新一代UPS的技術(shù)動(dòng)向（上）
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隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，家庭、辦公室、工廠等均朝著信息化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。與此同時(shí)，人們對(duì)高品質(zhì)電力的需求也在日益增加。盡管UPS技術(shù)的發(fā)展不像計(jì)算機(jī)技術(shù)那么迅猛，但也是今非昔比。UPS技術(shù)發(fā)展到今天，其功能已經(jīng)從最初單純的供電發(fā)展到今天的多功能并舉。現(xiàn)在的UPS不僅可以在計(jì)算機(jī)無(wú)人值守時(shí)定時(shí)開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)，也可以在市電發(fā)生異常后通知計(jì)算機(jī)，還可按事先約定的順序關(guān)機(jī)，甚至還擁有通過(guò)聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程通訊進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。目前UPS技術(shù)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)是朝向網(wǎng)絡(luò)化，智能化和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。
2.UPS的冗余技術(shù)
在UPS的應(yīng)用中，用戶為了提高運(yùn)行中的可靠性，往往要求幾臺(tái)UPS冗余連接。UPS的冗余數(shù)目，從理論上講是是否越多越好，但在實(shí)際應(yīng)用中并非如此簡(jiǎn)單，單輸出均流這一項(xiàng)指標(biāo)就帶來(lái)好多問(wèn)題。在三相UPS中，若作到均流，就必須保證并聯(lián)的各UPS的對(duì)應(yīng)相電壓和相位保持在一個(gè)最小的誤差值，并聯(lián)臺(tái)數(shù)越多，越不易達(dá)到一致，即使當(dāng)時(shí)達(dá)到了一致，隨著時(shí)間的推移、溫度的變化，塵埃的侵入，器件的老化，冷卻系統(tǒng)造成的振動(dòng)以及濕度和腐蝕性氣體的破壞等等因素都時(shí)刻在破壞著這種平衡
就目前的UPS制造技術(shù)和工藝水平而言，已可使UPS的故障率大大降低。例如：中、小型UPS平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）已做到5～14萬(wàn)小時(shí)，對(duì)大型UPS而言，它的MTBF可達(dá)24萬(wàn)小時(shí)以上。然而，即使對(duì)于這樣高質(zhì)量的系統(tǒng)，也不能確保它的故障率為零。在UPS中可采用具有容錯(cuò)功能的冗余配置方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。所謂“容錯(cuò)”特性，是指在整個(gè)UPS供電系統(tǒng)中，如果因故造成個(gè)別機(jī)器出故障時(shí)，該UPS供電系統(tǒng)自動(dòng)將有故障的機(jī)器“脫機(jī)”進(jìn)行檢修的同時(shí)，整個(gè)UPS供電系統(tǒng)必須繼續(xù)向用戶提供高質(zhì)量電源。由于在冗余式UPS供電系統(tǒng)中，采用了多臺(tái)UPS組合起來(lái)共同承擔(dān)向負(fù)載供電的任務(wù)，因此如何正確地解決好多臺(tái)UPS輸出的交流電源以同頻率、同相位和同幅度的方式運(yùn)行是能否成功地實(shí)現(xiàn)多臺(tái)UPS冗余供電的關(guān)鍵。就目前所掌握的資料來(lái)看，有如下幾種冗余配置方案可供用戶選擇：主機(jī)－從機(jī)型的“熱備份”UPS供電方式；直接并聯(lián)供電方式；雙總線冗余供電方式。
2.1USP熱備份連接
任何具有旁路環(huán)節(jié)的UPS都可以進(jìn)行熱備份連接，兩臺(tái)UPS熱備份連接時(shí)，只需將一臺(tái)UPS1的旁路的輸入端與市電斷開(kāi)，并連接到另一臺(tái)UPS2的輸出端，就構(gòu)成了兩臺(tái)UPS熱備份冗余系統(tǒng)。在正常情況下由UPS1向負(fù)載供電，而UPS2處于熱備份狀態(tài)空載運(yùn)行；當(dāng)UPS1故障時(shí)，UPS2投入運(yùn)行接替UPS1繼續(xù)向負(fù)載供電。只有當(dāng)UPS2由于過(guò)載或逆變器故障時(shí)，才閉合旁路開(kāi)關(guān)，負(fù)載改由市電供電。
這種UPS的熱備份連接一般不超過(guò)兩臺(tái)，它不能增加系統(tǒng)的輸出容量，尤其是兩臺(tái)不同容量的USP連接時(shí)，該系統(tǒng)的輸出容量不能超過(guò)其中容量較小的那一臺(tái)的功率。
2.2UPS的并聯(lián)連接
UPS的并聯(lián)連接并不象熱備份連接那么容易。因?yàn)樗蠻PS的輸出阻抗不可能一樣，加之各逆變器的輸出電壓和市電電壓鎖相都具有正負(fù)誤差，則各個(gè)UPS的電壓即有相位差又有幅值差，因此用普通UPS直接并聯(lián)是危險(xiǎn)的，只有具備并聯(lián)功能的UPS才能并聯(lián)。
并聯(lián)連接的優(yōu)點(diǎn)在于它不但可以提高可靠性，而且過(guò)載、動(dòng)態(tài)性能比熱備份方式好得多，并且可增容。并聯(lián)連接的方式有下述幾種：
2.2.1主從式并聯(lián)系統(tǒng) 這種方式是并聯(lián)系統(tǒng)中有一臺(tái)UPS為主機(jī)，其它為從機(jī)。
2.2.2無(wú)主從并聯(lián)系統(tǒng) 系統(tǒng)中任一臺(tái)UPS既是主機(jī)又是從機(jī)，哪一臺(tái)UPS先開(kāi)機(jī)它就是主機(jī)。
2.3并聯(lián)冗余系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
無(wú)論那一種并聯(lián)冗余系統(tǒng)，都必須解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
2.3.1并聯(lián)運(yùn)行的各單機(jī)或模塊的均流問(wèn)題。實(shí)踐證明，并聯(lián)單機(jī)間的環(huán)流是造成UPS逆變器故障的主要原因，這個(gè)問(wèn)題解決不好，不僅可靠性得不到提高，而且適得其反。目前控制并聯(lián)系統(tǒng)中的各UPS的負(fù)載電流均衡的方法主要有有功、無(wú)功環(huán)流控制法、電壓-頻率下垂特性控制法、主從模塊控制法、負(fù)載母線同步法等，模塊間的負(fù)荷電流不均衡性已可以控制在5%以內(nèi)。
2.3.2模塊間的均流控制信號(hào)的可靠傳送問(wèn)題。模塊間的信號(hào)傳輸線實(shí)際上構(gòu)成了系統(tǒng)的故障瓶頸，電磁干擾或其它的物理毀損都會(huì)造成系統(tǒng)故障，所以，均流信號(hào)力求簡(jiǎn)單，要采取強(qiáng)抗干擾編碼技術(shù)，互連線越少越好。
2.3.3無(wú)互連線均流機(jī)理的研究與開(kāi)發(fā)。UPS并聯(lián)冗余系統(tǒng)的最理想狀態(tài)是并聯(lián)單機(jī)間無(wú)任何控制信號(hào)連線，從而消除了并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸，國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的工作已取得一些進(jìn)展，有些已在產(chǎn)品中得到實(shí)現(xiàn)。
2.3.4均流控制電路的冗余問(wèn)題。既然有互連線并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸現(xiàn)象的存在，可以采取均流控制電路冗余來(lái)消除之。
2.3.5熱插拔電路及接插件技術(shù)。對(duì)于模塊并聯(lián)系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行組件的熱插拔，以方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容和組件的維修，并可在不停機(jī)的情況下添加或減少組件。
3.UPS的綠色技術(shù)
3.1優(yōu)越的功率因數(shù)指標(biāo)
UPS有兩個(gè)功率因數(shù)指標(biāo)：
3.1.1UPS輸入功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)。提高此項(xiàng)指標(biāo)不僅可以降低線路損耗，節(jié)約電能，消除火災(zāi)隱患，還可以減少對(duì)市電的諧波污染，提高市電的供電質(zhì)量，獲得較大的經(jīng)濟(jì)
3.1.2UPS輸出功率因數(shù)。輸出功率因數(shù)是適應(yīng)不同性質(zhì)負(fù)載的能力。輸出功率因數(shù)
在2001年《YD/T 1095-2000通信用不間斷電源——UPS》標(biāo)準(zhǔn)中，使用了輸入功率因數(shù)的概念，在電氣性能技術(shù)要求中，分三個(gè)等級(jí)分別給出了指標(biāo)，并提出了試驗(yàn)方法。但是在定義部分沒(méi)有給出明確的解釋，也許是因?yàn)樗呀?jīng)廣泛應(yīng)用，并約定俗成。
不過(guò)另一個(gè)概念，輸出功率因數(shù)的應(yīng)用卻并非約定俗成，同樣沒(méi)有給出明確、清晰的定義。只在電氣性能技術(shù)要求中給出指標(biāo)：輸出功率因數(shù)≤0.8。并在輸出功率因數(shù)的試驗(yàn)方法中提到：“調(diào)節(jié)非線性負(fù)載的輸入功率因數(shù)在小范圍內(nèi)變化，由電力多功能分析儀測(cè)得非線性負(fù)載的輸入功率因數(shù)應(yīng)符合技術(shù)要求的規(guī)定，并使得UPS輸出達(dá)到額定容量，UPS能正常工作?！憋@然在這里測(cè)得的數(shù)據(jù)是UPS負(fù)載的功率因數(shù)，這個(gè)數(shù)據(jù)范圍的大小是用來(lái)衡量UPS輸出能力大小的。
但是由于“輸出功率因數(shù)”這個(gè)概念本身的模糊狀態(tài)，以及這個(gè)概念本身隱匿的邏輯上的矛盾，導(dǎo)致了理解這個(gè)概念時(shí)出現(xiàn)的諸多歧義。
首先，功率因數(shù)這個(gè)概念是針對(duì)負(fù)載而言的，非線性負(fù)載中，電流和電壓出現(xiàn)相位差，導(dǎo)致負(fù)載和電源間吞吐互換的無(wú)功功率出現(xiàn)，功率因數(shù)反映了負(fù)載從電源中獲取有功功率的能力。對(duì)UPS來(lái)說(shuō)，UPS的輸入功率因數(shù)反映了UPS從電網(wǎng)中獲取有功功率的能力，也可以衡量UPS對(duì)電網(wǎng)的污染程度。功率因數(shù)越大，獲取有功功率的能力越強(qiáng)，對(duì)電網(wǎng)的污染程度越小。
但是UPS的“輸出功率因數(shù)”這個(gè)概念是衡量UPS輸出能力的一個(gè)指標(biāo)。顯然，這里UPS是作為負(fù)載的供電設(shè)備出現(xiàn)的，而“功率因數(shù)”這個(gè)概念是專為負(fù)載量身定做的，它反映的是負(fù)載的某些性質(zhì)。于是我們借用“功率因數(shù)”的概念加上“輸出”兩字，來(lái)描述作為供電設(shè)備的UPS的輸出能力。這種前后矛盾的組合導(dǎo)致了很多理解上的歧義和邏輯上的混亂。
例如，UPS的“輸出功率因數(shù)”的大小是由UPS負(fù)載的功率因數(shù)決定的，我們認(rèn)為負(fù)載功率因數(shù)越大，它獲得有功功率的能力越強(qiáng)，但是由負(fù)載功率因數(shù)決定的“輸出功率因數(shù)”越大，表示UPS的輸出能力越小。
另外，作為一項(xiàng)衡量UPS輸出能力的技術(shù)指標(biāo)，“由于UPS輸出能力有限，不可能滿足任意非線性負(fù)載的要求，約定以計(jì)算機(jī)類負(fù)載的輸入功率因數(shù)作為UPS的輸出功率因數(shù)指標(biāo)，約定≤0.8。既然UPS輸出功率因數(shù)的大小由負(fù)載的功率因數(shù)決定，那么直接用“負(fù)載功率因數(shù)”的概念來(lái)衡量UPS的輸出能力更為清晰。 （未完）
評(píng)論