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UPS电源的发展趋势

2017-5-22 10:36:26点击:
   (1)优越的功率因数指标

    UPS电源有两个功率因数:输入功率因数和输出功率因数,输入功率因数表示UPS电源对市电有功功率吸收的能力及对市电影响的程度,输出功率因数表示UPS电源适应负载性质的能力。

    1)UPS电源输入功率因数

    输入功率因数是一个重要指标。提高此项指标不仅可以降低线路损耗,节约电能,消除火灾隐患,还可以减少对市电的谐波污染,提高市电的供电质量,获得较大的经济效益及社会效益。传统提高输入功率因数的方法为无源功率因数校正技术,而现在发展为:单相市电输入的UPS电源采用有源功率因数校正技术,三相市电输入的UPS电源采用SPWM高频整流来提高UPS电源输入功率因数。最理想的输入功率因数是1,表明输入电压和电流均为正弦波时其相位完全相同。

    2)UPS电源输出功率因数

    输出功率因数是适应不同性质负载的能力。就是说小功率因数包含有大功率因数的特点,而大功率因数就办不了小功率因数的事。最理想的输出功率因数是超前0.0~滞后0.0,这时说明它可以带任何性质的负载。

    (2)高可靠性的“冗余式”UPS电源供电系统

    对于某些重要的用户而言,他们要求UPS电源供电系统的故障率非常低,最好其故障率为零。例如:银行的结算中心,航空管理系统,大规模集成电路流水生产线等。就目前的UPS电源制造技术和工艺水平而言,已可使UPS电源的故障率大大降低。例如:中、小型UPS电源平均无故障工作时间(MTBF)已做到5~14万小时,对大型UPS电源而言,它的MTBF可达24万小时以上。然而,即使对于这样高质量的系统,也不能确保它的故障率为零。在UPS电源中可采用具有容错功能的冗余配置方案来解决这个问题。所谓“容错”特性,是指在整个UPS电源供电系统中,如果因故造成个别机器出故障时,该UPS电源供电系统自动将有故障的机器“脱机”进行检修的同时,整个UPS电源供电系统必须继续向用户提供22高质量电源。由于在冗余式UPS电源供电系统中,采用了多台UPS电源组合起来共同承担向负载供电的任务,因此如何正确地解决好多台UPS电源输出的交流电源以同频率、同相位和同幅度的方式运行是能否成功地实现多台UPS电源冗余供电的关键。就目前所掌握的资料来看,有如下几种冗余配置方案可供用户选择:

    1)主机-从机型的“热备份”UPS电源供电方式;
    2)直接并联供电方式;
    3)双总线冗余供电方式。

    (3)全数字化UPS电源

    传统UPS电源存在的问题:

    1)输入输出变压器尺寸大;
    2)用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大;
    3)变压器和电感器产生的音频噪声较大;
    4)对市电和负载变化的动态响应性能较差。

    功率MOSFET及IGBT的问世为UPS电源开拓出一条光辉灿烂之路,使UPS电源技术步入崭新的时代——全数字化时代。

    首先,UPS电源的输入部分取消了用于与市电隔离的工频变压器或为降压用的自耦变压器,而采用SPWM技术实现整流高频化(AC/DC)。一方面减少直流侧滤波器尺寸,改善直流侧调节性能,提高市电电压允许变化范围;另一方面在控制技术中采用数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)控制,使输入电流正弦化,并与市电电压同相,从而实现UPS电源高输入功率因数(PF≈1),消除对市电的谐波“污染”,达到环保目的,大幅度减少无功损耗,明显降低了运行成本。

    其次,取消了UPS电源逆变器中的工频变压器,用高频变压器来实现UPS电源与市电的隔离,而UPS电源的输出级采用SPWM变换方式(不用变压器直接逆变)输出工频电压。逆变器中的功率MOSFET或IGBT工作频率在20kHz以上,因此输出滤波器小而简单,而且输出的正弦波非常光滑。

    对于UPS电源内部的蓄电池组采取高频变换降压方式(DC/DC)充电,当市电停电,UPS电源转换为由蓄电池给逆变器供电时亦采取高频变换降压方式(DC/DC)实现。

    在逆变器控制电路中采用正弦波直接反馈技术,使其调节高速化,远远优于传统式模拟反馈技术,再加上小的输出滤波器和20kHz以上的SPWM调制,使UPS电源动态响应特性非常好。在逆变器保护电路中采用性能优良的过流保护技术,使逆变器不仅具有较强的过载能力,允许100%负载不平衡(指三相逆变器),而且具有强有力的自身保护。也正是在上述条件保证下,抛弃了传统式逆变器输出变压器,不仅噪音低而且效率高。
    全数字化UPS电源是新一代UPS电源,它除具有高质量、高可靠、高指标、多功能等特点外,还符合当今节能、环保的要求,因此它是一种不仅能满足今日需要,而且可以适应未来发展需要的UPS电源。

    (4)智能化UPS电源

    在计算机网络及通信事业迅猛发展的推动下,当今的UPS电源已在大量引进微处理监控技术的基础上发展成为一种智能化UPS电源。所谓“智能化UPS电源”是指能在UPS电源和计算机网络之间建立起双向通信调控管理功能。它所主要完成的控制功能有:

    在UPS电源的运行中,当出现长时间的市电供电故障或停电时,随着市电故障的时间延长,UPS电源会利用上述通信通道向由它供电的计算机网络传送“因市电出故障UPS电源正由电池组供电”、“电池电压偏低”等报警信号。当电池组的端电压下降到临界放电电压时,计算机网络会从UPS电源发出的“自动关闭操作系统”命令的驱动下,在自动完成将程序和数据转入磁盘操作之后,再自动“关闭操作系统”。这样有序的关机操作,将确保用户的软件和数据的安全可靠。

    用户可在计算机网络的各个结点上实时监控UPS电源的运行。利用这种控制功能用户可在计算机网络终端上实时监控UPS电源的运行参数(例如:输入、输出的电压、电流和频率,UPS电源电池组的充电、放电和电压值显示,UPS电源的输出功率及有关的故障、报警信息)。此外,用户还可在计算机网络终端上对UPS电源的输出执行定时的自动开机、自动关机操作。

    为实现上述控制功能,在目前市售的先进的UPS电源上可向用户提供RS232,DB9、RS485通信接口。对于要求能执行计算机网控管理功能的UPS电源来说,还应配置简单网络管理协议(SNMP即Single Network Management Protocol)卡,才能配套运行。