謝力華，陳厚巖，卿湘文

（深圳市伊力科電源有限公司，廣東 深圳 518102）

0 引 言

與國外的先進(jìn)技術(shù)相比，我國的不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）技術(shù)還存在很多不足之處，經(jīng)過不斷發(fā)展和創(chuàng)新，一些UPS電源技術(shù)的相關(guān)企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出較高質(zhì)量的UPS產(chǎn)品[1]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，在我國UPS電源領(lǐng)域中充分應(yīng)用了數(shù)字控制技術(shù)，并且數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成為主流的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，應(yīng)用數(shù)字處理技術(shù)能夠保證并且控制整個系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)微化的處理[2]。

不間斷電源對一些公司和重要機(jī)構(gòu)的作用是非常大的，如醫(yī)院、鐵路、和政府部門。如果沒有UPS的幫助，一旦斷電將帶來不可估量的損失和后果[3]。隨著自動化水平的不斷提高，普通用戶對電能質(zhì)量的要求也不斷提高，一般的用戶是不選擇使用UPS的，除非用戶對電能的要求比較高或者依賴比較重，這就提高了用戶的使用門檻，過濾掉了一大批潛在的用戶[4]。為此本文提出了一種分布式不間斷供電模式，使不間斷電源更加商業(yè)化更加平民化。

1 UPS構(gòu)成

UPS由整流器、逆變器、隔離變壓器、旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、檢修旁路開關(guān)、電池組等組成[5]。

整流器將交流電全波整流，濾波轉(zhuǎn)換為直流電，向逆變器提供直流電源，同時對電池組進(jìn)行充電[6]。

逆變器是將從整流器或者電池組獲得的直流電轉(zhuǎn)換為所需的電壓和頻率的交流電，輸出阻抗小，具有較大功率裕量和快速響應(yīng)特性，由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)及快速短路保護(hù)技術(shù)，使逆變器可安全可靠地工作[7,8]。

隔離變壓器實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)和輸出測的電氣隔離，對輸入端起到良好的濾波和保護(hù)作用，在UPS電路設(shè)計中不管是主路輸入還是旁路輸入都應(yīng)設(shè)置隔離變壓器[9]。

靜態(tài)開關(guān)是將1對反向并聯(lián)的快速晶閘管連接起來，作為UPS在執(zhí)行有旁路電源供電至逆變器供電切換操作時的元件，由于快速晶閘管的連通時間為微秒級，一次可以對負(fù)載實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時間接近于零的不間斷供電[10]。

2 分布式不間斷供電模式的總體設(shè)計

本文出于使不間斷電源趨于商業(yè)化、平民化，使用戶可以自行根據(jù)實(shí)際的需要靈活獲取不間斷供電的能力，提出一種分布式不間斷供電模式，總體設(shè)計如圖1所示。針對于1棟樓，配置1個總的直流儲能單元，儲能單元可以為電池或者是超級電容單元，將直流配電接至多個分布點(diǎn)，并在每個分布單元配置一定容量的DC/AC雙向逆變器，直流配電端連接至雙向逆變器的DC端，AC端連接至市電端。

圖1 總體設(shè)計

當(dāng)市電供給充足時，雙向逆變器不工作，用電設(shè)備由市電直接供電，當(dāng)市電突然掉電時，用戶可以自行選擇是否使用儲能單元供電，若用戶選擇使用儲能單元供電則儲能單元就會通過雙向逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為用戶所需要的交流電，為用電設(shè)備供電。并且在每個雙向逆變器的前側(cè)配置1個直流電能計量表，在每個用戶的交流市電位置配置1個交流電能計量表，這樣可以實(shí)時準(zhǔn)確地計算用戶在市電供電時和儲能單元供電時的用電量，方便儲能單元在交流失電時能夠合理分配每個用戶的用電量。

3 不間斷供電模式的分析與優(yōu)化

若想實(shí)現(xiàn)不間斷供電趨于商業(yè)化、平民化，必須滿足用戶，根據(jù)介入設(shè)備的要求進(jìn)行選擇，如圖2所示，用戶可以通過選擇來控制每1個用電設(shè)備對應(yīng)的雙向逆變單元的工作方式，用電設(shè)備之間互不影響。用戶可選擇的逆變器工作方式有供電質(zhì)量選擇、備電時長選擇，選擇是否為儲能單元充電以及充電時間段的模式、計費(fèi)模式。通過這些模式的選擇，用戶可以靈活高效地使用電能，并且通過分布式的供電方式節(jié)約了電能的消耗。

圖2 分布式不間斷供電模式

3.1 供電質(zhì)量選擇

供電質(zhì)量分為3個檔位，分別為高檔、中檔和普通檔位，高檔對應(yīng)于DC/AC供電單元在線式供電模式，中檔對應(yīng)于DC/AC供電單元后備式供電模式，普通檔為直接市電供電模式，用戶根據(jù)所接入用電設(shè)備的重要性和供電要求選擇對應(yīng)的供電質(zhì)量。供電正常時默認(rèn)為普通檔即直接市電供電模式，此檔位將不具備掉電后供電的能力，所以當(dāng)市電掉電后需要用戶自行選擇雙向逆變單元的工作模式為用電設(shè)備繼續(xù)供電，這樣設(shè)計的原因是不會在用戶不知情的情況下就使用儲能單元通過雙向逆變單元給用戶供電，有利于取得用戶的信賴，有利于商業(yè)化分布式不間斷供電在普通用戶之間的推廣。

3.2 備電時長選擇

用戶可根據(jù)接入用電設(shè)備的備電時間要求來設(shè)定備電時間，即當(dāng)市電掉電后，選擇高檔和中檔的用戶，DC/AC雙向逆變器將立即轉(zhuǎn)換至由儲能單元經(jīng)雙向逆變器DC-AC變換后為用戶提供不間斷的交流供電，從儲能單元經(jīng)逆變給用戶供電時刻開始計時，當(dāng)供電時長要超過（用戶待定的備電時間-X）提前設(shè)定的時間時，控制電路會通過聲光提示用戶備電時間即將不足，在供電時長超過用戶待定的備電時間后，雙向變換器停止工作，用戶設(shè)備掉電，掉電以后用戶不能繼續(xù)選擇使用儲能單元供電。

3.3 選擇是否給儲能單元充電及充電時間區(qū)段

可以選擇允許充電和不允許充電。允許充電，則DC/AC雙向逆變器在市電正常時，且收到儲能單元需要充電的請示標(biāo)志后，雙向逆變器工作在AC-DC模式，將市電轉(zhuǎn)化為直流電，為儲能單元供電，并計量雙向逆變器為儲能單元充入的總電量。在選擇允許充電時，為使充電費(fèi)用少一些，可以進(jìn)一步設(shè)定儲能單元充電的時間段，如可定義在晚上電費(fèi)相對便宜時對儲能單元進(jìn)行充電。

3.4 計費(fèi)模式

用戶的計費(fèi)來源有2處，一處為交流電能表的計費(fèi)，此處的計費(fèi)按正常的市電進(jìn)行收取費(fèi)用；另一處為直流電能計費(fèi)，此處的計費(fèi)根據(jù)儲能單元充電電能EIN以及儲能單元放電電能Eout進(jìn)行區(qū)分計費(fèi)，充電電能在用戶選擇了“允許充電”的功能后生效，直流的計費(fèi)電能計算公式為Eout-kEIN，其中k為電能轉(zhuǎn)換系數(shù)?？紤]到儲能單元的供電成本要高于市電供電的成本，k值取為小于1的系數(shù)，計算得到的計費(fèi)電能，即為要收取費(fèi)用的直流電能。

3.5 應(yīng)急供電模式購買

在市電掉電后，用戶可以選擇應(yīng)急供電購買，此時DC/AC雙向逆變器將儲能單元工作于DC-AC模式，為用戶提供緊急供電。緊急供電是確保用戶在市電掉電后儲能單元能夠立即通過雙向逆變器為用戶供電，確保用戶不間斷地使用電能。

3.6 儲能單元的充電

為增加儲能單元充電的途徑設(shè)計了儲能單元的充電來源可以為光伏儲能，單獨(dú)充電機(jī)，以及用戶選擇的允許雙向逆變器給儲能單元充電，為此用戶可以自由選擇為儲能單元進(jìn)行充電的方式。

4 結(jié) 論

在不間斷電源供電領(lǐng)域，不僅要充分考慮UPS的安全性、可靠性，還要兼顧UPS的經(jīng)濟(jì)性。普通用戶想要使用UPS提高用電質(zhì)量相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)，通過本文提出的方法可以有效解決這一問題，讓普通用戶能夠得到高質(zhì)量的用電體驗(yàn)。