视播出机房，为了保证播出不间断，对供电有一个特殊要求，就是切换主备电源的自动互投的过程中“保零秒”。互投时出现瞬间闪络停电。这对一般照明负荷影响不大，但是对播出微机、服务器、编码器等设备，影响就很大，所以给播音数字化微机设备供电，为防止丢失数据、死机，需要配置应急电源。另外，在外线全部停电时，启动发电机需要时间，所以对于工艺机房内不允许瞬间闪络断电的负荷，必须配置在线式应急电源（UPS），并严禁其他非播出工艺负荷接入应急电源系统。

1.UPS电源基本工作原理

UPS电源可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给设备供电，使你能有充裕的时间应付播出故障。UPS之所以能持续不断的供给稳定电能，主要在于其特定的工作原理。图一为在线式UPS原理框图：

图一

如图一所示，UPS电源由可控整流部分、逆变器部分、逆变交流静态开关、旁路交流静态开关、可充电免维护铅酸电池、电池组开关、主机输入输出开关，逆变器故障旁路开关、应急及检修旁路开关等组成。其中电子电路部分统一受主机微电脑控制器控制。其外电停电时，主要有蓄电池组供电。

（1）可控整流部分：为三相可控整流装置，对输入电压、频率的变化范围，以及三相相序有着严格要求。输入电压、频率偏高或偏低会报警，输入相序错误逆变器将停止工作，因此进线电源或发电机组接入时必须保证相序正确（发电机组接入应保证顺相序）。每相整流元件为两个时，称为六脉冲整流，每相整流元件为四个时，称为十二脉冲整流。十二脉冲整流性能好于六脉冲整流，但是设备价钱较高。由于流过可控整流器的电流波形为非正弦波，其谐波成分将对来电电源产生严重污染，所以进线端一般要加隔离滤波装置，部分减轻污染。整流后分两路输出，一路通过智能化充电控制电路向蓄电池充电，另一路供给逆变器。

（2）三相逆变器部分：平时外线供电时，将整流后的直流转变成50赫兹三相交流电输出，在外电停电时，蓄电池提供电源，依靠逆变来保证不间断供电。这两种情况下，逆变器均具有自动稳压、稳频输出的功能。

（3）逆变交流静态开关、旁路交流静态开关以及几个手动开关的功能：当逆变器正常工作时，微电脑控制器控制逆变交流静态开关导通，向负荷送电。一旦逆变器发生内部故障或过电流，自动切断逆变交流静态开关，切换到旁路交流静态开关回路供电，切换速度为微秒级，不会造成工艺负荷停电。因此这两种静态开关必须是互锁的。当然，在逆变器无故障情况下，如果需要进行计划性检修保养，可以通过主机操作面板的操作，人为的停止逆变器工作，设备自动切断逆变交流静态开关，转换到旁路交流静态开关回路供电，切换速度极快，不会造成负荷停电。此时可以安全的手动合上应急及检修旁路开关S3，再切断S1、S2、S4、S5开关，退出UPS运行，进行检修。整个过程不停电。综上所述，可以看到该设备使用的特殊性，要求电气人员必须熟练掌握本设备的原理、操作、故障应急处理。

（4）蓄电池组：由于蓄电池组是停电后逆变器的唯一能源，所以电池的质量、工作环境和检测保养至关重要。电池组容量配置，应根据设备功率和应急延时要求，一般可以选择应急供电15—30分钟。在这个时间段内，可以从容的进行发电机组投入前的倒闸操作，以及启动后备发电机组等工作。运行中注意蓄电池室的通风问题、温度限制问题。对电池室温度一般要求恒定在20度，特别要防止电池冻坏提前报废。应定期进行放电并检测放电曲线，如发现性能下降、漏液、变形等现象必须及时更换。

2.UPS电源的维护保养

作为应急电源的UPS 设备的保养尤为重要，必须定期对设备内部进行清扫，清除强迫风冷电机带进机内的尘土飞絮，检查元件情况、机内外线路连接情况，调测各项指标。发现可疑问题应提前及时更换元件。

UPS电源中蓄电池是平均无故障时间最短的部件，也是保证不间断供电的关键部件，因此，了解UPS蓄电池在使用中的注意事项，并正确使用和维护它尤为重要。

UPS蓄电池一般可分为铅酸蓄电池，铅酸免维护蓄电池及镍镉电池等。考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本原因，我台发射机房选择使用了铅酸免维护蓄电池。它的主要特点，是在规定的浮充寿命期内不必加水维护，因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比，在使用过程中免去了添加纯净水或蒸馏水的工作，并非免去了一切维护。下面介绍影响UPS电源蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项，希望能给大家在蓄电池的使用和维护中提供帮助。

第一，温度对电池的影响；UPS蓄电池最佳使用温度是在15℃到25℃之间，环境温度低，蓄电池容量下降，温度每低一度，容量下降1%。环境温度过高，将加速蓄电池板栅的腐蚀和水分的损失，会使电池过充电产生气体而充电不足，缩短蓄电池的使用寿命。第二：尽量避免深度放电；UPS蓄电池深度放电后会在极板表面生成大颗粒的硫酸铅结晶，久而久之会造成极板硫酸化。放电深度越深，其循环使用次数越少，因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有低电压（一般单节蓄电池放电至10.5V左右）保护功能，但若UPS电源工作于轻载放电或者空载放电的情况下直至UPS自动关机，就会造成蓄电池的深度放电。因此，在市电中断后就应该注意在UPS电源自动关机前作应急处理，提前关闭UPS。第三，电池存放的影响；电池在存放、运输过程中，会因为自动放电而失去部分容量，因此，在投入使用前，应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量，对容量不足的蓄电池进行补充充电。对搁置备用的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电，可以通过测量电池开路电压来判断其状态。以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上；若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电；若开路电压低于12V，则表示电池储能不到20%。第四，定期对蓄电池放电；UPS电源蓄电池长期闲置不用或使蓄电池长期处在浮充状态下（即电网长期不停电），会导致蓄电池中大量的硫酸铅吸附到电池的阴极表面，形成所谓的电池阴极板的硫酸盐化，由于硫酸盐是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充放电形成不良影响。阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的可充放电性能越差，从而导致电池老化，活性下降，使蓄电池的使用寿命大大缩短。应该每隔3到4个月人为的让UPS中的蓄电池放电，放电时间控制在正常放电时间的1/4-1/3为宜。第五，尽可能将蓄电池组安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方；要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。UPS蓄电池应正立放置，不可倾斜。要注意电池的规格和数量的正确性，不同规格、不同批次的UPS电池不能混用。第六，在UPS蓄电池运行中要注意蓄电池连接是否松动，极柱是否锈蚀，外观是否异常，一般情况下可在极柱上涂抹黄油，防止极柱锈蚀。监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值，若发现个别蓄电池压差过大，要及时均充。

【参考文献】

[1]刘洪才，李天德等.广播发射与卫星传输理论基础[M].北京：中国广播电视出版社，2002.

[2]电子报[J].四川：四川日报报业集团，2010，（40）.

不间断电源篇5

摘要：文章运用TOPSwitch开关电源设计了一种具有充放电功能的不间断门机变频器电源，其包括整流电路、TOPSwitch开关电源电路、充放电电路和报警电路，成本低、性能可靠，能够实现过压、欠压报警功能，是一款智能安全的电源。

不间断电源篇6

关键词： BMS，SOC，均衡，CAN，级联

1引言

传统矿用锂电池箱和锂电池监控系统集成在一个隔爆箱中，额定功率和电池容量已经固定，对于避难硐室和机车电源等系统，要求电池电源具有大容量和大功率输出能力，实现将主控箱和电池箱分离，通过更改电池箱数目来满足不同场合的使用。

2系统功能和性能

该系统的基本功能为保证对用户供电的不间断，当外部输入660V、127V交流电时，UPS主板将输入交流电整流为直流给逆变器供电，然后经逆变、滤波输出AC127V，同时输出 DC24V及18V本安，当外部供电断电时，通过外部的锂电池箱向主控制箱供电，从而保证电源的不间断。

为了让锂离子电池一直工作于正常状态，系统需要对电池组定时进行自动充、放电循环，保持电池组活性。用户可以根据负载大小及后备供电时间的需求，选择矿用防爆型锂离子蓄电池电源的级联数量。

3总体设计

依据实际需求，研制组将主控箱与电池箱分离，系统连接如图1所示。

如图1所示，电池箱并联接进主控箱，主控箱通过CAN与电池箱进行通信来管理电池箱。整套系统基本功能即为保证对用户供电的不间断，当外部输入660V、127V交流电时，UPS主板将输入交流电整流为直流给逆变器供电，然后经逆变、滤波输出AC127V，同时输出 DC24V，当外部供电断电时，通过电池箱内锂离子蓄电池电源向控制箱供电，从而保证AC127V、 DC24V电压输出的不间断。

4主控箱设计

4.1 主控箱原理

主控箱组成原理框图如图2所示。

工作原理如下：输入变压器将外部交流供电（AC660V、127V之一）变换为AC127V，AC127V一路输入UPS主板，然后经整流、滤波、逆变输出交流127V； 127V另一路接到充电器的输入端，充电器的启动由主控板控制。主控板通过CAN总线选择一台级联的锂离子蓄电池电源（图2下部虚线框图）充电；AC127V还有一路接入到AC/DC模块，输出24VDC，用于主控板、18V本安电源及24VDC的输出。

ARM显示控制板通过CAN总线选择相应的锂离子蓄电池电源箱，其电池组输出端经强电盒开关接入到24VDC/DC模块和UPS电源主板，DC/DC模块将电池组输出电压转换为24VDC，与AC/DC模块输出的24VDC在显控板上通过二极管并接，用于电源交流输入异常时的24VDC供电。

UPS主板将电池组的输出电压升压作为逆变器的备用电源，在外部供电断电时将电池组电压逆变为交流127V输出，从而保证输出不间断供电。

当电池组电压跌落到放电截止电压时，主控板通过CAN总线断开放电开关，选择另一台锂离子蓄电池电源箱继续给主控箱供电。直到所有级联的锂离子蓄电池电源箱放电完毕，整个UPS电源停止工作。当外部交流供电恢复，UPS主板又切换回由输入交流供电。

在UPS电源正常运行时，主控板通过CAN总线选择一台锂离子蓄电池电源箱进行自放电。通过网络接口将系统信息传送到地面控制室，并实现远程放电控制。

4.2 ARM显示控制板

ARM显示控制板通过CAN口与电池内的BMS电池管理系统板进行通信，并将UPS主板、各电池模块的信息通过电控箱上的LCD液晶屏显示。同时ARM显示控制板通过以太网口与上位计算机进行通信，实现远程通信与控制。CPU采用意法半导体的公司的STM32F103RE处理器，属于ARM Cortex-M3架构。

5电池箱设计

5.1 电池箱原理

电池箱组成原理框图如图3所示。

工作原理如下：BMS12电池管理系统板主要用于实时监控、管理锂离子电池，并通过CAN与主控箱进行通讯，向电控箱发送电池状态信息，同时接收电控箱指令，控制充放电开关对电池组进行充放电控制。电池箱内部安装有放电电阻，UPS电源正常运行时，ARM显控板通过CAN总线选择一台锂离子蓄电池电源箱进行自放电以维护锂离子蓄电池的活性。

5.2 BMS12电池管理系统板

BMS12电池管理系统板同样采用STM32处理器作为主控，采用24V直流供电，电池管理系统板通过PTC热敏电阻对每节单体电池的温度进行测量；采用LTC6803电池监视芯片对单体电池电压进行检测并进行均衡处理；通过霍尔传感器获取充放电电流，并对充、放电进行开关控制；具有异常保护、报警等功能，通过RS232串口与主控箱内的ARM显控板通信。

6关键技术分析

a）锂离子电池组管理（BMS）技术研究

针对矿用锂电池不间断电源研制需求，研究矿用锂电池组高精度SOC预测与均衡策略的电池管理技术、高精度和高抗干扰数据采集技术，开发出基于锂电池的高性能电池管理系统，并整个系统采用模块化设计思想，方便以后升级和扩展。自主编制BMS上位机软件界面，通过串行接口监测与设置板卡运行参数。

a）基于总线方式的电池热连接扩容技术

采用了基于总线的主控箱与电池箱分离的系统设计，用户可以根据需求灵活增减电池容量，一台主控箱可以连接多达32台电池箱。本产品除完成单体电源的全部功能外，还需对多台电池箱的进行监测、协调其投切及充放电等控制，主控箱内的ARM显示板对电池箱内的BMS电池管理系统具有热连接的管理能力，电源系统能够像USB设备一样将外部电池箱随时接入或脱离系统。该系统能够实现市电、电池工作模式之间的零延时切换、实现电池箱之间的无缝投切。

b）磷酸铁锂离子电池的在线SOC估算

磷酸铁锂离子电池的性能出众，但其化学特性让SOC电池容量估算变得较为复杂。项目组对单体磷酸铁锂离子电池建立了等效电路模型，根据等效电路模型列出了系统的状态空间方程。通过调试确定电池等效电路模型的参数，包括SOC曲线函数的获取，相应电阻、电容值的确定。在确定电阻值时，考虑到电流的影响，拟制出电流的函数，提高了模型的精度，根据安时法由系统状态空间方程得出SOC估算公式。在实际环境中结合电池充放电，进行在线式SOC估算，达到较高的估算准确性。

c）基于LTC6803芯片的被动均衡技术

传统的均衡使用了继电器放电的方式，电池数量多时检测复杂，可靠性低。项目组经过分析论证选择采用了LTC6803电池管理芯片，结合MOSFET场效应管与功率电阻，实现放电回路，由处理器控制MOSFET导通对单体电池进行放电均衡。

7结束语

本研究研在技术上有很大自主创新，内部关键部件ARM主控板、BMS电池管理系统硬件及其嵌入式软件均为自研，完成BMS上位机软件、上位机远程通信软件，拥有完整的自主知识产权。该电源应用于矿业生产中，配置灵活，可以保证矿下设备工作的不间断，为安全方面提供有效保障，具备很好的社会与经济效益。

参考文献

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[2]范数瑞，李琦，赵燕飞.Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3.]牛跃听，周立功，方丹.CAN总线嵌入式开发――从入门到实践[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2012.

不间断电源篇7

关键词：不间断电源 几种类型 分析 蓄电池 选取

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0105-02

1 不间断电源简述

早期的UPS利用大型旋转的飞轮储存能量，市电通过电动机带动飞轮旋转，而当市电供应中断时，旋转的飞轮连接发电机则可以对用电器继续供电。这种形式的UPS被称为旋转型UPS，它利用了电能-动能-电能的转化。这是UPS较早的形式，它的缺点主要是设备庞大，以飞轮动能的形式储存能量，能量密度低，同时飞轮旋转能量耗损大，设备效率较低。随着电池技术，电力电子技术的发展，蓄电池被应用于UPS作为储能装置，这种类型的UPS被称为静止型UPS。它主要由蓄电池组、整流器、逆变器以及UPS监控系统组成。本文将主要分析静止型UPS不同类型的工作原理和特征以及蓄电池的选取。

2 不间断电源的分类及特征

根据工作方式的不同，UPS可分为后备式、在线互动式以及在线式三种。

2.1 后备式（stand-by）

后备式UPS是设计最简单，成本最低的不间断电源，能对市电供应中断及短时电压波动起保护作用，主要应用于小型通讯设备或单体计算机，工作效率可达95%。该设备中整流器、蓄电池组以及逆变器与市电供应并联，当市电供应中断时，需要4～10 ms转换开关闭合，由蓄电池组继续为用户供电。由于从供电中断到开关闭合需要几毫秒的转换时间，因此此类UPS无法对极短时间内的电压干扰起保护作用。逆变器的功率应与用户用电器功率相一致，使用电器在市电供应中断时仍可正常工作。由于对蓄电池组进行充电的过程可在市电供应正常时缓慢进行，所以整流器的功率可相对较低，从而达到节约设备成本的目的（如图1）。

2.2 在线互动式（Line Interactive）

在线互动式UPS的工作原理和后备式UPS类似。市电供应正常时，交流电经整流器整流后变为直流电直接供应给直流用电器，电池同时被充电。而当市电供应中断时，蓄电池可继续为直流用电器供电。此类型UPS的好处是，工作效率更高，可达95%～98%，同时转换时间短，仅需2～4 ms。在线互动式UPS适用于单体计算机，较大型通讯设备，而对于高敏感仪器，尚不足以起到保护作用（如图2）。

2.3 在线式（Online）

第三种类型的UPS被称为在线式UPS。市电供应正常时，交流电先通过整流器变为直流电，供电池充电，与此同时电池放出直流电，经过逆变器供应给用户，电池处于持续充放电过程中。在线式UPS最大的缺点是，因整流器和逆变器在持续工作状态下始终存在能量耗损，此类UPS工作效率较前两类相比较低，可达90%，同时价格也是三类不间断电源中最高的。由于此类UPS基本上可解决所有电力供应时常伴随而来的电压波动，频率偏移等问题，可使用户在每一分每一秒都能得到极度安全平稳的高品质供电，因而常被应用于大型服务器、数据通信及造纸等工业领域（如图3）。

3 蓄电池的选取

3.1 蓄电池对比及选取

静止型UPS将电能以化学能的形式储存在UPS的蓄电池组中，具有能量密度高，耗损小，设备稳定等优点。不同蓄电池的选取，对UPS的性能及价格有很大影响。表1中选取了几种国际市场中重要的蓄电池进行对比。

由图1所列数据不难看出，锂离子电池因其高能量密度、更长的使用寿命以及更高的充放电效率而得到越来越多的关注，尤其适合作为电源应用于可移动设备，如笔记本电脑，手机，插电式混合动力汽车等。但目前价格仍然十分昂贵，且充放电过程存在安全隐患。镍氢电池技术成熟，但价格高、降价空间低且充放电效率低是制约其应用于UPS的主要因素。钠硫电池同样作为高性能电池，其价格明显低于镍氢电池和锂离子电池，与此同时此类电池还拥有较长的使用寿命。但工作温度需达300 ℃以上，决定了其并不适合应用在UPS设备中作为储能装置。与上述三种蓄电池相比，铅酸电池因其低廉的价格和稳定的性能而被广泛应用于UPS设备中。尽管铅酸电池能量密度较低，但是十分适合应用于固定设备中。同时多数UPS作为备用电源，并不需要大量全充放电循环次数。综上所述，铅酸电池以其低廉的价格和稳定的性能作为主要优势，在UPS市场中占据主导地位。

3.2 铅酸电池工作原理

铅酸电池的正负极均由栅架和填充在上面的活性物质构成，正极板上是二氧化铅，负极板上的活性物质是金属铅，电解液为浓度30%的硫酸。放电时，负极板上的铅和硫酸氢根离子作用生成硫酸铅，氢离子和两个电子，同时正极板上的二氧化铅得到由负极产生，且流经外电路的两个电子，并和氢离子，硫酸氢根离子共同作用，生成硫酸铅和水。正负极反应方程式为：

负极：

正极：

总反应式：

3.3 铅酸电池的老化及维护

铅酸电池的老化主要由以下几个方面引起。首先是放电时两极板上的铅和二氧化铅都分别反应生成硫酸铅

体积：1∶2.4

体积：1∶1.94

电池内部体积膨胀产生机械形变，从而导致活性物质脱落，电池老化。其次是放电过程中电池内部硫酸化，产生了体积较大的硫酸铅晶体，难以被溶解，电池容量损失。

在图2中，假设灰色区域表示硫酸铅晶体，由图可以清晰看出当体积较小的硫酸铅晶体与体积较大硫酸铅晶体总体积相同时，表面积之比为2∶1。因此，充电时体积较小的硫酸铅晶体更容易和反应物接触从而溶解，而体积较大的硫酸铅晶体难以溶解，进而造成电池充放电不可逆，电池老化。上述为造成铅酸电池老化的主要原因，除此之外，正极板被腐蚀以及伴随电池充电同时发生的电解水反应造成的水损失都会造成电池的老化。事实上，现在大多数UPS所采用的是阀控式免维护铅酸电池，即在电池顶端加上一个可控制阀门，使得充电过程中正极因电解水而产生的氧气不再直接排出电池，而是可以自由扩散到负极，和负极产生的氢气作用再次生成水。这种阀控式免维护铅酸电池极大的减少了电池充放电循环带来的水损失，省去了对电池定期补水的维护。日常存放铅酸电池应尽量避免低电量存放，这样会加速电池内部硫酸化的过程，从而加速了电池老化。更应避免在周围环境温度较低时对电池深度放电，这样有可能会引起电解液结冻进而损坏电池。同时对阀控式免维护铅酸电池也不应过度充电，有可能引发的热失控同样会直接损毁电池。对于铅酸电池来说，在定流定压充电之后如能以小电流继续充电对铅酸电池是极为有益的。因为小电流能使电池内部较大体积的硫酸铅晶体再次溶解，进而恢复电池容量。对于存放多年或者已经老化的铅酸电池来说，采用小电流充电能重新唤起电池的活性。

4 结语

不间断电源作为电力能源储存装置，被广泛应用于家庭，学校及工业领域。由于目前在市电供应中存在的电压波动，电力中断，频率偏移等现象仍无法避免，同时家庭用户对市电供应稳定性以及工业领域对高品质供电的需求都在不断增加，使得不间断电源拥有广阔的应用前景。未来随着可再生能源发电比重的不断提升以及传统电网向智能电网的逐步转变，不间断电源还可作为电能储存装置对电网起到双向调节作用，可以预见，不间断电源具有广阔的发展前景。

注释

不间断电源篇8

1.1断路器在分闸位置，电动操作断路器合、分闸原理由于低压系统单母线分段运行，断路器1QF在工作位置分闸后，接通控制电源电动操作断路器合闸时，必须确保断路器2QF或3QF在分闸位置，即接触器2KM或3KM的常闭接点在接通位置实现闭锁。断路器1QF在工作位置时，位置开关SQ是接通的，此时手动按下合闸按钮QA时，中间继电器1KA线圈回路被接通，即L11FUQA2KM（3KM）TASQ1KAN，中间继电器1KA励磁动作，其三对常开触点1KA1、1KA2、1KA3闭合，其中常开触点1KA1接通自保持回路，即L11FU1KA12KM（3KM）TASQ1KAN，此时即便合闸按钮QA返回断开时，中间继电器1KM仍处在励磁状态。因为断路器1QF分合闸位置开关2SQ在分闸位置时，其常闭触点2SQ1是接通的；中间继电器2KA线圈回路被断路器分合闸位置开关2SQ在分闸位置时，其常开触点2SQ2是切断的，且中间继电器2KA常闭触点2KA2处在闭合状态，中间继电器1KA的常开触点1KA3的接通，使合闸回路接通，即L11FU1KA32KA22SQ1MN，交流微型电机M带电驱动断路器操作机构使断路器合闸。合闸到位后，断路器分合闸位置开关常开常闭触点转换，常闭接点2SQ1断开，合闸回路中的电机M被分合闸位置开关常闭触点2SQ1切断，电机在此位置可靠停止，断路器实现合闸。中间继电器1KA1接点组成的自保持回路在电路别重要，因为在手动操作合闸过程中，如没有自保持回路，在合闸按钮QA按下后立刻返回时，中间继电器1KA动作后随即也返回，接通合闸回路的中间继电器1KA常开触点1KA3打开，微型交流电机M在断路器还未合闸时停止，导致合闸失败。此类故障在低压断路器操作中比较常见，中间继电器1KA的工作状态需引起运行人员的格外注意。断路器实现合闸后，分合闸位置开关常开触点2SQ2接通，中间继电器2KA线圈回路被分合闸位置开关常开触点2SQ2接通励磁，即L11FU1KA22SQ22KAN，中间继电器2KA的常开触点2KA1、2KA2闭合，常开触点2KA1对2KA线圈回路实现自保持，常开触点2KA2为断路器分闸做好准备。操作低压断路器1QF分闸时，按下分闸按钮TA，中间继电器1KA线圈回路被切断，中间继电器1KA失磁，常闭触点1KA1闭合，此时，分闸回路被中间继电器1KA常闭触点1KA1接通，即L11FU1KA12KA2MN，微型交流电机M驱动断路器操作机构动作使断路器分闸。断路器分闸后，分合闸位置开关常开触点2SQ2打开，切断中间继电器2KA线圈回路使其失磁，常开触点2KA2打开，微型交流电机M回路被常开触点2KA2切断，电机M停止，断路器实现可靠分闸。1.2低压断路器1QF在工作位置合闸后，电动操作断路器分合闸原理当断路器1QF在工作位置合闸后，接通控制电源电动操作断路器分闸时，由于分合闸位置开关常开触点1SQ1、常开触点2SQ1闭合，中间继电器2KA也失磁，常闭触点2KA1闭合。中间继电器1KA线圈回路通过分合闸位置开关常开触点1SQ1或常开触点2SQ1和中间继电器2KA常闭触点2KA1自动接通，即L11FU1SQ1（2SQ1）2KA11KAN，中间继电器1KA励磁。此时操作低压断路器分闸过程与断路器1QF在工作位置分闸后，接通控制电源电动操作断路器分、合闸原理时分析的分闸过程相同。假设控制电路中，若无分合闸位置开关常开触点1SQ1或常开触点2SQ1回路，低压断路器在合闸位置，接通控制电源操作断路器分闸时，由于中间继电器1KA无法自动励磁动作，中间继电器2KA也不能励磁动作，此时若按分闸按钮TA，无法使断路器分闸；在上述情况下，若进行分闸，只有先手动按一下合闸按钮QA，使中间继电器1KA励磁并实现自保持，这样可使2KM也能可靠励磁，使常开触点2KA2闭合，才能为断路器分闸做好准备，此时若手动操作分闸按钮TA，能使断路器分闸。

2低压断路器控制电源接线的改进

2.1低压断路器原控制电源的接线低压断路器1QF控制电源（L1）取自变压器1TM低压侧，变压器1TM故障失电时，低压断路器1QF控制电源（L1）将会消失，显然低压断路器1QF的控制电源接线不可靠；低压断路器2QF控制电源（L2）取自变压器2TM低压侧，变压器2TM故障失电时，低压断路器2QF控制电源（L2）也将会消失，低压断路器2QF控制电源接线也同样不可靠。为了保证低压断路器1QF、2QF控制电源的可靠性，原控制电路采取了互投的方式，母联断路器3QF控制电源（L3）由控制电源（L1）和控制电源（L2）通过互投电路提供，控制电源互投电路原理如图5左边图中所示。变压器1TM带电，变压器2TM不带电时，控制电源（L1）带电，（L2）不带电，接触器1KM的线圈回路接通，即L11FU2KM11KMN。接触器1KM励磁动作，常开触点1KM1闭合，控制电源（L3）由变压器1TM提供，即L11FU2KM11KM1L3回路接通，此时即便是变压器2TM带电，由于接触器1KM的常闭触点1KM1已打开，接触器2KM的线圈回路被切断，控制电源（L3）只能由变压器1TM提供；变压器1TM失电，变压器2TM带电时，因变压器1TM失电，接触器1KM同时失磁，常开触点1KM1打开，常闭触点1KM1闭合，接触器2KM的线圈回路自动接通，即L22FU1KM12KMN，接触器2KM励磁动作，接触器2KM的常开触点2KM1接通，控制电源（L3）由变压器2TM提供，即L22FU1KM12KM1L3回路接通。控制电源瞬时切换至由变压器2TM提供，可见母联断路器3QF控制电源（L3）在变压器1TM、2TM同时带电时，能可靠输出，当变压器1TM、2TM中有一台失电时，能够瞬时切换，可靠输出。2.2低压断路器1QF、2QF控制电源接线的改进低压断路器1QF、2QF原控制电源存在变压器1TM、2TM失电时，接线可靠性差的问题，母联断路器3QF控制电源由于采用了控制电源（L1）和控制电源（L2）互投电路输出的方法，接线比较可靠。为了使变压器1TM、2TM低压侧断路器1QF、2QF控制电源更加安全可靠，我们将断路器1QF、2QF控制电源L1、L2均并接至母联断路器3QF的控制电源L3上，即L1、L2、L3均并接到一起，如图5右边图中所示。这样，当变压器1TM或2TM失电时，低压侧断路器1QF、2QF控制电源将不会再丢失，增加了控制电源可靠性和运行安全性。

3小结

变压器低压侧出线断路器控制电源接线改进后，避免了由于变压器出现失电故障时，低压侧断路器的控制电源同时丢失，不能电动进行分、合闸操作及正确处理故障的弊端。掌握低压断路器分、合闸的控制原理，并保证其可靠运行，有利于电气运行人员准确判断、迅速处理故障，对保证电台安全可靠供电有十分重要的意义.（本文来自于《有线电视技术》杂志。《有线电视技术》杂志简介详见.）