UPS电源在高速公路供电系统中的应用

1、UPS 电源在高速公路供电系统中的应用 摘要： UPS 作为高速公路机电系统的重要组成部分， 在保护计算机数据、通信、收费、监控设备稳定运行，保证 电压的稳定，防止瞬时停电对系统造成的危害等是非常重要 的。本文对 UPS 电源在高速公路应用进行了分析。 关键词：UPS;供电系统；稳压器 中图分类号： U412.36+6 文献标识码： B 一、高速公路用 UPS 传统方案 高速公路有很多都是地处偏远的地带，不得不采用农用 电源，那里的供电条件不好，比如电压波动幅度大、经常停 电；环境条件不好，比如山洞内湿度大冬夏温差大，特别是 雷雨季节干扰大；技术力量薄弱，维修能力差等等。所以就 对 UPS 提

2、出了严格的要求，比如要求 UPS 能耐恶劣环境具 有无人值守的能力。 除此之外， 为了提高供电系统的可靠性， 在 UPS 前面增加了一级参数稳压器。 采用何种稳压器， 根据 目前国内的稳压器产品现状有如下考虑： 1 自动稳压器 这种稳压器结构简单，价格低廉，但可靠性差。因为它 是靠碳刷的移动 （滑动或滚动 ）来稳压，控制电路根据输出设 定的情况， 来控制 M 点上下移动， 以使输出电压符合负载的 要求。但这种电路的缺点是可靠性低和动态相应速度慢，不 隔离干扰。碳刷在不同的移动中会慢慢变薄直至损坏，在湿 度很大的情况下寿命缩短会更快。由于是机械运动所以动态 相应慢，这将会导致瞬间电压突升与突降损

3、坏后面的设备。 比如当输入电压下降 15，即 220V 下降到 187V 时，为了 保证输出仍为 220V ， M 就必须上滑至 N 点，这时的变比为 220：187=1.18，这时如果有一个大型的感性负载突然下载造 成市电电压突然产生一个 300V 的浪涌庙于 M 点的机械惰性 而来不及移动，在输出端就会出现一个 354V 的高电压，轻 则使 UPS 电池放电，重则烧毁 UPS 输入电路。反之，如果 有一个大型的感性负载突然加载，也将会出现一个 100V 的 凹陷也会导致 UPS 的电池放电，加速了电池的失效。 2 净化电源交流稳压器 这种交流稳压器的出现主要是代替原来的电磁补偿式 614

4、型稳压器。这种稳压器的原理是根据双向可控硅导通角 度的不同而形成不同的等效电感量，使输出对输入的变化进 行补偿而进行稳压的。 这种电源的稳定度较高， 可达到 0.1， 效率也较高，可达 97；输出电压波形失真度较小，可达到 0.2。这种稳压器的可靠性很高，有隔离干扰的能力。可以 看出，主电路中没有功率管，都是电感和电容等元器件，唯 一的一只半导体器件还是可靠性很高的双向可控硅。但这种 电路的缺点是调解范围窄，一般只适应额定电网电压的 10，功率不容易做大，这显然无法满足高速公路的要求， 一般不在考虑范围内。 3 NPS 型智能稳压电源 这是一项新技术，是在总结了上述几种稳压器的优缺点 和吸收了

5、 Delta 变换技术的经验后而研制出的专利产品。这 种电路既采用了当前成熟的 PWM 技术，又结合了 UPS 的 Delta 变换技术。 这种电源解决了上面几种稳压器所存在的问 题： 1 油于吸取了 Delta 变换技术的经验所以就具有了它的 一些优点， 比如输入功率因数高达 0.95 以上，比参数稳压器 高得多。 2 效率高。从电路的结构可以容易地看到，它是集中 了自动稳压器的优点。而且反应速度快，是自动稳压器所无 法比拟的。 3 输入输出隔离性能好。集中了参数稳压器和净化电 源的优点。由于在工作中没有无功功率的存储，所以不存在 击毁其它设备问题。 4 由于是 PWM 电路与磁路的结合原理

6、， 结构轻巧而不 是像参数稳压器那样的笨重。 5 可靠性高。由于工作效率高、损耗小，使机内温度 不高，提高了机器的可靠性。 6 可以智能监控。机器留有 RS232 串口，可以做远程 监控。 7 容量可以做得很大。不像净化电源和参数稳压器那 样最大只能做到几十千伏安。正是有了如上的优点，在高速 公路配电中应为首选。 二、UPS在高速公路工程中的作用 在高速公路中用量最大的应属收费系统。其次还有通 信、数据处理、变电站和摄像监控等。收费系统的重要性很 大不能有一点疏忽。尤其是现在有的地方自动化程度很高、 制度很严，比如收费站的栏杆不经过刷卡就不能抬起放行， 如果因电源问题使刷卡机停止工作就会导致车

7、辆的堵塞。比 如福建一高速公路段因“参数稳压器 UPS ”系统故障而导致 停止运行2h，从而造成了几百辆汽车“闯关”造成了重大损 失。 要求供电系统的设备质量不但要高，而求当供电故障 时，其维修时间要非常短。比如发现故障快、功能部件更换 速度快。最好有预警系统。 三、用于高速公路供电系统的几种电源解决方案 1 单机供电系统。在一些电网情况比较好的地方，最 好不要在 UPS 前面加稳压器， 如图 1 所示。因为加一级设备 就多一个故障点。故障率比原来提高了一倍。 2 双机供电系统。为了以防万一，有些收费站要求多 机系统。所谓多机系统就是指有的用户要求每一个车道配一 台 UPS ，这样一来，即使有

8、一个车道的电源故障，另外的车 道可照常运行，以避免堵车闯关现象发生。为了提高可靠性 和可用性， 采用双台 UPS 冗余并联或互为备份是科学的。 (1) 双台 UPS 冗余并联解决方案 如图 2 所示。这个方案可用于各种容量的系统中，小到 几千伏安， 大到几百千伏安。 但遗憾的是 10kVA 以下的 UPS 很少有并联机型，即使有，在价格上也比较高，否则这种并 联的功能就不足。 (2)互为备份解决方案 互为备份解决方案对于一些小的收费站非常合适，比如 车道是 3 进 2 出，每个车道的用电约为 700VA ，考虑到其他 因素，以 1kVA 计， 5 个车道就是 5kVA 。这是可用 2 台 5k

9、VAUPS 构成互为备份系统，如图 3 所示。两台 UPS 可接 到三相电的任意两相上， 如图中的 A 相和 B 相，就有了类似 双路供电效果。 两台 UPS 之间用以快速机电器 JO 连接，在正常时 JO 是断开状态，两台 UPS 可各带一部分负载。一旦一相电 （比 如 A 相断电 ）出了问题，继电器 JO 就会闭合，将另一相电 （B 相）的 UPS2 输出转接过来，使负载继续运行，等故障UPS 修复后，又恢复双机供电状态。这种继电器的切换时间小于 10ms,这是任何计算机类负载完全允许的。由于是两相供电， 互差 120 度，所以这种切换必须要有间断。 根据 IBM 的测试， 在市电停电后， 计算机本身的 PWM 电源可满负荷工作 50ms。 由图 3 可以看出， A 相断电且 UPS1 电池耗尽时， 输出为零， 继电器JO的闭合使UPS1输出又恢复电压，由于电压的恢复 又会使 JO 断开， JO 的断开，又导致 UPS1 输出为零这样一 来就会形成 UPS1 的断续输出状态，使负载无法工作下去。 解决方案实施电路就详细说明了它的解决方法。这里采 用了两只快速继电器，将两只继电器的线包分别接在两台 UPS 输出端可实现可靠切换了。这个方案既节约又可靠，同 时容易实现。除此之外，在单相供电的地方