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摘要：UPS电源作为一种不间断供电电源，在当前的很多领域中发挥重要作用，对于供电系统来说，应用这一设备可以提高系统的运行稳定性。基于对UPS电源双机热备用供电模式应用原理和方法的研究，本文分析了这种运行模式的可靠性，并在此基础上提出提高运行可靠性的方法，让UPS电源能够发挥其不间断供电优势。
关键词：UPS电源；热备用；供电模式；可靠性
引言：在电力系统中，会由于一些客观因素的存在引发断电问题，但是对于一些特种设备来说，需要保证能够持续运行，一方面让这类设备发挥应有的作用，另一方面防止突然断电问题对设备造成严重的负面影响。为达到持续供电效果，当前通常应用UPS电源完成断电状态下的供电，同时需要保证电源具备较高的可靠性，保证供电稳定性。
1 UPS电源双机热备用供电模式原理
1.1UPS电源原理
UPS电源的运行原理为，将市电线缆中的交流电转变为直流电，转化过程中参与运行的设备为整流器和逆变器，再次经过蒸馏工作后，将直流电转变为交流电，将产生的直流电输入到相应的用电设备中，保证相关设备能够正常稳定运行。在生成直流电后，会将一部分电能应用与UPS电源的充电过程，充电对象为铅蓄电池[1]。
在市电故障时，UPS电源中的硫酸蓄电池投入工作，将存储的电能通过逆变器处理后，转变为交流电，通过电力线缆将生成的电能传输到用电设备中，实现对相关设备的不间断供电。
整个UPS电源中，在该系统中设置旁路开关，在市电发生故障时，旁路开关完成自动切换，控制供电模式，另外在当前的UPS电源中，为提高蓄电池的应用寿命，会在系统中设置电能检测装置，发现蓄电池中的电能储量不足时，自动完成充电工作。
1.2UPS电源双机热备用运行模式
UPS电源的双机热备用运行体系中，当前开发出了两种运行模式，一种为主机和备用机都处于负载运行状态，另一种为运行中只有一台设备处于负载运行状态，这两种形式的具体运行原理如下：
1 双负载运行模式
双负载运行模式模式的结构图如下：
图1 UPS电源双负载运行模式原理图
在这种运行模式中，UPS的主机和从机都处于负载运行状态，在正常运行状态下，两个负载的旁路开关都与逆变器直接连接，电路系统中的相关设备由UPS1直接供电。然而主机的交流输出建立在UPS2的逆变基础上，所以在实际运行中，两个子系统都为有负载运行情况[2]。
该系统在运行中，若主机发生故障，则从机完成对负载的完全供电工作，当从机也发生故障时，系统中的开关自动将配电线缆与市电线路连接，在设备的日常运行中，通常会通过日常保养和维护工作，消除设备运行中存在的故障隐患，在很大程度上提高了UPS电源的供电稳定性。
2 单负载运行模式
单负载运行模式的原理图如下：
图2 单负载运行模式原理图
这一运行模式中，正常运行状态下UPS电源中的旁路开关都与逆变器的输出端连接，从整体运行过程来看，正常状态下的负载供电工作由主机完成，在实际运行过程中，当主机出现运行故障时，旁路开关将自动调节到从机的逆变器输出端，由UPS2完成对电路中的设备供电工作。需要注意的是，在双机运行模式中，会在系统中设置信号传递装置，确保旁路开关能够连接到正确的开关节点上。
在这两种方法的应用中，存在不同的应用优势，对于不同的用电设备来说，可以根据对供电稳定性的要求，合理选择UPS双机热备用供电模式，同时完成对通信系统系统内的合理调试和安装，提高整个系统的运行质量[3]。
2 UPS电源双机热备用供电模式的可靠性
在可靠性的研究中，本文采用的方法为，主机和从机系统的稳定运行概率，分析正常稳定供电情况的综合概率，当概率较低时，则可确定该系统的可靠性不足。在具体的分析与研究中，需要确定整个系统的运行稳定性，在此基础上完成相关工作内容，包括旁路开关的正常运行概率、逆变器的运行寿命、蓄电池的稳定运行寿命等，通过对这些数据的整合与分析，判断该系统的运行可靠性。具体的研究过程如下：
2.1 双负载供电模式可靠性
在双负载供电模式的可靠性分析中，研究的内容一方面为系统自身器件的运行质量，另一方面为外界因素对系统运行质量的影响情况。
1 内因研究过程
内因中的涵盖因素首先为旁路中的各类设施，包括旁路开关、旁路线缆、信号同步装置等，旁路系统的运行可靠性研究方法为，将正常稳定运行的概率配置为P1、P2到Pn，将获取的所有概率数值相乘，获取的总概率即为该子系统的稳定运行概率，将其命名为Pb，在具体的研究中，需要实现对各项电子器件的全面分析，另外对于一些以运行寿命为描述参数的构件，应用方法为分析整个系统的运行状态，可指定根据时间变化的稳定运行概率体系，根据整个系统的运行时长，分析当前时间节点中整个子系统的运行可靠性。
其次为逆变器、整流器等设备的运行可靠性，在这类数据的整合中，由于这类设备的可靠性描述参数通常为设备的运行寿命，所以需要制定相应的运行设备与运行体系，对于短时间投入运行的UPS电源系统来说，根据调查情况确定正常运行概率，在此基础上按照应用寿命完成概率配置。
最后为蓄电池的可靠性，蓄电池在运行过程中，对环境要求苛刻，同时当蓄电池无法运行时，则无法提供电能，所以在具体的研究中，需要了解UPS电源中该设备蓄电池的运行质量，在此基础上完成对整个系统的研究和调试工作。
在完成所有内在因素的研究和分析工作后，根据UPS电源中各类设备发挥的作用，合理配置各个系统的运行权重，最终完成概率计算工作[4]。
2 外因研究过程
外因研究中，主要研究内容为UPS电源的运行环境、市电供电稳定性和设备运行模式等方式，通过对这种方法的应用，提高整个系统的运行质量。
运行环境研究中，主要分析自然环境对蓄电池和相关电子器件运行稳定性的影响情况，包括环境的温度、湿度以及UPS电源系统的周边障碍物等，根据相关电子器件对运行环境的要求，分析当前自然环境状态下，各类电子器件的稳定运行概率。
市电供电稳定性研究中，可以从电力企业中获取相关数据，通常情况下，市电的供给稳定度较高，在后续的权重配置中，一些情况下课将这一因素忽略。
对于设备的运行模式，主要为电子器件对环境的抗干扰能力，当确定这一参数存在问题时，需要保证这一系统能够正常稳定运行和发展，以提高整个系统的运行稳定性。
3 可靠性计算过程
可靠性计算中，需要同时考虑内因与外因对可靠性的影响情况，在当前的UPS电源应用中，该系统具备较高的外因防护能力，所以可将其权重缩小，内因为主要研究对象，权重需要提高，内因与外因的权重和值为1，在此基础上完成UPS电源正常稳定运行的概率，确定该系统的可靠性。在当前已经开发出的双负载供电模式中，在设备的应用初期，可靠性可以达到95%以上，在设备的运行中期，可靠性降低到80%到90%，在运行是将过长时，可靠性低于80%，进一步分析可以发现，在该供电系统的运行中，短中期的可靠性影响因素主要为UPS电源逆变器、稳流器以及旁路开关等设备，中长期的可靠性影响因素最主要为蓄电池的运行状态。
2.2 单负载供电模式可靠性
在待负载供电模式的可靠性分析中，可以发现边路开关的运行稳定性会直接决定主机和从机的供电切换效率，所以在权重配置中，要提高这一电子器件的可靠性权重。在该具体的研究中，分析的内容为内因和外因，最终完成对相关参数的整合工作。
1 内因研究过程
在内因的研究中，首先需要分析UPS供电系统中的各类设备稳定运行概率，研究的内容包括蓄电池的运行质量、边路开关的运行质量、其余电子设备的运行质量等，在具体的研究与分析中，要根据UPS电源系统运行的时间长度参数，完成对这一参数的具体研究工作，在此基础上计算稳定运行概率。事实上，该项工作与双负载供电模式的内因研究模式完全相同。
其次为完成对计算权重的可以配置，在该系统的运行中，由于边路的稳定性会从根本上决定双机能够完成高效切换工作，在具体的计算中，需要提高边路的计算权重，而对于蓄电池来说，主机和从机并不同时投入运行，所以在系统运行中，两个蓄电池的综合运行时间下降，可以适当降低蓄电池的权重。需要注意的是，权重的降低幅度不可高于0.2。对于其余电子器件来说，需要完成器件运行稳定性的综合配置工作，保证所有内因的权重和值为1。
最后为具体的计算工作，确定整个UPS电源系统运行中，内部因素的运行可靠性。
2 外因研究过程
在外因的研究中，研究对象为环境温度、环境湿度和设备周边的障碍物等，但是在具体的工作中，发现旁路开关的运行可靠性对UPS电源的影响深远，所以在具体的研究中，需要完成对这一系统的运行质量影响因素，提高相关影响因素的权重。
在本文的研究中，发现周边环境中的空气湿度对整个系统的影响效果最大，所以在具体的外因分析工作中，需要提高空气湿度项目的权重，其余外因的权重可适当降低，但是需要保证所有权重的和值为1。
3 综合分析过程
在综合分析的过程中，内因与外因的权重配置方式与双负载供电模式相同，在获取的内部因素和外部因素的综合可靠值后，代入权重参数，计算整个UPS系统的运行可靠性。
通过对最终结果的研究可以发现，在这种供电设备的应用中，短期内可靠性不低于95%，中短期内的可靠性维持为90%到95%区间内，长期运行后，可靠性维持为85%作用，从结果上来看，这种供电模式的运行稳定性在一定程度上高于双负载供电模式。但是通过进一步研究可以发现，当周边环境的含水量较高时，该系统的可靠性大幅下降，从中可以发现，这种供电模式的UPS设备在运行中，对外界环境的要求较高。
3 UPS电源双机热备用供电模式可靠性提高方法
在上文的研究中可以发现，限制UPS电源运行可靠性的因素包括内因和外因两个部分，其中内因涉及的因素教导，外因的影响程度较小。进一步分析汇总发现，内因中的主要影响因素为蓄电池、旁路开关和逆变器，所以要提高UPS电源的运行可靠性，可从以下角度达成目的：
3.1 蓄电池保养方面
在当前的UPS电源设计和建设中，供电电源通常为蓄电池，虽然蓄电池的寿命通常较长，但是在充电放电过程中，会导致蓄电池中反应物的化学活性下降，降低了蓄电池的能量密度，为保证蓄电池能够发挥应用作用，需要完成对蓄电池的保养工作[5]。
在具体的工作中，一方面完成对蓄电池的本身检查，首先观察蓄电池是否出现变形、漏液等问题，发现存在这一现象时，可确定该蓄电池无法正常运行。另一发面分析充电装置的运行状态，同时分析蓄电池系统中的电能分析系统的运行精度，当发现这两类设备存在运行问题时，需要及时完成设备的维修和替换工作。
3.2 旁路开关研究方面
旁路开关需要在信号同步装置的控制下调整其运行状态，所以需要保证旁路开关动作过程中的顺滑性，防止由于闸刀和固定件之间摩擦力过大，导致旁路开关无法技术做出相应动作。在当前的UPS电源系统中，常用的旁路开关为继电器，继电器的运行依托于信号同步装置，当该设备发出相应控制信号时，继电器完成相应的动作。
在可靠性的提高过程中，一方面需要定期研究继电器的运行状态，发现继电器的反应灵敏度不足，或者在系统发出相关的控制指令后无法完成相应动作时，需要在市电系统稳定供电的基础下完成继电器替换工作。另一方面需要研究信号同步装置的运行状态，本文研究的两种双机热备用结构中，对信号同步装置提出了不同要求，在具体的研究过程中，要只能找该系统的设计方案，完成对各个子系统的维护和保养工作。
在日常维护中，还需要研究逆变器的运行情况，可以施工专业的检测设备，分析逆变器是否存在运行问题。
3.3 周边环境维持方面
在UPS双机系统的运行中，周边环境对系统的运行可靠性影响较大，所以需要保证该系统的周边环境满足设备的正常运行要求。
首先需要控制的为周边环境的温度，对于该系统来说，当温度过高时，不但对系统中电气器件的运行状态造成一定影响，也会降低蓄电池的运行寿命，严重时会引发蓄电池爆炸问题。
其次控制周边环境的空气湿度，尤其是对单负荷供电模式来说，空气含水量过高时，会导致旁路开关的运行质量大幅下降，需要在UPS电源存放空间中设置湿度传感器，应用自动控制系统调节空间湿度和温度。
最后为去除UPS电源周边的障碍物，提高环境的散热效果。
结论：综上所述，在UPS电源双机热备用供电系统中，系统的构造形式为单/双负荷供电模式，在应用的初始阶段，两种模式的可靠性相同，在后续的运行中，单负荷供电模式的可靠性数值高于双负荷供电模式，但是前者对环境湿度的要求很高。在设备应用中，通过蓄电池保养、旁路开关维护、周边环境维持等措施，可以提高电源的运行可靠性。
参考文献：
[1]于成功.电力自动化系统UPS供电方案的可靠性研究[J].电脑编程技巧与维护,2019(03):46-47+79.
[2]李士涛,李云冬,全利昆.UPS供电系统备份形式分析[J].机电信息,2019(03):16-17.
[3]彭大铭.从可靠性角度探讨UPS 2N方案[J].建筑电气,2017,36(11):22-25.
[4]杨峻峰.基于双机UPS的并列操作分析[J].华电技术,2017,39(02):26-30+77.
[5]高志平,佟继臣.UPS电源的单机运行与双机并联运行研析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2016(03):270.
论文作者:宋丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/24
标签：可靠性论文; 电源论文; 蓄电池论文; 双机论文; 系统论文; 旁路论文; 模式论文; 《电力设备》2018年第35期论文;