| 摘要：现代大型发电机组采用了复杂的计算机监控和安全保护系统，其交流220V电源要求稳定可靠，分秒不停。应运而生的不间断电源(简称UPS)，满足了这种“苛刻”负载严格的需求，消除了电网电压瞬变波动对重要负载的影响 |
可见，整套UPS的效率是比较低的，这是由于各环节存在损耗。如果UPS的容量选择过大，实际负荷偏低，利用率低，效率则更低。
在充电器已选定输出功率65kW情况下，参照上述公式，计算得整流变输入容量为87.3kVA。国产充电器的整流变原设计选配输入容量140kVA，偏大了。
鉴于整流、逆变各环节交直流侧P，U，I等参数换算与整流、逆变的方式、线路及负荷等有关，准确计算比较复杂，我们期待设计规程提供一套UPS系统适用的基本公式，作为 容量选择估算的依据。
4UPS专用电池个数的选择
4.1认识上的反思
1988年，黄埔发电厂300MW机组开始安装，笔者是甲方代表，初接触静态逆变的UPS，对其原理和特点还了解甚少，在UPS电池个数选择上走了一段弯路。原设计电池为日本汤浅公司生产的QFD-250型，250Ah，碱性，180个，浮充电压1.35V×180=243V，均充电压1.47V×180=264.6V。拿一般直流系统去套，认为直流电压偏高，会缩短继电器、信号灯等元件寿命，遂提出建议减少电池。经设计代表、乙方代表同意，变更为171个，浮充电压231V，均充电压251V。
1991年9月26日，5号机组投产2a后，进行UPS试验。断开整流器、充电器后不到10min，电池从231V急剧跌降至210V，逆变器输入侧开关Q4跳闸，切至旁路。均衡充电10h后，重新试验，放电约20min，Q4跳闸。
电荷量Q=250Ah电池，以2h率电流放电(Q／2h=125A)，为何不到0.5h电压就跌至210V呢?笔者认为主要是电池个数偏少。逆变器输入210V跳闸时，单个电池电压为210V／171=1.23V。电池以0.5Q／h电流放电，允许终止电压为1.05V，1.23V以下的有效容量未充分利用。查QFD电池放电系数k=0.5h-1的放电电压曲线，当电池降至1.23V的时间约20min，与前述试验结果相符。为此，1992年2月笔者草拟了UPS电池改进的意见，电池加装至186个。验算其放电至210V时，单个电池仍有210V／186=1.13V，查k=0.5h-1放电电压曲线，放电可持续约1.5h。
4.2对原设计的分析及修正
原设计计算书，以电池电电流227A，0.5h，放出电荷量113.5Ah，45.4%容量，查0.908h-1放电电压曲线，放电0.5h单个电池电压1.17V，电池个数n=210／1.17=180。
这里纠正两点：
a)逆变器输入电流，即电池放电电流计算值应为245A，而非227A；
b)考虑UPS电池的放电时间0.5h，此时的电压1.17V不是电池的终止放电电压。
修正计算如下：
按电池放电系数
k=I
查0.98h-1≈h-1放电电压曲线，得终止放电电压为1.03V。防止个别落后电池过放电损坏，留有余地，终止放电电压取Upn=1.03V×1.04=1.07V。电池个数n为逆变器最低输入电压UDC，min与电池终止放电电压Upn之比，即
n=210／1.07=196.
验算应满足条件：
a)放电0.5h后的单个电池电压应不小于电池的终止放电电压；
b)放电0.5h后的整组电池电压应不小于逆变器最低输入电压；
c)放电至逆变器最低输入电压时单个电池电压应不小于电池的终止放电电压；
d)放电时间不小于30min。
经验算，n=196满足上述条件。
4.3讨论
由于UPS的逆变器设置了低电压保护，为了充分发挥电池容量，希望UPS专用电池的个数多一点，放电至逆变器低电压跳闸时的单个电池电压低一点，以延长放电时间；而为了保护电池，电池个数应少一点，放电后期单个电池的电压才不致于过低，以防止过放电。设计人员应适当地处理这一矛盾。
电池放电时间与电池个数密切相关。在输出电流245A，选定250Ah电池条件下，若选196只，可以放电46min，单个电池电压至1.07V时放出76%容量(190Ah)；若选186只，至210V／186=1.13V时，放出49%容量(122.5Ah)，可以放电30min；若选180只，至1.17V时只能放出28%容量(70Ah)，持续时间仅有17.2min，达不到期望值30min。由此可见，充分的容量还要搭配足够的个数，才能发挥电池应有的效能。
5逆变器输入电压的选择
逆变器输入电压的范围，与电池、充电器的选型有关。逆变器输入端与电池及充电器的输出端连接，中间一般设隔离二极管。逆变器正常输入电压，应高于电池正常浮充和均衡充电时的整组电压，电池才不会轻易放电。
为了防止电池过放电而垮掉，逆变器必须有低电压保护。这一保护定值，就是逆变器输入电压的下限，它直接决定着电池个数及直流系统电压，也影响着电池容量。
逆变器输入电压的上限，制约着电池的初充电和均衡充电。如选QFD型电池196只，长期浮充电压为1.35V×196=264.4V，超过了220V×(1+10%)的范围，元件寿命大降；均充电压为1.47V×196=288V，初充电压为1.63V×196=319V，已高于逆变器输入电压的上限280V，初充和均充时必须退出电池，而且也超出了GZKC2型充电器输出电压的上限310V。此外，整流器输出电压实际值只有278V，有时还出现波动。基于上述考虑，UPS改进后电池仅加装至186只是比较合适的。
6结束语
a)从优化电源布局和操作需要出发，由设计部门绘制一张包含电源及负荷的UPS系统总图是很必要的。不少工程，恰恰欠缺了这张图。制造厂家系数列产品通用图或一般原理方框图，不能代替实际系统图施工图。运行部门总是希望设计部门消化厂家资料后，另出一份确认的图纸。电厂正常生产后，也应复制一套符合现场实际的竣工图。
b)UPS外围设备与厂用电和直流系统密切相关。电气人员比较熟悉电源，而热控人员则比较熟悉负荷分配和UPS装置。UPS装置的选型订货，又常与机炉控制系统一起考虑。因而，专业之间协调，才能规划设计出好的方案，避免接口上出现疏漏。UPS装置的监视、停送电和倒换操作，一般由熟悉电气系统的运行人员执行；但负荷端的UPS、DPU、APS柜内的开关，宜由热控人员操作。生产单位只有加强管理，明确职责，分工分界，才能管好UPS。
责任编辑：Lily
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