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雙登分布式發(fā)電系統(tǒng)在ups不間斷電源中工作原理
分布式發(fā)電可提供百千瓦級(jí)電力供應(yīng)，適應(yīng)高等級(jí)電壓傳輸,，為無電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的村落,、海島、獨(dú)立建筑等提供電力供應(yīng),。系統(tǒng)發(fā)電單元可以是光伏發(fā)電,，風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電?？筛鶕?jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y源情況進(jìn)行合理配置,。
按系統(tǒng)運(yùn)行模式不同，可以分為以下類型：
純光伏離網(wǎng)系統(tǒng)：采用光伏作為發(fā)電單元,，配備光伏控制器,、蓄電池及離網(wǎng)逆變器為交流負(fù)載供電，適用于太陽能資源好,，供電負(fù)載集中的場(chǎng)景,。
純風(fēng)力離網(wǎng)系統(tǒng)：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為發(fā)電單元，配備風(fēng)機(jī)控制器,、蓄電池及離網(wǎng)逆變器為交流負(fù)載供電,，適于風(fēng)力資源較好的場(chǎng)景。
風(fēng)光互補(bǔ)離網(wǎng)系統(tǒng)：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏作為發(fā)電單元,，配備光伏控制器,、風(fēng)機(jī)控制器、蓄電池及離網(wǎng)逆變器為交流負(fù)載供電,，適用于太陽能資源與風(fēng)力資源季節(jié)性變化較大,，風(fēng)力資源晝夜變化大等地區(qū),，能一定程度上增強(qiáng)采用單一發(fā)電模式供電的穩(wěn)定性。
風(fēng)光柴互補(bǔ)離網(wǎng)系統(tǒng)：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī),、光伏及柴油發(fā)電機(jī)作為發(fā)電單元,，配備光伏控制器、風(fēng)機(jī)控制器,、切換開關(guān)為交流負(fù)載供電,，適用于對(duì)供電要求高，負(fù)載不間斷電的應(yīng)用場(chǎng)景,，是對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的完善,。
風(fēng)光市電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏作為發(fā)電單元,，配備光伏控制器,、風(fēng)機(jī)控制器、切換開關(guān)為交流負(fù)載供電,，適用于市電供電不穩(wěn)定區(qū)域供電質(zhì)量改善,。
系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
系統(tǒng)采用共直流母線方式，組網(wǎng)靈活,，可以依據(jù)需要增加風(fēng)光發(fā)電單元數(shù)量,，方便后續(xù)的擴(kuò)容及發(fā)電單元維護(hù)；
采用智能監(jiān)控終端,，全面的數(shù)據(jù)采集與告警信息服務(wù),，確保電站可靠高效運(yùn)行,；
多年的建站經(jīng)驗(yàn),，提供合理的系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，及蓄電池優(yōu)化配置方案,；
具有市電及后備油機(jī)發(fā)電接入自動(dòng)轉(zhuǎn)換接口，系統(tǒng)可以主備運(yùn)行，供電方案可靠靈活,；
配備負(fù)荷管理單元,，可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分級(jí)控制及用電進(jìn)行智能化管理。
雙登蓄電池
1,、ups不間斷電源的組成
UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：整流,、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制,。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的,，整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能,，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求）,，輸出幅度基本不變的整流電壓,。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除,，整流后的電壓仍存在干擾脈沖,。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來說就象接了一只大容器電容器,，其等效電容量的大小,，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的,，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾,，起到了凈化功能，也稱對(duì)干擾的屏蔽,。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成,，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù),，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān),，主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制,。
在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí),，給負(fù)載供電如所示，而且,，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電,；當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，UPS電源開始工作,，由儲(chǔ)能電池工給負(fù)載所需電源,，維持正常的生產(chǎn)（如粗黑→所示）；當(dāng)由于生產(chǎn)需要,，負(fù)載嚴(yán)重過載時(shí),，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電（如虛線所示）。
UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分,，主機(jī)和儲(chǔ)能電池,。額定輸出功率的大小取決于主機(jī)部分，并與負(fù)載屬那種性質(zhì)有關(guān),，因?yàn)閁PS電源對(duì)不同性能的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不同,，通常負(fù)載功率應(yīng)滿足UPS電源70％的額定功率。儲(chǔ)能電池容量的選取當(dāng)負(fù)載功率確定后主要取決其后備時(shí)間的長短,，這個(gè)時(shí)間因各企業(yè)情況不同而不同,，主要由備用電源的接入時(shí)間來定，通常在幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)不等,。萊鋼中小型棒材生產(chǎn)線因生產(chǎn)需要不允許斷電,，因此,，UPS電源系統(tǒng)在檢測(cè)到電網(wǎng)電壓中斷后，可自行啟動(dòng)供電,，且隨著儲(chǔ)能電池慢慢放電,，儲(chǔ)能電池的容量隨著時(shí)間會(huì)逐漸降低，考慮到壽命終止時(shí)儲(chǔ)能電池容量下降到50％并留有一定的余量,，我廠UPS電源系統(tǒng)的工作時(shí)間當(dāng)儲(chǔ)能電池滿容量時(shí)為2小時(shí),，半容量為1小時(shí)。
2,、ups不間斷電源工作原理
2.1.1 AC-DC變換：將電網(wǎng)來的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓,、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷?，供給逆變電路,。AC-DC輸入有軟啟動(dòng)電路，可避免開機(jī)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,。
2.2 .2 DC-AC逆變電路：采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路,，具有很大的功率富余量，在輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小,，具有快速響應(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),，使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負(fù)載沖擊或短路,，均可安全可靠地工作。
2.3.3 控制驅(qū)動(dòng)：控制驅(qū)動(dòng)是完成整機(jī)功能控制的核心,，它除了提供檢測(cè),、保護(hù)、同步以及各種開關(guān)和顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)外,，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制,，由于采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙重電壓反饋,。極大地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性,。不間斷電源工作原理框圖如圖2所示。
3,、ups不間斷電源工作過程
當(dāng)市電正常380Vac時(shí),，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器,，輸出穩(wěn)定的220Vac交流電壓,，同時(shí)市電對(duì)電流充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電,，則由電池組通過隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能,。從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時(shí)間,。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警,，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作,，長鳴告警。不間斷電源還有過載保護(hù)功能,，當(dāng)發(fā)生超載（150%負(fù)載）時(shí),，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回,。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載（超過200%額定負(fù)載）時(shí),，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時(shí)前面空氣開關(guān)也可能跳閘,。消除故障后,，只要合上開關(guān)，重新開機(jī)即開始恢復(fù)工作,。為使不間斷電源充分工作,，避免在過載或欠載下運(yùn)行，電源在開機(jī)前,，首先計(jì)算負(fù)載容量,。FR-UK型不間斷電源（標(biāo)稱額定功率）80%的阻性負(fù)載設(shè)計(jì)負(fù)載能力，一般帶計(jì)算機(jī)負(fù)載時(shí)可承受的按下式估算：
∑i=1 n Pi≤P
其中P為不間斷電源輸出容量（VA）,，P為第i個(gè)負(fù)載伏安數(shù)
每套PLC功率： 220V*0.5=110VA
每臺(tái)操作站功率： 220V*2A=440VA
IBM PC客戶機(jī)及服務(wù)器：220V*1.5A=330VA
則總功率：10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA
6490VA/0.8=8112VA
因此,，在這條棒材生產(chǎn)線上，采用10KVA的不間斷電源比較合適,。
4,、UPS電源系統(tǒng)的使用與維護(hù)
1 、UPS電源系統(tǒng)開,、關(guān)機(jī)
1.1 第一次開機(jī)
(1)按以下順序合閘：儲(chǔ)能電池開關(guān)→自動(dòng)旁路開關(guān)→輸出開關(guān)依次置于“ON",。
(2)按UPS啟動(dòng)面板“開"鍵，UPS電源系統(tǒng)將徐徐啟動(dòng),，“逆變"指示燈亮,，延時(shí)1分鐘后，“旁路"燈熄滅,，UPS轉(zhuǎn)為逆變供電,，完成開機(jī)。
經(jīng)空載運(yùn)行約10分鐘后,，按照負(fù)載功率由小到大的開機(jī)順序啟動(dòng)負(fù)載,。
1.2 日常開機(jī)
只需按UPS面板“開"鍵，約20分鐘后，即可開啟電腦或其它儀器使用,。通常等UPS啟動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定工作后,，方可打開負(fù)載設(shè)備電源開關(guān)（注：手動(dòng)維護(hù)開關(guān)在UPS正常運(yùn)行時(shí)，呈“OFF"狀態(tài)）,。
1.3 關(guān)機(jī)
先將電腦或其它儀器關(guān)閉,，讓UPS空載運(yùn)行10分鐘，待機(jī)內(nèi)熱量排出后,，再按面板“關(guān)"鍵,。
2、UPS電源系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)
UPS電源系統(tǒng)因其智能化程度高,，儲(chǔ)能電池采用了免維護(hù)蓄電池,，這雖給使用帶來了許多便利，但在使用過程中還應(yīng)在多方面引起注意,，才能保證使用安全,。
(1)UPS電源主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作,，但要求室內(nèi)清潔,，少塵，否則灰塵加上潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂,。儲(chǔ)能蓄電池則對(duì)溫度要求較高,，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃，平時(shí)不能超過+15℃～+30℃,。溫度太低,，會(huì)使儲(chǔ)電池容量下降，溫度每下降1℃,，其容量下降1％,。其放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命降低,。如果在高溫下長期使用,，溫度每高10℃，電池壽命約降低一半,。
(2)主機(jī)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變,。特別是對(duì)電池組的參數(shù)，會(huì)直接影響其使用壽命,，但隨著環(huán)境溫度的改變,，對(duì)浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整,。通常以25℃為標(biāo)準(zhǔn),，環(huán)境溫度每升高或降低1℃時(shí)，浮充電壓應(yīng)增加18mV（相對(duì)于12V蓄電池）。
(3)在無外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時(shí),，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源,，應(yīng)先關(guān)斷各負(fù)載，等UPS電源系統(tǒng)起動(dòng)后再開啟負(fù)載,。因負(fù)載瞬間供電時(shí)會(huì)有沖擊電池,，多負(fù)載的沖擊電流和加上所需的供電電流會(huì)造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器,。
(4)UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大,，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運(yùn)行,。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的,，增加大功率負(fù)載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作,，都會(huì)造成主機(jī)出故障,，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。
(5)自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓,，波形,、頻率、幅度應(yīng)滿UPS電源對(duì)輸入電壓的要求,，另久發(fā)電機(jī)的功率要遠(yuǎn)大于UPS電源的額定功率,，否則任一條件不滿，將會(huì)造成UPS電源工作異?；驌p壞,。
(6)由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險(xiǎn),，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條,、輸出線時(shí)應(yīng)用安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施,，特別是輸出接點(diǎn)應(yīng)有防觸摸措施,。
(7)不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測(cè)試狀態(tài),，都要保證電壓,、電流符合規(guī)定要求。過高的電壓或電流可能會(huì)造成電池的熱失控或失水,、電壓,、電流過小會(huì)造成
電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命,，前者的影響更大,。
(8)在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān),。放電深度越深,、循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)中或是放電檢修中,，通常 放電達(dá)到容量的30％～50％就可以了,。
(9)對(duì)電池應(yīng)避免大電流充放電，雖說在充電時(shí)可以接受大電流,，但在實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免,，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落,，電池內(nèi)阻增大,，溫升越高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降,，壽命提前終止,。
3、日常維護(hù)與檢修
(1)UPS電源在正常使用情況下,，主機(jī)的維護(hù)工作很少,，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū),，空氣中的灰粒較多,，機(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常,，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警,，大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)*清潔一次,。其次就是在除塵時(shí),，檢查各連接件和插接件有無松動(dòng)和接觸不牢的情況。
(2)雖說儲(chǔ)能電池組目前都采用了免維護(hù)電池,，但這只是免除了以往的測(cè)比,、配比、定時(shí)添加蒸餾水的工作,。但外因工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒有改變,，不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響沒有變，這部分的維護(hù)檢修工作仍是非常重要的,，UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電池部分,。
a.儲(chǔ)能電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電,。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電,，以達(dá)全組電池的均衡,。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí),，應(yīng)停止放電,，繼續(xù)放電先消除落后電池后再放,。
b.核對(duì)性放電,，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后電池,，經(jīng)對(duì)落后電池處理后再作核對(duì)性放電實(shí)驗(yàn),。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極電池,。
c.平時(shí)每組電池至少應(yīng)有8只電池作標(biāo)示電池,，作為了解全電池組工作情況的參考，對(duì)標(biāo)示電池應(yīng)定期測(cè)量并做好記錄,。
d.日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：清潔并檢測(cè)電池兩端電壓,、溫度；連接處有無松動(dòng),，腐蝕現(xiàn)象,、檢測(cè)連接條壓降；電池外觀是否完好,，有無殼變形和滲漏,；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出,；主機(jī)設(shè)備是否正常,。
e.免維護(hù)電池要維護(hù)，不是什么無稽之談,，應(yīng)從廣義的維護(hù)立場(chǎng)出發(fā),，做到運(yùn)行、日常管理的周到,、細(xì)致和規(guī)范性,，保證設(shè)備（包括主機(jī)設(shè)備）保持良好的運(yùn)行狀況，從而延長使用年限,；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量,；保證電池運(yùn)行和人員的安全可靠。這就是電池維護(hù)的目的,，也是電池運(yùn)行規(guī)程中包括的內(nèi)容和進(jìn)行規(guī)則,。
(3)當(dāng)UPS電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先查明原因,，分清是負(fù)載還是UPS電源系統(tǒng),；是主機(jī)還是電池組,。雖說UPS主機(jī)有故障自檢功能，但它對(duì)面而不對(duì)點(diǎn),，對(duì)更換配件很方便,，但要維修故障點(diǎn)，仍需做大量的分析,、檢測(cè)工作,。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容則可能有誤,。
(4)對(duì)主機(jī)出現(xiàn)擊穿,，斷保險(xiǎn)或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng),，否則會(huì)接連發(fā)生相同的故障,。
(5)當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大,、壓差大和酸霧泄漏現(xiàn)象的電池時(shí),，應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的方法恢復(fù)和修復(fù)，對(duì)不能恢復(fù)和修復(fù)的要更換,，但不能把不同容量,、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起,，否則可能會(huì)對(duì)整組電池帶來不利影響,。對(duì)壽命已過期的電池組要及時(shí)更換，以免影響到主機(jī),。
5,、ups不間斷電源原理
按UPS的工作方式來分，可分為在線（on－line）式UPS和離線（off－line）式UPS,。離線式UPS又稱后各式UPS,，它還可分為正弦波輸出、方波輸出,、帶穩(wěn)壓的或不帶穩(wěn)壓的,。
（1）后各式UPS 后各式UPS是指UPS中的逆變器只在市電中斷或欠壓失常狀態(tài)（欠壓值約在170V，即UPS投人電壓）下才工作,，向負(fù)載供電,，而平時(shí)逆變器不工作，處于各用狀態(tài),。
圖1為后各式UPS電能流程圖,。市電供電正常時(shí)，市電一方面直接通過交流旁路支路轉(zhuǎn)換開關(guān),，經(jīng)濾波器輸出至負(fù)載,；另一方面通過電源變壓器,，經(jīng)整流后變成直流電，再經(jīng)充電回路向蓄電池組充電,。當(dāng)市電供電中斷時(shí),，蓄電池儲(chǔ)存的電能通過逆變器變成交流電，經(jīng)濾波器繼續(xù)向負(fù)載供電,。在后各式UPS中實(shí)際電路也含有各種保護(hù),、告警等控制回路，比較復(fù)雜,。