雙機冗余UPS系統在600MW火力發電廠中的應用

2013-12-12 09:50:53 北極星電力信息化網　點擊量：評論 (0)

發電企業是技術密集型企業,有著龐大復雜的控制系統和自動調節裝置。為了保證機組的安全、穩定及經濟運行,要求高質量的供電電源并保證其可靠性。不間斷電源裝置(UPS)是一種向負載提供優質、高效、可靠交流電源

發電企業是技術密集型企業,有著龐大復雜的控制系統和自動調節裝置。為了保證機組的安全、穩定及經濟運行,要求高質量的供電電源并保證其可靠性。不間斷電源裝置(UPS)是一種向負載提供優質、高效、可靠交流電源并具有保護、檢測和控制功能的供電設備。UPS對于各專業領域的計算機及其網絡、通信系統、電力系統、工業控制系統、醫療設備、電子儀器、國防和科研部門等起著關鍵作用。雖然目前大型UPS單機的平均無故障工作時間已高達20～25萬小時,但對于發電企業來說,這樣的可靠性仍不能滿足其采集、監控及通信系統不間斷安全運行的要求。為保證供電系統的高可靠性,近年來發展了多機冗余并聯UPS系統。與單機UPS供電系統相比,該系統具有很高的可靠性和十分方便的可維護性,因此在各個領域得到了廣泛地應用。浙能北侖發電有限公司廠用電系統UPS就是利用該技術進行了改造,將單機UPS系統改造為“1+1”并聯冗余型UPS供電系統,取得了圓滿成功。

1.UPS系統改造的必要性

浙江浙能北侖發電有限公司機組配置的交流不間斷電源系統UPS，是為計算機監控系統、數據采集系統、重要機、電、爐保護系統、除灰系統及重要電磁閥等符合提供可靠的不間斷交流電源。老式的UPS采用單臺供電，經過10多年的運行，已經暴露出許多問題，如“瞬時切至旁路電源后又自行恢復至逆變器供電”,“晶閘管絕緣下降導致直流熔絲熔斷，UPS停運”等異常現象，嚴重威脅到機組的安全運行。隨著多機冗余并聯UPS供電技術的發展和日益成熟，同時為了提高UPS供電的可靠性，公司對原單機供電的UPS進行改造，更換為雙機并聯冗余UPS供電系統。

2.雙機冗余UPS系統的主要功能特點及構成

2.1主要功能特點

兩臺UPS完全相同,相當于二個UPS模塊并聯,100%互為備用冗余,大大提高了系統的可靠性。可共用旁路電源,保證在大沖擊負載下無擾動切換。每臺UPS采用高速DSP數字技術精確計算并聯環流,應用快速調節控制逆變器電壓和頻率使穩態環流保證在1%以內、允許瞬態擾動環流在10%以內的算法,保證并聯在一起的逆變器穩態環流很小、發熱很少、可靠性很高,又可以承受負載啟動變化時瞬態環流的變化而不退出并聯運行,即保證在小環流條件下使得并聯UPS的電壓幅值和頻率相同;正常工作時,每臺UPS只承擔50%的負載電流,它有利于降低單臺UPS的故障率。此外,它還具有優良的容錯特性:如果在UPS運行中,其中一臺UPS出現故障,在并機邏輯控制電路的作用下,它在向用戶發出故障信號的同時,自動將故障UPS斷開,同時另一臺UPS自動承擔100%的負載,無需切換至旁路供電,安全可靠性得到了很大的提高,如圖1所示。

基于上述分析和大量運行統計資料證明:雙機并聯冗余供電系統的可靠性要比單機UPS的可靠性提高4～5倍。

2.2主要構成

(1)整流器

整流器的主要功能就是將交流電源轉換為直流電源提供給逆變器,逆變器再將直流電源轉換為交流電源輸出給負載。UPS使用12脈沖的全控整流器,如圖2所示。另裝有移相變壓器,電壓總諧波失真可以大大的減少,并且增加了輸入功率因數;另增加輸入電感器以增強可靠度、降低輸入功率和減少諧波電流,大大減少電壓總諧波失真。該UPS還加裝了額外的低壓及高壓保護裝置，以便于提高可靠性并且在不正常狀況發生時關閉整流器。當輸入中斷或者整流器發生故障而沒有直流電源輸出給逆變器時，電廠提供的直流電源將為逆變器提供直流輸入，并由逆變器提供給負載。

(2)逆變器

逆變器負責將整流器或者電廠直流屏提供的直流電轉換為電壓幅度和頻率精確穩定的交流電以滿足電力設備的需要,如圖3所示。

逆變器輸出電壓通過脈寬調制技術產生。逆變器主要由IGBT、電感、電容、緩沖電路、控制電路和保護電路等組成。它能將直流電轉換為交流電供負載使用。該UPS采用電壓限制電路以保證電壓在1%范圍內變化。特別是安裝了補償電路以消除輸出波形失真。逆變器的每一個組件均能接受(165～285VDC)大范圍輸入電壓,使輸出保持在要求范圍內的正弦波。此外,由于動態反饋電路的存在,逆變器可以在連接非線性負載的情況下保持正弦波輸出。

(3)靜態轉換開關靜態轉換開關由晶閘管構成，它可以在極短的時間將負載由旁路電源供給轉為由逆變器供給，或由逆變器供給轉換為備用旁路供給,如圖4所示。