EPS的原理特点与实际应用

引言

随着电力电子技术突飞猛进；国民经济的进步和发展，社会对电力的需求及依赖程度越来越高，特别是对那些重要、关键的电力负荷，一旦中断供电，往往会导致非常严重的甚至灾难性的后果。同时，人们对突发事件的防范意识也越来越高，集中应急供电系统或应急电源越来越受到人们的重视和需求，并在更多的相关场合成为必备的集中应急供电系统。

与原始的二路自切供电、油机等备用电源等应急供电方式相比，采用蓄电池储能、通过电力电子变流技术取得交流电源的静止逆变式应急电源系统，它具有许多独特的优势和极为广泛的实用性，是一种真真的有效的末端切换装置。近年来得到迅速的发展，以至于被公安部国家消防检测中心认可作为应急灯集中供电的专用应急电源“EPS （Emergency Power Supply）”。

EPS在结构与工作原理上与伴随着信息产业发展起来的不间断电源（UPS）截然不同的。EPS主要为满足应急供电系统高可靠、高效率、混合负载、过载能力（120%能正常运行）、环境适应性、自诊断能等， 多数时间处于后备状态（OFF LINE）等特殊应急要求即可起动逆变系统；而UPS主要为满足应急供电系的切换时间，追求零切换、输入输出锁相、稳压稳频精度高等，现大多数UPS处于在线工作状态（ON LINE）即逆变系统长期工作，从而它效率低、负载适应性差、环境适应性差、过载能力低（通常为标称值的60-80%）。在工作原理、工作方式、性能指标、构造、选型、安装、维护等方面均与UPS有很多不同。准确的理解、设计、制造、应用、选型和维护，是保证EPS长期可靠运行的必要条件。

一，EPS的构造与性能特点

EPS一般由充电器、蓄电池组、逆变器、自动切换装置、输入输出部件、电池监测装置、控制系统、状态显示器、操作面板等部分组成。

（1） 充电器

为使蓄电池组保持充足电的状态并能多次反复循环使用，充电器与蓄电池组是EPS不可缺少的组合部分。因EPS通常工作于后备状态，不需在线运行，市电正常时，EPS通过切换开关直接向负载供市电，并由充电器对蓄电池充电。按GB17945-2000的要求EPS的循环充电时间不大于24h，充电器的额定输出电流值一般为C/20。因此充电器的额定输出功率一般为EPS额定功率的10%～25%。当后备时间需延长侧充电器功率也相应增大，可以在规定的时间内完成蓄电池的再充电。

EPS中的充电器一般采用智能恒流恒压二阶段充电方式或恒压限流的充电方式。充电器的好坏对蓄电池的容量及使用寿命影响较大，应保证最大充电电流不

超过所配用蓄电池的允许值，浮充电压满足配用蓄电池的推荐值，如具备温度补偿特性则更佳，避免快速充电。当然也有高端的采用其他充电方式，如定时自动进行循环充电方式、自动均充-浮充控制等，但在控制上略为复杂。市电正常时，EPS中的充电器通常还需要为控制系统供电。充电器应具备高可靠性和良好的自保护功能，应能适应较宽的输入交流电压范围，以保证在各种恶劣供电环境中正常充电并为EPS的控制系统供电。因充电器功率较小，且多数时间内工作于轻载状态，其交流输入功率因数和谐波含量等指标并不十分重要。EPS中的充电器通常采用高频开关电源技术实现，也有部分大功率的EPS采用了晶闸管相控整流型充电器。

现介绍一种EPS专用的主回路休眠式短路保护智能型全自动充电器（已有专利）。目前许多充电器主回路短路保护都是截止型短路保护，重要场所特别是消防应急电源（EPS）不允许使用这类截止型短路保护的充电器。它一般均由电流检测电路、整形电路及触发封锁电路组成，这种短路保护有以下缺点：主回路必须先形成短路电流才会被检测到，然后再封锁主回路功率器件，这样主回路功率器件肯定已受到短路电流的冲击，对功率器件会带来一定的疲劳损伤，并会有累积效应产生。另外截止型短路保护电路在撤消短路后必须做人工复位才会从新起动充电器恢复工作，这是GB17945-2000消防应急电源对充电器最忌讳的。

本技术针对消防应急电源（EPS）及其它通用型后备应急电源而研制，主要是集光电隔离技术为一体的充电器输出回路短路阻抗检测电路。它的有益效果是在短路瞬间主回路功率器件并未形成短路电流就已被封锁关闭了，故功率器件不会受短路电流的冲击损伤，非常有利于功率器件的保护，同时又省去传统的人工复位。它是一种真正意义上的短路保护。

（2） 蓄电池

蓄电池是EPS应急供电时的能量来源，是影响EPS可靠性的关键部件。目前EPS几乎均采用免维护阀控铅酸蓄电池，该电池技术成熟，价格较低，使用、维护简单，成为UPS和EPS的首选。关于免维护阀控铅酸蓄电池的特点与应用在本行业中已众所周知的，在此仅就其在EPS中应用时的几个特殊问题作一讨论。

(A) 多个电池串并联运行问题

在EPS中一般采用额定电压12V的蓄电池串联达到所需的额定直流电压，在较大功率EPS系统中，为达到所需电池总容量，往往需要多组电池并联，例如110kva的EPS，90min标准配置需要4组110Ah蓄电池并联。而蓄电池制造商一般不推荐太多组（例如6组以上）电池并联使用，原因据称是容易导致环流和充放电不均衡。而大功率EPS又必须要将多组电池进行串并联使用，为此对于品牌、规格、型号相同的蓄电池串并联做了大量的试验、分析及观察，采取如下方案是行之有效的。在正常运行情况下可要求供应商对电池内阻作必要的选配（控制在2-3%）。然后就从工艺上采取必要的均流措施：a.确保每节电池的联线的长度和规格都完全一样；b.确保每组电池组与EPS主机的联线的长度和规格都完全一样。它是利用导线的固有电阻充当大电流充放电时的均流电阻，从而达到各组电池组之间的自动平衡。并联运行的主要问题应当是各电池组间的电流难于控制，为此如何选配导线的规格，长度是很有讲究的。另外采用功率二极管进行各组电池的隔离汇流，并采用多个充电器分别充电。这样的系统将更为可靠性和安全。同时，在各电池组并联前，应先确认它们均处于充满状态。但这将使成本增加很多。不管采取任何措施，不同品牌或型号的蓄电池并联自然是不可取的。