电力系统二次设备UPS配置方案及选择分析

电力系统二次设备UPS配置方案及选择分析
摘要：电力系统二次设备的安全有效运行离不开电源的可靠保障，当前电力企
业在其变电站及电力调度控制中心均配有UPS设备，不同UPS设备其配置运行方
式也不尽相同。

本文以电力企业常用的UPS配置方案为例，介绍了不同配置方案
的特点，将不同方案进行了比较，并在此基础上提出了UPS配置方案的选择策略，希望对电力系统二次设备UPS的配置及选择有一定的参考价值。

关键词：电力系统；二次设备UPS；配置方案；选择；冗余
电力企业的设备以一次设备为主，作为电力系统中的核心部分，一次设备的
主要功能是承担电能的直接生产、输送及分配等。

比如生活中常见的断路器、电
力母线及隔离开关等，大众对这些设备都很熟悉。

但是人们对二次设备的了解甚少，二次设备主要包括一些用于测量的仪表、信号提示装置及继电保护系统等，
其主要功能是对一次设备进行监管、控制及保护，确保一次设备的正常运行。

因此，对电力系统二次设备的配置及选择进行探讨有着重要的意义。

一、UPS连接方式的特点
电力系统的UPS备份一般有两种方式，即串联热备份与并联冗余。

电力企业
在选购UPS时，就需要对其备份方式做出选择。

双机并联冗余方式的可靠性较强，如果其中一台设备出现问题，那么另一台设备就可以承担所有的负载，这种方式
要求系统负载的总容量最好不能超过其中任何一台UPS设备的额定容量，以避免
过载现象；双机串联热备份方式也具有较强的可靠性，在其主机UPS出现问题时，另一台串联的设备就会承担所有负载，且切换时间极短。

这种方式同样要求负载
总容量不能超过其中任何一台设备的额定容量，其设备的利用率为50%，但是其
主机需要承担全部的负载。

一般情况下，UPS承担全部负载要比承担50%负载时
的工作效率高，这样长时间下去就会节省大量的电能。

并联冗余方式虽说可以增
加系统的输出容量，但是为了保证系统的可靠性，其负载总容量最好不要超过任
何一台UPS设备的额定负载。

在操作方面，双机串联热备份方式在安装完成后其操作较为简单。

并联冗余
方式需要在每个UPS设备的电压、相位及频率三者完全一致的情况下才能进行，
因此其操作相对较复杂。

另外，双机并联方式需要增加UPS设备的配件，以此保
证每台设备的同时锁相输出。

在长期运行下，并联冗余方式的故障发生率较高。

如果电压、相位及频率不能达到一致，并联方式的操作只能保持主机的运行，而
需要封闭从机。

在保养维修方面，双机串联方式可以在维修主机时，旁路自动切换，由从机
继续提供电源，实现对供给电力设备的继承，因此较为便利。

而双机并联方式进
行维修时，必须先要封闭其中一台UPS设备，在维修完成后重新运行时，需要再
次按照复杂的操作顺序进行开、关机，以此保证对负载的电源提供。

另外，在双机并联方式中，为了保持两机电压、相位及频率的一致性，需要
增加一个通讯单元，依靠其实现两台并联的UPS设备内部微机处理的相互通讯。

这个通讯单元由电缆线连接到两台并联设备的通信接口。

因此，这种方式增加了
空间的连接配置，而双机串联方式则不需要进行这一方面的操作，这可以对空间
配置进行有效节省。

二、UPS不同连接方式的比较
1、目的比较
UPS设备的串联热备份与并联冗余的目的都是加强整个电力系统的可靠性，
保障电力企业供电与输电的稳定性。

2、实现比较
UPS设备并联冗余的方式需要利用并机装置达到并联要求，虽然一些机型不
需要采用并机装置，但是需要控制连接，控制连接一般有无线和有线两种方式。

而串联方式则不需要其它任何设备，这种情况下产生故障的因素就会大大减少，
从而现场的安装、调节及日后维护就会变得异常方便。

3、隔离性比较
并联冗余要求将两台设备的输出进行并联，就是将两台UPS设备的逆变器进
行并联使用，两台设备之间没有完全隔离。

在运行过程中，两台设备的功率单元
始终处在一种动态平衡的供电状态。

由于两台设备没有进行完全隔离，并联冗余
就需要每台设备的频率波形变化、输出电压、输出阻抗等以及这些指标因素的动
态特征完全一致，任何一项指标不一致都会导致并联冗余无法正常工作，严重时
还会产生其它后果。

在串联方式中，两台UPS设备是处于完全隔离的，它们独立运行，借助主备
机内部自身消息状态的开关达到串联系统之间的相互切换。

由于串联冗余具有很
好的隔离性，每台设备独立运行，因而有效避免了并联方式中的不安全因素。

4、灵活性比较
UPS的并联冗余要求其设备是统一系列的，但是串联方式则不需要这样的要求。

只要串联方式的主备机具有热备份功能，其就能够实现不同品牌及不同型号
设备之间的热备份功能，而且主机与从机之间的相互转换就会变得十分灵活。

5、可靠性比较
并联冗余中，许多因素都会造成UPS设备状态的变化，比如电网系统的负载
扰动和频率扰动等。

这种方式中两台设备的动态相应指标应始终保持一致，如果
不能保持一致，设备就会为了安全性自动解除关联状态，由其中一台设备独立供电。

在并联方式中，如果两台设备不能配合到位，供电系统就会间断，并联方式
就会失去意义。

而串联方式中的两台设备始终保持备用状态，一旦主机发生故障，从机就会自动投入使用，避免停电现象。

三、UPS设备配置方案的选择
（1）UPS设备的核心部件是功率器件，应尽量选用优质的、用低温功率器件生产的UPS设备，在日常运行中保证器件始终处于最佳工作状态，以此提高UPS
设备的可靠性。

（2）尽量选用全数字化与集成化电路控制形式的UPS设备。

这种设备在控制、测量及变换等方面都是采用数字化方式。

当前许多品牌的UPS设备只是部分
采用数字化，而一些先进的UPS设备全是采用数字化技术，而且部分设备采用的
是直接数字控制技术，其处理器均是采用双数字信号，这些设备的性能十分良好。

（3）在UPS设备的选择上，应对其输入电压的范围提出要求，尽量选用电
压范围变化较广的UPS设备。

（4）输入功率因数较高的UPS设备，其电能损耗会大大降低，而且空间辐
射和谐波污染等现象也会有效降低。

当前出现的最新产品，其输入功率因数能够
达到0.999，是UPS设备的最佳选择。

（5）无故障持续时间的长短也是衡量UPS设备性能的主要指标之一，当前
我国UPS设备的无故障持续时间通常均在10万h以上，但实际中不同品牌的设
备也会有所差异，因此需要对设备的无故障持续时间提出要求。

（6）负荷容量也是UPS设备选择的主要指标。

通常情况下，二者的关系为：
设备容量0.7=负荷容量；另外，UPS设备的功能选择应以现场供电环境为依据，
比如供电电压为380V，负荷设备电压为220V时，应选择三进单出类型的UPS设备；最后，蓄电池组的选择应根据断电后系统需求的持续供电时间为依据，关系为：设备容量/设备直流电压×延长时间=蓄电池组容量。

结束语
综上所述，UPS设备的并联冗余和串联热备份方式都有着其自身的优点和缺点。

电力企业只有弄清每种连接方式的优势和不足，制定出具体的设备配置标准，这样电力系统的二次运行、维护及UPS设备的选用才会有所依据，才会更加合理
规范，从而保障电力企业供电的可靠性。

参考文献
[1]陈绍光.电力系统二次设备状态检修探讨[J].云南水力发电，2015（10）.
[2]吴国沛.电力网一、二次系统可靠性分析与应用[D].华南理工大学，2012（6）.
[3]陈绍光.电力系统二次设备状态检修及重点解决的问题[J].云南电业，2010（9）.
[4]翟程虎.力系统二次设备UPS配置方案及选择探讨[J].中国电力教育，
2012(2).。