UPS在城市轨道交通中的应用

轨道交通UPS电源是提供持续、稳定、不间断电源的重要设备。城市轨道交通各机电系统中主电源需采用UPS装置以保证供电的正常运行。本文对城市轨道交通中UPS的冗余供电方式和容量计算进行浅析。
  
  近年城市轨道交通发展迅猛，各机电系统是轨道交通运营指挥、企业管理、服务乘客和传递信息的平台，保证列车安全高效运营，为乘客提供高质量的服务。其中供电设备的可靠性就成了重中之重，市电电网中接有各种各样负载，对电网造成干扰和污染，恶化供电质量，影响负载的正常运行。UPS供电系统的建设目的，是通过UPS供电系统给机电系统用电设备提供高质量的、不间断电源，来保证用电设备正常工作。
  
  1、UPS的种类
  
  UPS主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。
  
  UPS分以下几种类型：
  
  1)在线式UPS
  
  UPS一直使其逆变器处于工作状态，它先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过逆变器将直流电转换为交流电输出给负载。在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电，由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合;
  
  2)后备式UPS
  
  平时处于蓄电池充电状态，停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定交流电输出，因此后备式UPS也被称为离线式UPS;
  
  3)在线互动式UPS
  
  这是一种智能化UPS，输入市电正常时，UPS逆变器处于反向工作给电池组充电，在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组电压转换为交流电输出，因此在线互动式UPS有转换时间。在城市轨道交通系统中，各机电系统中负载对供电电源可靠性要求高，所以各机电系统主电源UPS一般采用在线式，提高整个系统的可靠性和稳定性。
  
  2、冗余备份的供电方式

轨道交通各机电系统用UPS是以冗余备份方式工作的。从冗余配置方案看，有以下方式：主从型热备份供电方式;直接并机冗余供电方式;
  
  双总线冗余供电方式。
  
  1)主从热备份供电方式 
 
  热备份冗余方式为两套UPS串联切换。正常运行时，只有主UPS给关键负载供电，而另一台处于空载状态，如果主UPS有故障不能运行，它就切换到旁路，而备用UPS在过了大约2~8ms后自动接替工作。这种结构价格经济，但有许多单点故障。如果主UPS出了故障，另一台必须接替全部负载，意味着在约8ms内，另一台必须把供电从0增加到100%，此方式缺陷在于备用UPS长期处于空载状态，其电池寿命会缩短、容量会下降，且备用UPS得具有阶跃性负载承载能力，无扩容能力。由于人们很难实时了解备用UPS各部分有无故障或隐患，当要启动备用机时，可能就无法正常工作了。
  
  2)直接并机冗余供电方式 
 
  n+1型UPS冗余并机供电方案是在确保各台UPS单机的输出处于电压幅度相同，输出频率和相位相同条件下，将n+1台具有相同输出功率UPS单机的输出端并联起来，共同向具有n台UPS单机输出功率的负载供电。正常工作时，由n+1台UPS平均分担负载电流，当某台UPS出故障时，在并机控制信号调控下，在将故障UPS自动脱机的同时，由剩下n台UPS继续供电。