电力、供电系统逆变电源的应用与配置

一、       逆变电源在电力、供电系统的重要作用

为实现国民经济快速发展的步伐,国家电网公司投入巨大的资金，开展电网设备运行升级改造。改造方案也对设备提出了高标准要求，要求做到高稳定可靠、高智能化，确保通信网络和信息服务畅通。

国家电网公司正在向高标准、全规范、现代化的国际先进水平齐头并进。电网自动化系统的安全性和可靠性是基础。计算机通信自动化、对变电站设备配置智能化后台监控及远动通信数据备份，都为系统的安全性和故障恢复提供了可靠保证。

随着供电事业的飞速发展，供电部门的变电站数量猛增,变电站分布广泛、距离遥远，多处于野外，运行不便管理。一方面配置可靠、安全、可维、智能化、高技术含量产品，另一方面远程图像监控系统可对供电系统分散变电站进行集中管理，可把变电站的视频图像、声音、现场告警信号、门禁、漏水、温湿度及其他各种需要监控的信号通过系统内部网络，上传到监控中心，计算机自动保存各种数据，硬盘录像录音。现场各种告警信号可通过手机、电话、短信、多媒体报警通知值班人员，便于及时处理，避免事故的发生。彻底解决了变电站分散又难以管理的问题，大大提高供电系统变电站的自动化管理。

目前，电力、供电系统已经建立了信息管理业务系统，如设备管理系统、物资管理系统、燃料管理系统、办公自动化系统、网上物资采购系统、财务管理系统、财务预算管理信息系统、视频会议系统和视频监控系统等，进一步促进了电力、供电事业的发展。电力调度、通信信息中心、供电通信中的交换、传输都已数字化、电脑化和智能化。

以上的电网管理、变电站的集中监控、企业的信息化管理、电力通信的调度、供电通信的交换和传输、电厂的高压油泵、电厂的高压风机，电厂冷淋塔的水泵、都离不开交流不间断电源－逆变电源系统。因此，电源是电力、供电事业的心脏，是电网正常运行的保证，是基础。电力系统广泛使用逆变电源。

（1）通信调度和信息中心，逆变电源作为可靠、安全的交流不间断电源，通信核心机房逆变输入48V,输出交流220V。通信电源在电力信通公司和计调中心均有各自的专网，县级交流不间断电源为21或30kVA系统，用量大。采购方式为地级市公司和省公司都有采购。

并联逆变电源或交直流一体化电源颇适合机房交流不间断电源，其理由是：其一，可充分利用机房现有直流电源资源。如富余的开关整流和电源，即使是新建的也可以共享48V电源系统；有利于电源的可靠性和安全性。其二，减少占地资源，并联逆变电源自身具有交直流配电功能。如30kVA系统交流输出，配有总的交流输出开关，还配了交流输出分路63A和32A各5路。其三，便于维护管理，可以缓解电源维护人员少的困惑。其四，能创研制生产的产品，在锁相、均流，热拔插和倒换等有独特的技术，可靠性、安全性高，经久耐用。2010年为湖北省电力信通公司提供的并联逆变 电源30kVA系统一直稳定、可靠、安全地运行。

（2）变电站和发电厂, 使用逆变电源输入高压直流220V,输出交流220V

注: a.逆变电源含两种类型, 一种是小容量1kVA至5kVA是单体为逆变器,  仅只逆变. 另一种是并联,一台逆变电源交直流的配电.监控模块,静态开关,N+1逆变模块N只组成并联逆变系统。

b.交直流电源，一台机架有开关整流模块、DC-DC变换器模块，并联逆变电源模块，含交直流配电。

变电站电源自动化是分散的即开关整流，DC-DC变换器、逆变电源（UPS）各自为政。能创研制生产的电力自动化电源。为有利于设备可靠安全运行，便于无人管理，组合为一台机架，仅用一只监控模块。此电源自动化组合方式，得到了中国电力西南分公司负责电源专职吴先令工程师评价能创的产品技术含量高，值得信赖，并明确表态其安全性、可靠性、实用性和和可维性可用在西藏。吴工兴奋地说：“西藏110kVA变电站可配置武汉能创研制生产的交直流一体化智能电源。（标准机柜，1台有整流开关模块220V/48V N只，逆变模块48V/220V N只，一台监控模块，一只静态开关、交流输出分路即63A和32A输出空开各3个）。

对基础的交流不间断电源,要求配置的电源产品优质，安全可靠。特别是近几年来，网络、互联网、计算机的广泛应用，对于交流不停电电源的需求越来越大，使用领域越来广泛，供电质量越来越严谨，技术条件要求越来越高。为了确保不间断电源“安全、稳定、可靠”，逆变电源作为优选。

二、       逆变电源与UPS安全性、可靠性比较

在机房失火事故中，因UPS故障占比较高。其一，UPS配置的保险、空开容量大，在低电阻后线路短路换效的模式下，不易动作或动作较慢；其二，UPS逆变环节接入电池电压较高，有的是400V。目前高压直流保护器件可获得性及可靠性均较低压器件差，发生动作后易拉弧，而且不易断弧。逆变器输入电压较低，变电站合闸为220V，通讯-48V，并联逆变其模块单个功率不大，发生内部断路故障时，保护动作快，拉弧小，断弧快，产生失火的风险相对低。

曾与国网西南电力交流，参与交流的提出变电站统一为高压直流220V，当时我们提出方案，可以满足这一技术要求，以机房高压直流220V为基础电源，加DC-DC变换器将直流220V降压为48V供给通讯。能创公司为满足电力快速发展的需求，研制出交直流一体化电源，已批量销往国外，如阿尔及利亚铁路信号电源、控制系统、大批量的采购武汉能创提供的交直流一体化电源（有开关整流、DC-DC变换器、并联逆变电源有两组，一组为单相输出110V变电站，另一组为单相输出220V变电站。

智能化交直流一体化电源配置建议如下：

三、       老式独立逆变电源存在的问题：

1、不能并联，容量较小，不能满足现代化的要求。同时只能一主一备，当一台故障后，若另一台故障就造成网络的中断的威胁。另外倒换时间较长，在电脑广泛使用的信息时代，老式逆变电源已退出中国历史舞台。

2、老式一般都是相控的，容易受干扰而发生故障。同时其本身的电磁兼容性较差，从辐射和传导两方面干扰其他的主机，产生极大的威胁。另外体积大、噪声特大、发热厉害。

3、输出波形较差，谐波含量较高。其输出一般是方波，或修正正弦波，对要求较高的网路是不适应的，容易造成网路的错误。

4、独立逆变器是低智能的、相控的、体积大，战地面积大，重量重，元器件成本高，维修成本高，逆变器的故障高、寿命短、将会导致系统停电事故。

5、独立老式逆变器不能方便地实现系统扩容。两台主、备用，大系统须另加一台配电屏、使用年限短。

四、       武汉能创公司的并联逆变电源填补了中国的空白

武汉能创技术有限公司集多年逆变电源开发经验的基础上，在中国率先自主创新研发PIP并联高频智能逆变电源系统，具备高智能、高可靠、高稳定，方便灵活的使用方式，满足我国电信、网通、移动、铁通、金融、电力、发电厂、供电、水利、煤炭、石油、化工、安防、监控、部队、等领域对不间断电源的多种要求。

五、       不间断电源的三种组成比较

并联逆变电源供电系统

六、       逆变电源工作方式

（1）正常状态/外部停电时：一种是向通讯提供的逆变电源 输入48V直流——逆变成交流——输出交流. 另一种是向变电站, 发电厂提供的逆变电源输入220V直流——逆变成交流——输出交流。

（2）故障/检修时的旁路状态：  输入交流——旁路开关——输出交流。

（3）由于停电时，逆变电源一直在工作，且是从电池端取电，因此不存在转换时间。同时逆变电源输出波型是纯正正弦波。目前我公司的高频逆变电源有1KVA、2KVA、3KVA、5KVA等规格单体逆变器，再就是3KVA逆变模块并联，PIP系列单台可到60KVA,单相并联可到90KVA,三相可到189KVA。

（4）     在市电品质较差或对通信质量要求严格的通信局站。用逆变电源是再恰当不过了。对交流电源品质要求严格的通信设备，也可作为净化电源使用。

七、       UPS和逆变电源电池组的电压区别：

1、UPS：电池组的电压随着输出电压的高低、功率容量的大小而变化，如1kVA的UPS的电池输入直流电压为110V，3KVA单相的UPS电池输入直流电压为240V，而大容量的三相30KVA的UPS输入直流电压为480V；一般用电压为12V的电池（多到40只）串联后达到所需电压。12V的电池是2V电池组合成形，极板薄、散热差、容量下降快、寿命短。

2、逆变电源：电池组是合用直流供电设备的48V电池，一般为2V的电池24个串联后达到所需电压。2V的电池易维护、寿命长。

逆变电源供电电池电压低，逆变电源将直流经高频、智能、SPWM控制、逆变成交流后，再升压为220V/380V的交流电压。逆变电源采用的直流电压为48V或220V，作为输入电压，采用SWPS脉冲控制，输出纯正正弦波，给负载供电。1KVA的逆变器，直流侧的额定工作电流就需达到22A。如果是10KVA/30KVA的逆变电源，直流侧的电流需要将达到220A/600A以上的电流，

现在的逆变电源是模块式的，只需多配一个模块，按N+1冗余选配系统容量。具有较高的可靠性和经济性，而且运行和维护方式与直流电源都相同，具有很好的继承性、统一管理性、统一监控性。

允许模块热插拔，在线更换故障模块，系统无需旁路供电，实现了真正的可靠的不间断电源供电。

逆变电源的工作方式是直流进、交流出，电池能源是基于220V直流电源中的电池，此种电池的容量配置一般都较大，因为-48V或220V直流的电源是不允许中断的；因此，可以说逆变电源采用的电池，几乎是很长时间不会停电的。同时我们设计的重点是考虑逆变电源是每时每刻都工作的。因此逆变电源是在线式可以维持长时间的不间断供电，是真正的不间断电源。

逆变电源是共用通信电源的高频开关整流器和电池，所以它的电池管理就是通信电源的电池管理。基础电池由开关电源系统对其进行充放电管理。开关电源系统具备良好的成熟的电池智能管理功能，如按电池放电容量选择充电模式：有限流充电、均衡充电、温度补偿浮充，可根据充电电流和充电时间及充电电压而退出均充，以确保均充适度，还可设定周期补充均充。开关电源系统还具有电池放电管理和失效检测及告警功能。

八、       发电厂的逆变电源系统的配置建议

                                                                         21KVA逆变系统的配置建议（220V直流输入   N＋1冗余）

15KVA逆变系统的配置建议（220V直流输入   N＋1冗余）

9KVA逆变系统的配置建议（220V直流输入  N＋1冗余）

九、       PIP并联逆变电源供电及组成：

1、并联逆变电源给交流负载供电方式具有以下显著特点：

（1）可靠性高。

以高可靠性的直流系统作为输入电源，加之系统采用N＋1冗余方式设计，确保了系统的高可靠性。逆变还采用优异的并机策略，并机时无论静态和动态，都能保证自主均流、自动锁相、。使交流输出真正具备：纯正的、不间断的、稳定可靠的、正弦波交流电。

（2）功率密度高，体积小，重量轻。

所有模块均按照19英寸标准机架设计，2U高度，寛221mm,可以灵活安装于各种19英寸标准机架中。单台多装20只逆变模块。模块只有5kg，各个模块体积小、功率密度高、重量轻、更换容易，维护方便。

（3）直接使用机房蓄电池组。省去了延时供电附加电池的巨额成本。

（4）模块组合结构方便扩容。可实现按发展要求逐步投资，获取佳投资效果。

（5）PIP并联逆变电源系统是由INV3K并联逆变电源(1-42只)，SCU01型监控模块，STSS静态开关模块和交直流配电单元等组成的一个完整的逆变电源系统。结构人性化，显示中文化。可显示500条历史记录，非常利于操作。

（6）模块间采用无主锁相，自动均流。

任何一个并联逆变电源都可以作为主模块，也可以作为从模块。保证系统的稳定可靠。不同功率等级的逆变模块可以直接并联，并自动均流。

（7）逆变并联模块多。

可以达63个，大容量达189kVA。国际上同行多并联20个3KVA,大容量60KVA。

（8）热拔插设计。

可以保证并联逆变系统不间断的情况下，更换故障模块，维修时间短，便于维护。

（9）风机智能调速设计。

风机可以根据负载的大小，自动调节风机的转速。这样可以延长风机的使用寿命和有效减小噪音节约能源。

（10）自动旁路和紧急旁路设计。

保证逆变与旁路倒换不间断，系统可靠性高。过载自动旁路时间为零；市电回逆变时间为零；逆变事故自动旁路时间小于4毫秒。

（11）逆变模块保护功能完善。

输入端防反接保护，短路保护，软启动设计等，，监控模块可以实现现场监控，并能通过RS232或MODEM、USB、和SNMP多种通信接口、干接点告警信号，满足不同的监控性能，实现远程监控。

（12）监控软件和通信协议方便集中监控设计。

可以通过监控软件远程修改系统参数。

（13）灵活的工作模式。

可逆变主用（也称在线式），也可市电主用（也称离线式），只在监控面板进行简单的操作，就能快速完成逆变电源在线式或非在线式的工作方式设置，逆变模块也可以单独并联运行。

（14）保护功能完善。

并联逆变电源采用双反馈控制策略，模块的各部分均采用成熟可靠的保护功能，特别是功率开关管优良的软启动特性，无论何种情况下，都可以保证设备安全的启动。过温和直流防反接保护可有效保护并联逆变电源的运行可靠。

（15）动态特性好。

无论阻性、容性、感性和非线性负载，都有优良的动态响应特性。适宜带阻性，容性，感性和非线性等不同的负载。

（16）无人值守设计。

对于短路，过载以及故障，模块均能自动保护，自动恢复。故障模块可以快速脱离并联系统，保证系统稳定可靠。

（17）效率>90%。

（18）已获得国家多项专利。

2、PIP系统组成

（1）并联逆变电源系统由以下几部分组成：

   INV3K并联逆变电源模块

   SCU01型监控模块

   STSS静态开关模块

   交、直流配电

   维修旁路开关

   机架

PIP并联逆变电源系统可以安装于2m的19英寸标准机架中，分别组成大输出容量达15kVA、 30kVA、60KVA逆变电源系统。也可以多个机架并联，多可以并联63个逆变模块，实现大输出容量189kVA。