转载--直流和UPS系统

来源：收宇宙灵 电厂集控运行知识库

直流系统概述：直流系统是新能源场站非常重要的组成部分，主要用于对高压开关或断路器远方操作、信号设备、继电保护、自动装置及其他一些重要的直流负荷(如事故照明、UPS系统)的供电。直流系统应保证在任何事故情况下都能可靠和不间断地向其用电设备供电。直流系统中采用蓄电池组作为直流电源，蓄电池组是一种独立可靠的电源，它在发生任何事故，甚至全厂交流电源都停电情况下，仍能保证直流系统中的用电设备可靠而连续的工作。

直流系统的组成：直流系统主要由交流配电单元、充电整流模块、蓄电池、直流馈电单元、绝缘监测单元组成。220V直流系统每组蓄电池一般由103块免维护阀控密封式蓄电池串联方式组成，它的作用如下：1、提供可靠的直流操作电源，实现远程操作；2、提供直流负荷电源，如信号设备、继电保护和自动装置供电；3、保证正常和事故情况下，都能可靠且不间断地向用户供电。

1、配电单元：配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的器件如：电源线、接线端子、交流断路器、直流断路器以及指示灯等

2、充电整流模块：充电整流模块就是把交流电整流成直流电的单机模块，它可以多台并列运行，输出220V稳定的直流电压。模块自身有较为完善的各种保护功能，例如：输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。

3、蓄电池：蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池，新能源场站常用的蓄电池是阀控密封式铅酸蓄电池，其主要特点：放电性能优异、不漏液、无酸雾、全密封式、免维护。蓄电池在正常运行中会出现自放电现象，主要有以下两方面原因：（1）蓄电池极板含有杂质形成局部的小电池，而小电池的两极又形成短路回路，引起蓄电池自放电；（2）蓄电池电解液上下密度不同，使极板各部分之间存在电位差，这些电位差相当于小的局部电池，通过电解液形成电流，使极板上的活性物质溶解，导致蓄电池容量损失。

4、直流馈电单元：直流馈电单元主要由机柜、绝缘监测装置、馈电开关组成。

5、绝缘监测单元：直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置，可实时监测线路对地电阻，此数值可根据具体情况设定，正常运行绝缘良好时，各线路对地绝缘电阻值为999KΩ。当线路对地绝缘降低到设定值时，就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元有母线绝缘监测、支路绝缘监测。

直流系统的工作原理：两路交流输入电源经交流配电单元互投后，选择其中一路交流输入提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流电源，一方面对蓄电池组补充充电，另一为负载提供正常的工作电压;集中监控单元可实现对交流配电单元、充电模块、直流馈电单元、绝缘监测单元、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集、控制和管理。

直流系统示意图：

直流系统的接线方式：

直流系统的运行方式：

直流系统的运行方式有两种：充放电方式与浮充电方式。新能源场站中的蓄电池组一般采用浮充电方式运行。

1、充放电方式是指对运行中的蓄电池组定期进行充电，以保持蓄电池处于良好状态。其特点是正常运行时，充电设备退出，由充好电的蓄电池向直流负荷供电。为了保证在事故情况下蓄电池组能可靠的工作，蓄电池组正常放电时必须留有一定的裕量，决不能使蓄电池完全放电。通常放电约达额定容量的60%-70%时，应停止放电，将充电设备投入，进行充电。在充电过程中充电设备除了向蓄电池组供电以外，还要向直流负载供电，故充电设备必须有足够的容量。

2、浮充电方式是指充电设备与蓄电池组并列运行于直流母线上，正常运行时，充电设备主要向直流负载供电，同时还以较小的电流（浮充电流）流向蓄电池组进行浮充电，以补偿蓄电池的自放电损耗，使蓄电池处于完全充足电的状态。蓄电池平时不供电，只有当负载突然增大（如断路器合闸、许多断路器同时跳闸等），主要由蓄电池组以大电流放电来供电，而充电设备一般只能提供略大于其额定输出的电流值(由其自身的限流特性决定)。在充电设备的交流电源消失时，所有直流负荷完全由蓄电池组供电。这种运行方式称为浮充电运行方式。

浮充电运行方式有如下优点：

（1）蓄电池组经常处于满充电状态，其容量可以被充分利用。

（2）正常运行中，直流母线电源是恒定的，无需调节。

（3）蓄电池的自放电能够得到及时补偿，延长了蓄电池的使用寿命。

（4）不需经常充放电，简化了运行维护，提高了安全性。

直流系统的日常检查项目：

1、蓄电池室的日常检查项目

（1）蓄电池室内严禁明火，并配备专用的灭火器，如干粉灭火器；

（2）蓄电池室内温度在5～35℃，不允许长时间超过35℃；

（3）蓄电池室内清洁干燥、通风良好，无异常气味，照明充足；

（4）电池外壳无变形和渗液，极柱周围无酸雾逸出；

（5）各连接处应紧固，无松动腐蚀现象；

（6）蓄电池巡检仪运行正常，无异常报警信号。

2、直流充电装置、母线及馈电屏的检查项目

（1）充电模块运行指示灯亮且指示正常；

（2）充电模块输出电压、输出电流显示正常；

（3）检查各充电模块无过热、松动、异常响声、焦糊味；

（4）绝缘在线监测装置无接地告警，各支路绝缘阻值正常；

（5）母线电压应维持在85%～110%额定电压范围内（192V～248V）；

（6）直流系统的运行方式正确，直流屏上各开关和刀闸的位置正确；

（7）直流系统各部件清洁，无漏电、放电现象；

UPS系统概述

UPS全称为交流不间断电源系统，当UPS工作电源正常时，电路将交流电转换为直流电，再将直流电逆变成稳定、纯净的正弦波交流电供给负载，起到稳压的作用，而当工作电源中断时，蓄电池开始工作，此时蓄电池储存的电能通过逆变器转换成交流电供给负载，因此无论是工作电源供电正常时还是在工作电源中断由蓄电池给逆变供电期间，逆变器始终处于工作状态，真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频以及零转换时间，为用户设备提供全面、完善的保护。

UPS内置静态电子旁路开关，当UPS 发生故障时，可无间断地转到旁路继续向负载供电，并提供声光报警。因此UPS系统作为许多重要负荷的电源。

UPS系统的组成

UPS系统一般由UPS主机柜（包括输入变压器、整流器、逆变器、输出隔离变压器和逆变静态开关等）、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组成。为了保证UPS系统不间断地向重要负荷供电，每套UPS系统设有三路电源，即UPS工作主电源、直流(蓄电池)电源、旁路电源。

1、整流器：它将交流电整流成直流电，且当输入电压发生变化或负载电流发生变化时，整流器能提供给逆变器一稳定的直流电源。

2、逆变器：它将整流器或由220V直流电源送来的直流电转换成大功率、波形好的交流电提供给负载。

UPS示意图：

UPS主要组成设备及对应功能

1、整流器：它将交流电整流成直流电，且当输入电压发生变化或负载电流发生变化时，整流器能提供给逆变器一稳定的直流电源；

2、逆变器：它将整流器或由220V直流电源送来的直流电转换成大功率、波形好的交流电提供给负载；

3.蓄电池：作为UPS系统的备用直流电源，当工作主电源失电时，可以将直流电逆变成交流电后，为负载提供不间断电源；

4.静态开关：能在极短的时间内将负载由备用电源供给转为逆变器供给，或由逆变器供给转换为由备用电源供给；

5、隔离变压器：当逆变器停止工作，负载由旁路电源供电时，实现电源与负载间的电气隔离；

6、手动维修旁路开关：可将静态开关和逆变器完全旁路隔离，以便在安全和不间断向负载供电的条件下对UPS进行维护。

UPS系统主要用户

在新能源场站中，UPS系统主要为以下设备提供稳定的正弦交流电压：计算机控制、数据采集系统、继电保护装置、自动控制装置、监测仪表等。

UPS系统的工作原理

交流输入经过输入变压器和整流电路后与直流输入并联，在经逆变后通过输出隔离变压器给重要负载供电，正常运行时整流器输出端的直流电压略高于直流输入端的电压，并不消耗蓄电池的电力，一旦交流断电，直流系统自动给逆变器供电，因此交流输出仍保持不间断。另外，万一逆变器故障或过载，电源也将自动切换到旁路电源上供电，旁路电源可由电网供电，进一步提高了供电的可靠性。旁路供电回路除了具有静态开关切换电路外，还加入了旁路隔离变压器，以保证可靠供电，另外为保证维修时不间断供电，还增设了手动维修旁路开关。

UPS系统的运行方式

UPS系统有四种不同运行方式：正常运行方式、蓄电池供电方式、自动旁路供电方式和手动旁路供电。

1、正常运行方式(整流器供电)

UPS工作电源正常时，交流三相电源经过输入隔离变压器、滤波变压器、整流器、整流器、逆变器、输出隔离变压器、静态开关提供更稳定的电源给负载。

2、蓄电池供电方式

当交流电源发生异常或整流器、电抗器故障时，蓄电池组提供直流电给逆变器，继续产生交流，确保不间断输出，在输出端看不出有任何的中断或变化，进而达到保护负载的作用。

3、自动旁路供电方式

当工作电源故障消失、整流器或逆变器发生异常状况如保险丝熔断、短路等故障时，逆变器会自动切断以防止损坏，若此时旁路交流电源正常时，静态开关会自动切换至由旁路备用电源输给负载供电。

4、手动旁路供电方式

当 UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时，可以先切断逆变器开关然后激活维修旁路开关，再将整流器和旁路开关切断。交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载，此时，维护人员可以安全地对UPS 进行维护。

UPS系统运行的规定

1、正常运行时UPS系统采用正常模式运行，当工作主电源故障时，UPS自动切换至直流模式运行，当工作电源与直流电源均故障时，UPS自动切换至静态旁路模式运行，UPS系统故障造成停机或需要进行维护时，才采用维修旁路模式运行。

2、启动UPS系统时，必须先关断各负载，待UPS系统启动后逐步投入负载，避免过大的负载冲击电流损坏UPS系统。UPS系统停机操作应待有关负载停止运行后方可进行。

3、 UPS系统馈线柜严禁接入其他临时负载。

UPS系统运行中的检查项目

（1）UPS面板无报警信号，运行监视灯显示与当前实际运行方式相一致；

（2）UPS冷却风机运行正常，有无异常响声；

（3）室内温度在5～35℃，UPS散热通道畅通无障碍物；

（4）柜内各元件无松动、无异响、无过热现象；

（5）UPS主机柜输出电压、电流、频率显示正常；

（6）UPS旁路柜输出电压、电流和频率显示正常；

（7）蓄电池供电回路正常。