谈飞轮UPS
摘要:一级负荷中特别重要负荷通常采用蓄电池UPS作为应急电源,蓄电池的性能直接影响到UPS的效能。文章介绍的飞轮UPS利用飞轮系统物理储能代替了传统蓄电池的化学储能方式,提供一种高效、智能、绿色环保的不间断电源。
1 应急电源
《供配电系统设计规范》GB50052-2009规定:一级负荷中特别重要负荷的供电,除应由双重电源供电外,尚应增设应急电源。应急电源应根据允许中断供电的时间选择,允许中断供电时间为毫秒级的供电,可选用不间断供电装置(UPS)[1]。
医院的重要手术室、重症监护等涉及患者生命安全的设备(如呼吸机)及照明用电,属于一级负荷中特别重要负荷,要求应急电源切换时间小于等于0.5s[2].
常见的应急电源接线如下图所示[1].
电力中断时,柴油发电机组启动供电,在此过程中,由UPS提供过渡电源,从而保证一级负荷中特别重要负荷的不间断运行。提起UPS,人们自然会想到庞大的蓄电池组。本文要介绍的是另一种完全不同于传统蓄电池型的UPS—飞轮UPS.
2 何谓飞轮UPS
飞轮UPS因其“飞转的轮子”而得名,一个4.4″高、25.5″直径、600磅重的钢制飞轮(转子),市电驱动时,飞轮悬浮在真空中以7700转/分高速旋转,将能量以动能的形式储存起来。市电失电时,飞轮靠巨大的惯性继续旋转,将储存的动能转换为电能,从而保证一级负荷中特别重要负荷的不间断运行。
飞轮UPS的不同之处在于利用飞轮系统物理储能代替了传统蓄电池的化学储能方式,来提供市电供电瞬断或停电时启动发电机所需的过渡能源,它完全摒弃了大容量、大数量的蓄电池组。
3 飞轮UPS系统组成
3.1 磁悬浮飞轮
机械部分是坚固的钢制飞轮(转子),充电完成后,飞轮通过磁力轴承将其悬浮在真空中以7700转/分的速度旋转,来储存机械能量。当飞轮放电时,则采用磁路耦合原理和无刷磁励技术进行发电。
3.2 UPS
采用并行在线式设计,效率高达98%.
(1)过滤市电输入干扰,得到纯净的电源,保证用电设备的正常工作。
(2)飞轮充电时:UPS将市电(三相交流电)整流成直流供给磁励线圈,同时又将直流电逆变成三相交流电供给定子工作线圈使转子高速运转储能。
(3)飞轮放电时:将飞轮的动能转变成三相交流电,整流成直流电后,又逆变成符合负载要求的交流电供应负载,同时直流又供应励磁线圈。
3.3 切换柜(ATS)
自动控制市电和柴油发电机组的切换,与监控软件配合改变不同的输入输出控制模式。
3.4 柴油发电机组
提供应急(备用)电源,自动启动,自动供电输出。
3.5 启动单元
在市电或在飞轮工作状态下,从飞轮获得能量,向柴油机提供启动电源(24V/1000A),以保证启动发电机所需的大电流放电,大大提高了发电机的启动成功率。
3.6 监控软件
对市电、柴油发电机组、飞轮UPS、切换柜运行状况进行实时监控。
3.7 磁悬浮飞轮UPS控制面板
为操作人员提供与UPS进行人机对话。
4 飞轮UPS系统工作过程
(1)输入市电(飞轮储能)
接通市电,将开关打到旁路位置,给飞轮加电加温,当飞轮温度达到正常值时,飞轮启动工作,此时市电(三相交流电)经整流供给磁励线圈,同时整流后的直流又经过逆变器供给飞轮工作线圈产生旋转磁场使飞轮转子工作,直到飞轮转速达到7700转/分,储能结束。再将开关从旁路打到在线位置。
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