EPS的原理特點與實際應(yīng)用

引言

隨著電力電子技術(shù)突飛猛進；國民經(jīng)濟的進步和發(fā)展，社會對電力的需求及依賴程度越來越高，特別是對那些重要、關(guān)鍵的電力負荷，一旦中斷供電，往往會導(dǎo)致非常嚴重的甚至災(zāi)難性的后果。同時，人們對突發(fā)事件的防范意識也越來越高，集中應(yīng)急供電系統(tǒng)或應(yīng)急電源越來越受到人們的重視和需求，并在更多的相關(guān)場合成為必備的集中應(yīng)急供電系統(tǒng)。

與原始的二路自切供電、油機等備用電源等應(yīng)急供電方式相比，采用蓄電池儲能、通過電力電子變流技術(shù)取得交流電源的靜止逆變式應(yīng)急電源系統(tǒng)，它具有許多獨特的優(yōu)勢和極為廣泛的實用性，是一種真真的有效的末端切換裝置。近年來得到迅速的發(fā)展，以至于被公安部國家消防檢測中心認可作為應(yīng)急燈集中供電的專用應(yīng)急電源“EPS （Emergency Power Supply）”。

EPS在結(jié)構(gòu)與工作原理上與伴隨著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的不間斷電源（UPS）截然不同的。EPS主要為滿足應(yīng)急供電系統(tǒng)高可靠、高效率、混合負載、過載能力（120%能正常運行）、環(huán)境適應(yīng)性、自診斷能等， 多數(shù)時間處于后備狀態(tài)（OFF LINE）等特殊應(yīng)急要求即可起動逆變系統(tǒng)；而UPS主要為滿足應(yīng)急供電系的切換時間，追求零切換、輸入輸出鎖相、穩(wěn)壓穩(wěn)頻精度高等，現(xiàn)大多數(shù)UPS處于在線工作狀態(tài)（ON LINE）即逆變系統(tǒng)長期工作，從而它效率低、負載適應(yīng)性差、環(huán)境適應(yīng)性差、過載能力低（通常為標稱值的60-80%）。在工作原理、工作方式、性能指標、構(gòu)造、選型、安裝、維護等方面均與UPS有很多不同。準確的理解、設(shè)計、制造、應(yīng)用、選型和維護，是保證EPS長期可靠運行的必要條件。

一，EPS的構(gòu)造與性能特點

EPS一般由充電器、蓄電池組、逆變器、自動切換裝置、輸入輸出部件、電池監(jiān)測裝置、控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示器、操作面板等部分組成。

（1） 充電器

為使蓄電池組保持充足電的狀態(tài)并能多次反復(fù)循環(huán)使用，充電器與蓄電池組是EPS不可缺少的組合部分。因EPS通常工作于后備狀態(tài)，不需在線運行，市電正常時，EPS通過切換開關(guān)直接向負載供市電，并由充電器對蓄電池充電。按GB17945-2000的要求EPS的循環(huán)充電時間不大于24h，充電器的額定輸出電流值一般為C/20。因此充電器的額定輸出功率一般為EPS額定功率的10%～25%。當后備時間需延長側(cè)充電器功率也相應(yīng)增大，可以在規(guī)定的時間內(nèi)完成蓄電池的再充電。

EPS中的充電器一般采用智能恒流恒壓二階段充電方式或恒壓限流的充電方式。充電器的好壞對蓄電池的容量及使用壽命影響較大，應(yīng)保證最大充電電流不

超過所配用蓄電池的允許值，浮充電壓滿足配用蓄電池的推薦值，如具備溫度補償特性則更佳，避免快速充電。當然也有高端的采用其他充電方式，如定時自動進行循環(huán)充電方式、自動均充-浮充控制等，但在控制上略為復(fù)雜。市電正常時，EPS中的充電器通常還需要為控制系統(tǒng)供電。充電器應(yīng)具備高可靠性和良好的自保護功能，應(yīng)能適應(yīng)較寬的輸入交流電壓范圍，以保證在各種惡劣供電環(huán)境中正常充電并為EPS的控制系統(tǒng)供電。因充電器功率較小，且多數(shù)時間內(nèi)工作于輕載狀態(tài)，其交流輸入功率因數(shù)和諧波含量等指標并不十分重要。EPS中的充電器通常采用高頻開關(guān)電源技術(shù)實現(xiàn)，也有部分大功率的EPS采用了晶閘管相控整流型充電器。

現(xiàn)介紹一種EPS專用的主回路休眠式短路保護智能型全自動充電器（已有專利）。目前許多充電器主回路短路保護都是截止型短路保護，重要場所特別是消防應(yīng)急電源（EPS）不允許使用這類截止型短路保護的充電器。它一般均由電流檢測電路、整形電路及觸發(fā)封鎖電路組成，這種短路保護有以下缺點：主回路必須先形成短路電流才會被檢測到，然后再封鎖主回路功率器件，這樣主回路功率器件肯定已受到短路電流的沖擊，對功率器件會帶來一定的疲勞損傷，并會有累積效應(yīng)產(chǎn)生。另外截止型短路保護電路在撤消短路后必須做人工復(fù)位才會從新起動充電器恢復(fù)工作，這是GB17945-2000消防應(yīng)急電源對充電器最忌諱的。

本技術(shù)針對消防應(yīng)急電源（EPS）及其它通用型后備應(yīng)急電源而研制，主要是集光電隔離技術(shù)為一體的充電器輸出回路短路阻抗檢測電路。它的有益效果是在短路瞬間主回路功率器件并未形成短路電流就已被封鎖關(guān)閉了，故功率器件不會受短路電流的沖擊損傷，非常有利于功率器件的保護，同時又省去傳統(tǒng)的人工復(fù)位。它是一種真正意義上的短路保護。

（2） 蓄電池

蓄電池是EPS應(yīng)急供電時的能量來源，是影響EPS可靠性的關(guān)鍵部件。目前EPS幾乎均采用免維護閥控鉛酸蓄電池，該電池技術(shù)成熟，價格較低，使用、維護簡單，成為UPS和EPS的首選。關(guān)于免維護閥控鉛酸蓄電池的特點與應(yīng)用在本行業(yè)中已眾所周知的，在此僅就其在EPS中應(yīng)用時的幾個特殊問題作一討論。

(A) 多個電池串并聯(lián)運行問題

在EPS中一般采用額定電壓12V的蓄電池串聯(lián)達到所需的額定直流電壓，在較大功率EPS系統(tǒng)中，為達到所需電池總?cè)萘?，往往需要多組電池并聯(lián)，例如110kva的EPS，90min標準配置需要4組110Ah蓄電池并聯(lián)。而蓄電池制造商一般不推薦太多組（例如6組以上）電池并聯(lián)使用，原因據(jù)稱是容易導(dǎo)致環(huán)流和充放電不均衡。而大功率EPS又必須要將多組電池進行串并聯(lián)使用，為此對于品牌、規(guī)格、型號相同的蓄電池串并聯(lián)做了大量的試驗、分析及觀察，采取如下方案是行之有效的。在正常運行情況下可要求供應(yīng)商對電池內(nèi)阻作必要的選配（控制在2-3%）。然后就從工藝上采取必要的均流措施：a.確保每節(jié)電池的聯(lián)線的長度和規(guī)格都完全一樣；b.確保每組電池組與EPS主機的聯(lián)線的長度和規(guī)格都完全一樣。它是利用導(dǎo)線的固有電阻充當大電流充放電時的均流電阻，從而達到各組電池組之間的自動平衡。并聯(lián)運行的主要問題應(yīng)當是各電池組間的電流難于控制，為此如何選配導(dǎo)線的規(guī)格，長度是很有講究的。另外采用功率二極管進行各組電池的隔離匯流，并采用多個充電器分別充電。這樣的系統(tǒng)將更為可靠性和安全。同時，在各電池組并聯(lián)前，應(yīng)先確認它們均處于充滿狀態(tài)。但這將使成本增加很多。不管采取任何措施，不同品牌或型號的蓄電池并聯(lián)自然是不可取的。