李明科

（蘭州重離子醫(yī)學產業(yè)投資有限責任公司 甘肅省蘭州市 730000）

電力自動化系統(tǒng)UPS供電方案可靠性

李明科

（蘭州重離子醫(yī)學產業(yè)投資有限責任公司 甘肅省蘭州市 730000）

隨著科學技術的進步，我國的電力自動化系統(tǒng)有了較大的發(fā)展。在進行電力自動化系統(tǒng)設計過程中，UPS供電方案的可靠性是確保電力自動化系統(tǒng)安全性的基礎。本文主要對電力自動化系統(tǒng)UPS供電方案的可靠性進行了相應的分析，并且對不同的供電方案進行了闡述，希望能夠給相關人士一定的參考。

電力自動化系統(tǒng)；UPS；供電方案；可靠性

引言

隨著我國社會的進步以及科技能力的提升，我國的電力系統(tǒng)實現了網絡化以及數字化，以計算機網絡技術作為核心的信息技術逐漸被應用到電力系統(tǒng)中，從而形成了電力自動化系統(tǒng)。計算機網絡系統(tǒng)的正常運行直接關系到自動化系統(tǒng)的安全性和可靠性。而UPS（不間斷電源）作為提供電力的根本，其可靠性運行是保證計算機網絡系統(tǒng)正常運行的基礎，所以對其進行可靠性的定量分析，從而找到供電方案的薄弱環(huán)節(jié)，對其進行優(yōu)化完善，進而確保電力自動化系統(tǒng)的可靠性。

1 可靠性分析相關指標

UPS屬于電力系統(tǒng)的重要組成部分，其本質上還是電子設備，所以對其進行可靠性分析可以采用電子設備的可靠性分析技術進行。但是更加側重的是電力自動化系統(tǒng)供電方面的可靠性，可以通過如下指標進行UPS供電方案可靠性分析。

（1）失效率λ：所謂的失效率就是指整個系統(tǒng)無故障運行到時間t，在t+Δt時間內可能出現故障的概率，其可以用公式表示為：

（2）平均故障時間TMTTF：指系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時運行的平均時間；

（3）平均修復時間TMTTR：指系統(tǒng)故障發(fā)生后修復的平均時間；

（4）失效頻率f：所謂的失效頻率就是指系統(tǒng)長時間運行時，單位時間內發(fā)生故障而造成負荷失電次數的期望值，可以用公式表示為：

（5）供電可用率A：就是指整個系統(tǒng)正常狀態(tài)運行時的穩(wěn)態(tài)概率，可以用公式表示為：

2 可靠性模型的建立

比較典型的電力系統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 典型電力系統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)模型

此系統(tǒng)主要包括13個模塊，分別為：市電模塊U、發(fā)電機模塊G、自動轉換開關模塊ATS、靜態(tài)轉換開關模塊STS、輸入母線模塊BI、輸出母線模塊BO、濾波電路模塊FM、整流電路模塊RM、逆變電路模塊IM、風冷模塊WM、充電模塊CM、電池模塊BM、監(jiān)控電路模塊MM等等。此種供電系統(tǒng)主要是通過市電以及發(fā)電機兩種方式進行輸入，利用自動轉換開關ATS進行選擇輸入到母線BI中。當電力系統(tǒng)的UPS發(fā)生某些故障時，輸出端就可以進行自動切換到旁路進行供電。

3 可靠性指標的求解以及敏感性分析

仿真的過程要充分考慮到系統(tǒng)的相關因素，主要包括的內容為：系統(tǒng)模塊故障、計劃檢修、故障檢修以及蓄電池組容量等等，對于內部元件狀態(tài)變化時間進行不斷的抽樣，從而得到整個系統(tǒng)狀態(tài)變化最小時間點，進而進行時鐘的模擬是系統(tǒng)推進到最小時間點后處理狀態(tài)發(fā)生變化的元件，對此過程重復進行直到符合收斂條件為止，最后通過統(tǒng)計的方式得到E的估計值。

3.1 收斂條件以及指標的求解

利用模擬法進行系統(tǒng)可靠性評估時的準確度是和時間有直接關系的，一般來說采用的是方差系數表示仿真結果和指標的數學期望值發(fā)散程度。相關參數表示如下：

在此式當中，TDNi表示的是仿真過程中系統(tǒng)的第i次失電時間；εr表示的是給定的小數；N表示的是仿真過程中系統(tǒng)的失電次數。

通過模擬的方法得出的UPS系統(tǒng)可靠性指標分別為：

3.2 進行敏感性的分析

所謂敏感性的分析主要就是指對整個系統(tǒng)中不同模塊可靠性參數變化情況對于系統(tǒng)可靠性指標影響力的研究，敏感性分析是可靠性研究非常重要的內容，能夠明確可靠性加強的相關措施以及進行可靠性問題的優(yōu)化完善?？梢郧蠼獠煌K參數相對整個系統(tǒng)可用率的導數進行靈敏度的分析。假定其他模塊可用率是固定的，那么UPS系統(tǒng)可用率A對于模塊k的可用率ak的導數可以用下式表示：

4 UPS供電方案可靠性分析

4.1 系統(tǒng)的相關參數

此文主要是通過某一220kVA負荷的供電解決方案作為案例，對其進行可靠性評估以及敏感性分析。此解決方案的可靠性內容可以按照如下指標設定：池組所具有的容量值CB=485A·h、Ic=0.1kA、Id=1kA；柴油發(fā)電機的檢修周期TGSR=1年、檢修時間TGSU=8h；蓄電池組的檢修周期TBSR=0.5年、檢修時間TBSU=8h。

4.2 進行結果的仿真判定

通過模擬法進行系統(tǒng)可靠性評估時可以按照流程圖進行。通過仿真計算可以得到系統(tǒng)的可靠性指標，分別為：TMTTR=11.992h、TMTTF=18.548年、f=0.0539/年、A=99.993％。通過仿真可以得到的系統(tǒng)故障頻率和仿真時間之間的關系。相關模塊的可用率對于系統(tǒng)可用率的敏感度可以用表1所得數據進行表示。

按照上述的仿真結果可知，在此種解決方案中的已有可靠性參數中，對于系統(tǒng)可靠性最有影響的模塊主要為3個，分別為自動轉換開關ATS、輸入母線BI以及輸出母線BO。在UPS內部相關功能模塊中，對于系統(tǒng)可靠性最有影響力的模塊為蓄電池組模塊。

4.3 加強可靠性的相關措施

要想增強系統(tǒng)的可靠性最主要的就是要增加相關模塊的可靠性，就是指降低這些模塊的故障率，并且提升相關模塊的修復率。此文以上述提到的解決方案作為基礎，分別提出了4種不同類型的增強型方案。分別為：①提升電池的容量，將電池的容量從0.5kA·h提升到1.5kA·h；②通過增加220kVA的柴油發(fā)電機來實現雙發(fā)電機的并聯冗余增強；③通過形成輸入輸出的雙母線結構來達到母線的并聯冗余；④通過結構設計形成雙UPS并聯冗余。

對于不同類型的增強性措施進行可靠性經濟分析時，可以通過可靠性經濟指數進行分析?？煽啃越洕禂蛋凑杖缦露x：

表1 模塊可靠性靈敏度分析

在此公式中，Δf表示的是降低的故障頻率，ΔE表示的是所增加的投資。對于4種增強性措施的可靠性以及所具有的經濟性效益分析如表2所示。從表2的分析結果能夠得到：想要加強系統(tǒng)的可靠性：①要選擇失效頻率低、降低故障頻率低，增加投資少的方案，從表中得知首選第3種方案，通過形成輸入輸出的雙母線結構來達到母線的并聯冗余；②從失效頻率以及經濟性方面考慮可以選擇方案1，提升電池的容量；之后可以考慮方案2以及方案4。

表2 4種增強性措施的可靠性和經濟性分析結果

5 結束語

隨著科學技術的進步，電力自動化系統(tǒng)會越來越廣泛的應用到各個領域及行業(yè)。UPS作為提供電力的基礎起著不可替代的作用。本文闡述了UPS系統(tǒng)可靠性模型的建立、說明了可靠性指標以及敏感性分析的相關內容，同時用案例論述了相關的理論內容，希望這些內容對于電力系統(tǒng)供電方案的設計具有相應的參考意義。

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1004-7344（2016）23-0060-02

2016-7-19