【摘要】中海油某海上石油平台的UPS不间断电源供电系统由美国CUSTOM POWER INC公司于1998年提供，其主要部件由充电机、逆变器、电池、旁路柜、负载柜等组成，额定容量为20kVA，该UPS供电系统为该石油平台的重要负载如中央控制系统CCS、火灾探测及消防系统F&G、通信系统、广播系统、断路器和开关装置的跳闸电源以及重要机械设备如控制盘或工作站等提供不间断电源的供电系统，起着举足轻重的作用。由于该平台UPS运行时间从投用到现在已经达到了20多年之久，UPS内部部分易损元器件出现老化现象，导致UPS性能下降，各重要部件的元器件的备件也很难在市面上买到，以至于2018年1月出现了逆变器故障无法修复和更换导致UPS不能正常运行，整个平台长期处于UPS旁路运行状态，一旦主供电电源断电，所有重要负载的供电也会随之失电，会给平台造成不可估量的损失、甚至可能导致安全事故的发生。如果整体更换UPS将是一笔巨大的费用开支，会占用该平台当年的大量维修费，在当前油价低迷的情况下同时需要响应中海油降本增效的精神，不整体更换全套UPS、仅仅修复或者更换原逆变器成为一种可能，也是平台电气专业人员面临的挑战和机遇。
【关键词】UPS不间断电源、逆变器
1 引言
逆变器是把直流电能如电池、蓄电瓶等转变成定频定压或调频调压交流电如AC220V、50Hz/60Hz正弦波的转换器，即将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路等组成。逆变器一般采用脉宽调制（PWM）技术，其核心部分都是一个PWM集成控制器，主要采用TL5001芯片，TL5001芯片的工作电压范围3.6～40V，其内部设一个误差放大器、一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。
市面上生产逆变器的厂家特别多，但是能够做到并机的逆变器厂家几乎凤毛麟角，尤其是近20年来随着UPS更新迭代和技术的日趋成熟，这种充电器和逆变器分开的UPS产品早已绝迹，而海上平台的UPS均是双机互为热备型，因此本次需要一款能够并机的在线式逆变器来替换原UPS的逆变器。经过全国范围内大量的逆变器厂家的沟通协商，筛选了一家愿意给出特殊定制的逆变器，这种逆变器增设两块定制的并机板，实现两台普通逆变器的并机。该并机式在线式正弦波逆变电源主要特点为采用CPU控制，线路简捷、可靠；采用SPWM脉宽调制技术，输出为稳频稳压、滤除杂讯、失真度低的纯净正弦波；内置旁路开关，主电源和逆变能够快速切换；分主电源供电型和电池主供型两种。
2逆变器工作原理
考虑到海上石油平台UPS运行的环境的特殊性及与原UPS系统的完全匹配性，本次并机式在线式正弦波逆变电源采用如下图所示的特殊的隔离系统架构设计，既能满足高EMC抗扰度、高IP防护等级，做到防粉尘、防凝露、防盐雾、防高温等四防功能，以适应海上石油平台严酷的运行环境。其功率器件按超额容量设计，IGBT严格按照三倍于额定电流选用，风扇采用冗余设计，其风速可根据现场运行温度实时进行智能调速。并机式在线式正弦波逆变电源采用三相独立H桥型设计，可接100%不平衡负载，经后面的现场测试，其运行效率高达94%。另外，这种特殊的隔离系统架构设计能够实现完全的电气隔离，降低零地电压，优化UPS末端供电网络的电能质量，能够隔离、滤除电网各种谐波和故障，尤其可以滤除低次谐波，并减少高频干扰，进而最终提高UPS的供电质量，确保由UPS供电的重要负载的供电电源为干净的、清洁的绿色电源。通过短路、过载、过热、输入输出过电压、输入输出欠电压等多重保护技术使并机式在线式正弦波逆变电源运行更可靠、更安全，且能做到逆变器出现故障时快速切换到旁路运行，以完全保护负载的正常运行。
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在线式正弦波逆变电源工作原理框图说明：
输入滤波：完成对输入主电源的滤波，为逆变电源提供干净的电源。
交流/直流升压：将经过滤波后的主电源进行交流/ 直流转换，并进行升压处理，供 DC/AC 逆变使用。
DC/DC 隔离升压：当逆变电源工作在电池供电模式时，由该电路进行直流升压处理，供 DC/AC 逆变使用。
DC/AC逆变:将经过升压处理的直流电转换成稳定的交流输出。
旁路：当逆变电源发生过载、逆变异常等故障时，将自动切换到旁路供电模式保证负载的供电的连续性。
电池：当主供电电源异常时，提供不间断供电的能量。
输出滤波：完成逆变电源输出滤波，为负载提供干净的清洁的电源。
3 并机简介
通过定制的两块并机板和一根并机线,两台完全一样的30kVA在线式逆变电源实现了并联运行，为实现并联运行，需要将2台并机的30kVA在线式逆变电源直流输入、交流输入、交流输出及地线分别并联连接，要求每台逆变电源各输入输出功率线长差距需要小于10%，并机数量不得多于2台。这种方式通过冗余结构提高了供电系统的可靠性。两台逆变电源容量相同并平均分配负载，当其中任意一台故障时，另外一台逆变电源可独立承担整个负载的运行，使逆变器的输出为一稳频率稳电压、滤除杂讯、不受电网波动干扰的纯净正弦波绿色电源，为海上平台的关键设备的供电提供最佳的电源保障。通过PFC 输入功率因数校正电路，在满载情况下，输入功率因数可以达到0.99以上，使海上平台的UPS电网环境不会受到污染。当海上平台的主供电停电或恢复时，通过这种并机式在线式逆变电源在主电源逆变模式与电池逆变模式之间的切换时间为0ms，有效的保证了快速无缝切换。
4 结束语
该并机式智能型在线式正弦波逆变电源，采用智能化微电脑CPU控制技术，控制线路简捷、可靠，快速响应外部环境的变化，具有可在线热插拔，维护方便、快捷、易扩容、能并机等普通逆变电源所没有的特点。经过一年多的运行实践证明，该平台通过本定制化的并机式智能型在线式正弦波逆变电源，完全替代了原进口UPS的逆变器这一部分的部件，体积缩小了60%，运行安全、稳定、可靠，且备件充足，国产化厂家的售后也能及时快捷，具备原进口厂家所不能比拟的优点，为其它20多年的老平台的UPS的逆变器部分的改造提供了一个更好的选择。
参考文献：
1、刘海沧、黄亮、李庆凯，《逆变电源的发展和技术革新》，选自《中国科技纵横》，2016年第24期
2、孙进，侯振义，卢家林，《逆变电源技术及其发展概况》，选自《电源世界》，2006年第8期
3、张友军，《DC/AC逆变器技术及其应用综述》，选自《电气开关》，2006年第6期
刘汉文 1984年9月29日出生 民族：汉 籍贯：陕西榆林市 学历：本科职称中级 研究方向：电气 单位：中海石油（中国）有限公司湛江分公司
论文作者:刘汉文
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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