周麗娜，左建華

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

尼爾基發(fā)電廠UPS智能化改造設想

周麗娜1，左建華2

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

隨著現(xiàn)在科學技術的發(fā)展，智能化水平的不斷提高，尼爾基發(fā)電廠UPS電源需要進行智能化升級改造。文章首先詳細介紹尼爾基發(fā)電廠UPS使用情況及改造原因；其次根據(jù)全廠交流負載總容量、輸入/輸出電壓、工作環(huán)境和現(xiàn)場運行等因素，詳細闡述微機智能化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微機系統(tǒng)平臺等方面的建議；最后通過改造后的微機智能化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)電廠設備運行的實際情況。

微機智能化UPS；工作原理；控制原理

隨著現(xiàn)在科學技術的發(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)場設備的需要，并且在實際生產(chǎn)運行中存在產(chǎn)生諸多隱患?，F(xiàn)結合自身學習和翻閱相關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UPS電源主機系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，組成功能強大的智能化UPS系統(tǒng),進而對尼爾基發(fā)電廠全廠UPS電源各項數(shù)據(jù)進行全面實時監(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電源供全廠交流負荷，機組UPS電源供機組主、輔機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)電廠設備長期穩(wěn)定運行的需要，因此需要對全廠UPS電源進行升級改造。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，不能獲取電源工作時的有關參數(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，不能進行人機交換和時刻了解裝置運行情況；3）當UPS電源交流失電或UPS電源本身裝置故障時，不能進行自動執(zhí)行廣播報警；4）現(xiàn)有的全廠交流系統(tǒng)UPS電源無微機中央處理控制器，當發(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)電廠全廠交流負載總容量、輸入/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的DSP數(shù)字化控制技術，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，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。全程采樣技術不僅有電路板上的所有獨立電路連接進行自檢和故障分析，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。主要技術參數(shù)見表1。

表1 MP3110K主要技術參數(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)頻的電源保護設備。主要由整流器、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開關、微機處理器、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換開關組合而成，它們之間由邏輯電路進行控制，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，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器，在由逆變器向負載提供交流電；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，才通過轉換開關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)遠程監(jiān)控。MP31采用了大屏幕LCD（128× 64）觸摸屏設計。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電源主機自身語音報警器或通過RS 485鏈接中控室上位機語音報警告知當前UPS電源的運行狀態(tài)及事故情況。

2.3.2 微機處理器單元

MP31系列UPS電源高度融合了數(shù)字化技術，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不需任何可調(diào)電阻保證設備穩(wěn)定和可靠性?？刂圃砣鐖D2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、輸出濾波器和相應的控制組成。主電輸入經(jīng)整流開關控制，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行控制，輸出穩(wěn)定的直流電供給逆變器和電池組。當UPS電源連接上電池組時對電池組的電壓和電池進行測量，整流器進入電流和電壓雙環(huán)控制，當電池電壓低時為恒流模式充電，當電池電壓達到浮充電電壓時，自動轉為恒壓充電模式。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、單片機控制電路、IGBT驅動電路、IGBT模塊、逆變隔離變壓器、濾波電感及電容和保護電路構成。微機處理器通過采樣信號進行微機處理器計算后產(chǎn)生SPWM信號、隔離驅動、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、波形進行調(diào)節(jié)，還進行實時保護。逆變器單元如圖4所示。

2.3.5 靜態(tài)開關

圖4 逆變器單元

靜態(tài)開關由一組并聯(lián)反接可控硅和相應的控制板組成。是由控制板控制可控硅的切換，當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。逆變器恢復正常后，經(jīng)適當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

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

3 微機智能化UPS電源系統(tǒng)平臺

微機智能化UPS電源監(jiān)控系統(tǒng)必須全面考慮實時性、可靠性、可維護性、實用性、可擴充性等多方面要求，采用高可靠性的系統(tǒng)結構，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一臺計算機作為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接口，可以實現(xiàn)直接對全廠UPS設備進行各種控制操作、顯示實時圖形、各項數(shù)據(jù)和報警等?，F(xiàn)場的UPS電源負責各種數(shù)據(jù)的采集、處理及事件的記錄，信息傳輸，設備控制等工作。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主機組網(wǎng)，傳遞各種設備實時數(shù)據(jù)。結構圖如圖5所示。

圖5 全廠微機智能UPS電源系統(tǒng)計算機監(jiān)控結構圖

4 結語

尼爾基發(fā)電廠廠用UPS電源系統(tǒng)改造為微機智能化UPS電源系統(tǒng)后，值班人員可以直接通過中控室上位機監(jiān)視運行中的UPS電源所有數(shù)據(jù)，當發(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)電廠設備運行的實際情況。

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TV672 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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1002—0624（2017）09—0065—04

2017-06-18