电力逆变器作用配置.docx
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电力逆变器作用配置
电力、供电系统逆变器的应用与配置
一、逆变器在电力。
供电系统的重要作用
近年来，电网公司在党的正确领导下，开拓创新，捷报频传，公司“十一五”发展规划和年度工作计划继续保持良好发展态势；安全工作切实加强，安全生产保持良好局面；电网发展全面提速，特高压工程建设取得重大进展；“四化”要求获得深入落实，资产运营效率和效益均创历史最高水平。
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，对个变电站的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,变电站分布广范、距离遥远，多处于野外，运行不便管理。
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、BB机、短信、多媒体报警通知值班人员，作相应处理，及时避免事故的发生。
彻底解决了变电站分散又难管理的问题，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一些信息管理业务系统，。
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。
更促进了电力、供电事业的发展
电力调度、供电通信中的交换、传输都数字化、电脑化、智能化了。
以上的电网的管理、变电站的集中监控、企业的信息化的管理、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，电厂冷凌塔的水泵、都离不开交流不停电源－逆变器系统，
因此，逆变器是电力、供电事业的心脏。
它是电网正常运行的保证，是基础的基础。
没有电源什么事都做不成。
对基础的不间断电源－逆变器要求越来越高。
特别是近几年来，计算机的广泛应用，对于交流不停电电源的电量需求越来越大，使用领域越来越多，供电质量越来越严谨，技术条件要求越来越高。
老式的不能并联的单个逆变器电源和大功率的UPS存在一些问题，不能适应电力、供电事业的快速发展的步伐。
急需大容量、稳定、可靠、高科技、高智能逆变产品,才能让电力、供电事业在飞速发展的信息大道阔步前进。
二、老式的UPS存在如下问题：
1、可靠性低，对通信的畅通不利。
在我国，供电质量相对较差，特别是中小城市，市电供不应求。
这就要求市电断电后，不间断电源能够支持1小时，甚至8小时，而大功率UPS维持时间较短，都给运行维护造成困难。
UPS系统中的蓄电池组电压高，功率大的将近480V，而是蓄电池的个数多到200多只（对2V电池而言），使电池个数相当大，若用2V的电池就要200多只，大大的增加了维护的工作量，容易造成事故。
电池组电压高，充电要快。
大容量的UPS要另配较大的电池充电机，另配一台交流配电屏。
才能组成一套UPS。
两套这样的UPS再加一个转换屏才能组成一个系统，这样一个交流不停电系统就要4个屏，同时，还需要较大的电池屏两—四套，占地面积大，形成大量的维护工作。
同时只能主备用。
一旦一只蓄电池故障或UPS中的一个元器件故障，UPS一套倒换另一套UPS，这时,在线运行就面临断电的威胁。
使整个通信将受到很大的损失。
这样的教训很多。
故障后就造成停电的威胁。
2、UPS体积大，安装运输困难，不容易集中监控。
UPS是一个独立的系统，用户往往根据使用场所的不同，配备不同数量的UPS，其监控这样给管理带来困难。
无法统一对本单位整个系统UPS供电统一掌控。
UPS由于包括充电器，蓄电池，往往体积大，重量大，占地面积大，对地面的压强大，这就给运输、安装、维护带来很大困难。
比如一个30kVA的UPS，但独主机的重量就达200—300kg，如果包含蓄电池，重量就太大了。
而逆变器就只有100多公斤。
3、UPS较单纯的逆变器初期投资大，在电力供电系统中初期投资更显优势
单纯式逆变器省掉了充电机和蓄电池。
在电力、供电等领域中，已经配备了大容量蓄电池和大功率的高频开关整流器，该蓄电池和整流器一般有专人维护。
由于其直流负债用电量越来越小，使直流冗余较大。
所以逆变器的采用相对UPS体积重量相对小多了。
投资成本也会较小。
逆变器是模块并联结构，只按初期容量购置，随着容量的增加，只增加逆变模块就行了，其安装非常方便，只需10来分钟，并不影响在线供电。
保证供电质量。
4、UPS无法保证供电质量
逆变器的可靠性要高于UPS。
大容量的UPS大多数是相控的、低频的、非智能的、一个元器件故障或一个电池故障，整个输出就会中断，如果另有一套备用，则要通过外接配电屏倒换。
这样就存在一定的间断时间，无法保证供电质量。
对后面的数字负载有一定的影响。
另外高频的UPS存在较大的零线电压（大到几十V）。
对网络非常不利。
同时高频的UPS容易接受干扰产生误动作，造成事故。
UPS的输出是方波或是修正正弦波，不是纯正正弦波。
对于要求较高的网络中是不适应的。
UPS的对直流侧的输入反馈杂音较大。
特别影响直流侧的电压波形，影响直流主机的正常工作。
UPS对交流的反馈杂音也较大，因为他是相控的，所配置的油机要比同功率输出的逆变器系统要高3—4倍，否则，油机开不起来。
三、老式独立逆变器存在的问题：
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，一不能适应。
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，对要求较高的网路来说是不适应的，容易造成网路的错误。
4、独立逆变器体系统是低智能的、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、独立联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器填补了中国的空白
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，自主开发成功的PCIS01并联逆变电源系统，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、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
UPS供电系
统
独立逆变器串联不停电系统
并联逆变器供电系统
交流输入交流输出
六、UPS与并联逆变系统的比较
1、工作方式比较（大功率的）
A、UPS工作方式如下
（1）、工作状态：
正常工作/故障旁路状态时，交流－旁路器－输出
（2）、外部停电时工作状态：
电池直流－逆变成交流－输出
（3）、由于停电时，其中的逆变器才会获电开始工作，因此，从市电停电到逆变器输出交流会有一定的转换时间，信息产业部的标准规定是小于10ms。
（4）、后备式的UPS的输出是方波/模拟正弦波，后备式的UPS由于各种技术上的局限，高频开关的UPS理论上只能做到5KVA以下，现在市面上大功率的UPS一般都是低频的、相控的。
B、逆变器工作方式
（1）、正常状态/外部停电时：
输入48V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，逆变器一直在工作，且是从电池端取电，因此不存在转换时间。
同时逆变器输出波型是纯正正弦波。
目前我的逆变器有1KVA、2KVA、3KVA、等规格逆变模块，通过并联，可组成1-90KVA系统。
（4）、在市电品质较差或对通信质量要求严格的通信局站。
用逆变器是再恰当不过了。
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。
2、UPS与逆变器的系统架构比较：
（1）、电池组的电压区别：
A、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（最长只有3年）。
B、逆变器：
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。
（2）、电路工作方式不同：
A、UPS：
电池电压高，因此电路直接将直流电压经过振荡、相控、稳频后直接输出即可。
UPS采用较高的直流电压逆变，所以工作时，直流侧的工作电流相对较小；因此单台UPS的功率很容易做大。
通常按实际使用容量要求选配UPS单机容量，并按1+1冗余备份。
UPS故障时，负载面临市电停电的危险。
B、逆变器：
供电电池电压低，逆变器将直流经高频、智能、SPWM控制、逆变成交流后，再升压为220V/380V的交流电压。
逆变器采用的直流电压为48V，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的逆变器，直流侧的电流需要将达到220A/600A以上的电流，
现在的逆变器是模块是的，只多配一个模块，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，系统无须旁路供电，实现了真正的可靠的不间断电源供电。
3、工作方式的设计重点比较：
A、UPS长时工作在交流进、交流出。
电池主要是作延迟停电的作用，因此才有了5分钟延时型、10分钟延时型、长延时型，特别是大功率容量的时间一般不会大于1小时。
停电后能维持时间毕竟有限，主要目的是让管理人员有时间做出反应，进行人为干预，切换到第二路供电系统或启动油机供电系统。
因此UPS是短时间将直流逆变为交流给负载供电。
要维持较长的时间UPS就不能做到。
B、逆变器：
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220V直流的电源是不允许中断的；因此，可以说逆变器采用的电池，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器是每时每刻都工作的。
因此逆变器是可以维持长时间的不间断供电，是真正的不间断电源。
4、电路器件的品质要求比较：
A、UPS：
由于工作电压较高，且时间较短，电路中可以采用相对廉价的器件。
（器件的高耐压比较容易实现）
B、逆变器：
由于工作电压较低，造成在低压侧需要大电流的功率器件，且逆变器的设计理念是：
基于一年365天，完全不间断的需求，必须选用大额定电流的、可靠性高的、厂家信誉度高的原器件。
为了能长时间的稳定工作，有时功率器件的选用还要留有50％的余量。
故材料的成本高，可靠性高。
我公司的产品80％都选用进口器件或军用器件。
5、监控能力差异比较：
面对当今高信息、高速度年代，各行各业要求：
不间断地集中监控管理，将数据采集到网管中心。
这种集中监控要求运维人员花更少的时间和精力，管理更多的及分散的机房电源。
在监控上，逆变器优于UPS。
A、UPS：
一般都有远程监控，但是要通过web或snmp管理卡，可通过开放式的标准协议包括HTTP、SNMP和TELNET，向用户提供全部的远程监控功能。
但它不能直接融合于直流电源系统的监控单元，需另建监控平台，而追加了投资成本，或直接利用其各自监控单元，另建立监控平台，而造成人员和资源的浪费。
B、逆变器：
现代开关电源系统一般都具有监控器和后台操作维护界面，接口为RS232/R485接口。
更先进的开关电源系统，还可通过MODEM、IP网关设备等通过有线网/无线网/以太网/IP网络等组成图形界面的电源管理系统。
逆变器一般提供的监控功能与开关电源系统相同，某些能同时提供开关电源和逆变器的厂家能将提供两者合一的监控界面.。
我们能创公司就能提供开关电源和逆变器的两者合一的监控界面。
为集中监控打下了基础。
节约了监控的人力和资源。
6、UPS与逆变器的投资成本比较：
（1）、单机成本分析：
采购UPS时，是将主机和电池组作为一个整体采购的；而采购逆变器相对方便的多，只需要采购逆变器主机即可，因为电池是可以共用通电信电源的48V电池组和高频开关电源。
特别是－48V电池组已经考虑了整体的供电功率需求时。
因此，在已有通信直流电源的情况下，并有冗余时，选用逆变器便宜。
站地面积小、而且重量轻。
又节约地盘。
（2）、系统成本分析：
系统的成本要区分交流容量的需求，在机房系统需求一定的情况下，如果交流220V/380V的功率需求较大，直流48V侧的电流就会很大。
例如30KVA逆变器，直流侧的输入电流要600A左右，通讯电源中的整流模块和电池未必有这么大的富裕电流容量，势必要扩容，那么算上整流模块和电池的价值，UPS和逆变器的投资就相差不多了（如湖南网通35KVA的UPS两架，其配套配电屏两架，2V电池架4架，共计个19英寸的标架8架）。
（而我公司只需要4架，还可以扩容到60KVA的逆变容量）。
所以逆变器的系统成本与进口UPS差不多
另外， 因为我国电网存在的问题是：
电网突然停电或来电时电压不稳，忽高忽低，高电压涌流，瞬态脉冲电压过高频率误差太大，单用UPS只能解决掉电，而影响存盘使资料丢失，而无发对电波的杂质进行过滤。
针对以上，常用解决的方法是：
对电压忽高忽低，电流增加或减弱，相位不正确及电网中的杂质只能用净化稳压电源来解决。
因而UPS电源要同净化稳压器一起搭配使用，才能解决电源的质量问题，才能符合计算机的要求。
（3）、十年运行维护成本分析：
通常UPS采用12V薄极板电池，12V电池的普遍寿命2.5-5年，十年内需更换2次电池。
而与逆变器配套的2V基础电池的有效寿命为8-10年。
可见UPS十年运行维护成本分析比逆变器高出许多。
另外UPS维护人员不能现场修理，需要厂家派员来修理,这又增加了UPS的维护成本。
而我公司的逆变器是：
一个模块故障自动推出总线，又是热插拔，可以现场更换。
并不影响供电，非常方便，维护人员都做到的。
相比之下，UPS运行维护成本高得多。
（4）、扩容成本：
并联逆变器给用户扩容带来了极大的方便和极低的成本，可与直流电源一样，按近期容量购置，要扩容时，仅增加逆变模块即可。
而UPS扩容需增加整套设备，投资巨大。
虽近年也有模块式UPS，但其价格远高于我公司的逆变器。
初期的投资成本：
逆变器比UPS低。
扩容成本：
逆变器比UPS低。
7、UPS和逆变器对电池维护技术比较，
A、UPS：
电池管理相对简单,一般采用电压判断法，以1KVA为例，电池均充的判定电压为12V，最高13.8V，最低10V。
停电后，电池电压低于12V后，来电后进入均充。
如高于12V，则来电后仍旧浮充。
有的UPS具也有两种电池测试方法。
一为带载按选择的放电率测试；二为在线10秒测试，取得电池的放电曲线，和本机存储的理想曲线比较，以分析电池的容量状况是否为最佳。
B、逆变器：
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、溫度补偿浮充，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。
这一些UPS系统是望尘莫及。
8、机房电源方案比较
现根据某公司的IT机房的配置方案来比较。
该机房交流容量最终达到60kVA，初期容量30KVA，其直流电源都有2000A的冗余，直流负债只需要200A，需要提供灵活性和可靠冗余的、交流不停电电源配置，作为大客户的IT机房的不停电源，系统的后备时间需提供10小时。
由于设备是逐步到位，实际使用的功率也是逐步提升，理想的情况是可以灵活扩容，且能利用以前投资的设备，不需要重新购买或可分步投资，希望站地面积小。
可以有两种技术解决方案：
•方案一：
采用逆变器，利用原有的高频开关整流器和电池供DC－48V电源、逆变器供交流220V、60KVA不停电电源，功率总容量60kVA，时间10小时；
•方案二：
UPS供220交流不停电电源，各自独立的两个系统，还需要两组高压蓄电池，两套UPS配电屏，最终可提供60kVA的总容量，时间10小时；
建议：
包含电源网管、电池监控，考虑5年的维护运行期，下面罗列各方案的比较。
方案的优势和劣势结果：
在即需交流负载，又需直流负载的通信局站动力机房，采用直流高频开关电源和逆变器系统供电方案具有较好的经济性，较高的可靠性和通用的维护性。
站地面积小，维护方便，可靠性高。
七、比较表
（1）、能创逆变器系统——国外逆变器系统——UPS性能比较一展表
项目
能创并联逆变器
系统
国外逆变器系统
UPS供电方式
供电方式
使用-48/220VDC为直流输入，整个交流电源系统以直流为核心，统一管理，资源共享。
等同能创
逆变器系统
除直流系统外，
还要加
交流配电屏系统
电源系统
可靠性
整个交流不停电系统可靠性
N+1冗余结构整流器提供更可靠的直流电源，使用、维护方便。
等同能创
逆变器系统
UPS内任何一个故障
都无法保障供电。
通信系统专用的电池组，维护、管理性好，可靠性高。
等同能创
逆变器系统
UPS自备高压电池组，维护、管理较难，电池多达一百多只。
旁路系统只在特殊情况下使用，单体逆变器故障系统不转旁路。
等同能创
逆变器系统
每次UPS故障
都要倒旁路工作。
系统自身
可靠性
N+1真正冗余结构，单体逆变器故障不影响系统正常工作。
。
等同能创
逆变器系统
UPS内逆变器一旦故障负债只能市电直接供电。
允许模块热插拔在线更换故障模块，系统无须旁路供电，实现真正的可靠的不中断供电。
等同能创
逆变器系统
UPS故障时
负债面临
市电停电的威胁
对电网的影响，
对通信设备的
影响
负载开关机对电网的影响
回串杂音对电网的影响
逆变器与电池直接联系，输入回串杂音小，（输入作了EIC的特殊设计）任何负债都能开关机。
能避免对市电电网的干扰。
实际杂音较大
并联越多杂音越大
对整流器影响较大
UPS回串杂音大
负债开关机电网有较大影响。
容易造成电网一定的浪涌，或电压的跌落。
输入功率因素
的影响
经整流器和逆变器较好的功率因数。
使整个系统的功率因数较高。
不用加功率因数矫正器。
等同能创
逆变器系统
功率因数较低
甚至要加
功率因数矫正器。
输出波形
完善的SPWM控制，是输出波形为纯正正弦波
等同能创逆变器
输出为方波或修正正弦波
维护和保养
日常对整流器、蓄电池、逆变器进行常规的维护和保养即可
等同能创逆变器系统
大型UPS还需制造商参入维护保养，另外还要对自身的蓄电池和配电屏进行维护和保养
输出零线对地电压
没有电压
有电压几十伏
电磁兼容性
好
差
价格比
同类产品比较价格便宜，初次投入小，维护费极低
同类产品比较价格昂贵，维护费较高
机与机备份，第一次投入大，维护费用高。
扩容性
扩容简单，无需增加任何硬件和软件
可以扩容，但是监控芯片另要升级
扩容难（要改监控软件、增加逆变器外的硬件）
升级性
系统升级容易
等同能创
逆变器系统
无法升级，扩展性较差
体积比
1
2
3-5
重量比
1
2
3
系统结构
可以离墙、
也可以靠墙
只能离墙
只能离墙
工程安装
分离包装，
安装方便
等同能创
逆变器系统
总体包装，非常重，运输困难占地面积大，安装较难。
、
（2）、逆变器与UPS的技术参数的比较（30KVA）
比较
序号技术性能
Ups
逆变器
1输出频率
50Hz±5%
50Hz±0.5%
2占地面积（长×宽×高×台数）
600×800×2260
×2
600×600×2000
×1
3总重量
1500公斤×2
236公斤
4输出波形失真度
≤3%
≤2%
5整流器部分功率因数
0.85
0.99
6交流输入电压允许范围
380V±15%
380V－59%＋36%
7过债能力
150%10秒
105%—150%10秒
155%2秒
8倒换时间
各类倒换为4ms
过债逆变倒旁路0ms
停市电给负债供电0ms
路倒逆变0ms
故障时逆变倒旁路＜4ms
9使用寿命
20000小时
＞100000小时
10输出波形
正弦波
纯正正弦波
11监控平台
另做独立监控平台
与开关电源统一监控平台平台
12保护性能
12保护性能
具有一些常规
保护性能
除UPS保护性能外，另有：
1、风扇智能
2、2、自动限流，短路消除后自动恢复
3、3、温度＞90℃后逆变器自动脱离系统，温度降低后，逆变器自动并入系统工作。
八、能创高频智能并联逆变器与老式独立逆变器的比较
1、能创并联逆变器输出波形好，谐波含量低。
武汉能创公司自主研发生产的并联逆变器因为使用的是高频SPWM脉宽调制，是输出的波形为纯正正弦波。
老式的独立逆变器因为是相控的，其输出是方波或修正正弦波，对网络影像较大。
2、能创的高频智能并联逆变器可靠性高。
逆变模块并联工作可以实现系统的冗余配置，当一个逆变模块故障而退出运行时，不影响整 个系统运行的稳定性。
还可以热插拔，正真实现在线免维修。
老式独立的逆变器不能并联，只能一台主用，一台备用，当一台故障时，网络就面临极大的威胁。
3、能创的高频智能并联逆变器可按需配置，扩容方便
能创高频智能并联逆变器，结构、性能完全相同，根据需求可以任意配置不同的系统，减少维护和系统扩容的成本。
老式独立的逆变器不能并联不能扩容
4、武汉能创高频变换的并联逆变模块噪音小、重量轻，节省成本和安装空间。
老式独立的逆变器噪声，体积大。
重量重，战地面积大。
安装不方便。
5、高频变换的并联逆变模选用集成度高，80％元器件是军工和进口产品寿命15年以上。
非并联逆变器体大系统是低智能的，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。
以上综和分析：
性价比，能创高频智能并联逆变器比传统的逆变器具有很强的优势。
因为我国电网存在的问题是：
电网突然停电或来电时电压不稳，忽高忽低，高电压涌流，瞬态脉冲电压过高频率误差太大，单用UPS只能解决掉电，而影响存盘使资料丢失，而无发对电波的杂质进行过滤。
针对以上，常用解决的方法是：
对电压忽高忽低，电流增加或减弱，相位不正确及电网中的杂质只能用净化稳压电源来解决。
因而UPS电源要同净化稳压器一起搭配使用，才能解决电源的质量问题，才能符合计算机的要求。
这样算起来，进口UPS的系统成本比能创高频智能逆变器的系统高。
九、电力、供电系统并联逆变器配置建议
（1）、发电厂的逆变器系统的配置建议
15KVA逆变系统的配置建议
（220V直流输入N＋1冗
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