UPS電源的現(xiàn)狀發(fā)展及選配

UPS電源的現(xiàn)狀發(fā)展及選配經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)最重要的能源基礎(chǔ)。隨著工業(yè)文明的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)對電力質(zhì)量的要求越來越高，為了保障工業(yè)過程以及日常工作的連續(xù)性，UPS應(yīng)運而生，成功的解決了電力中斷以及電力質(zhì)量差的問題，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、通信、醫(yī)療、計算機、交通、銀行、證券等。1UPS的現(xiàn)狀經(jīng)過幾十年的發(fā)展，UPS技術(shù)El新月異，管理體系不斷完善，功能更加強大，應(yīng)用范圍也隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷的擴大。1.1技術(shù)方面（1）現(xiàn)已廣泛采用與傳統(tǒng)諧振式ZUS、ZCS軟開關(guān)不同的廣義軟開關(guān)技術(shù)，來減小開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率。這種軟開關(guān)就是一種無損緩沖電路，它不但能使開關(guān)過程軟化，而且還具有電路簡單，不需要附加諧振網(wǎng)絡(luò)，成本低廉的特點。輸入端加裝高效輸入濾波器和有源功率因素校正器，并采用串并聯(lián)補償技術(shù)，來降低輸入電流失真度，減小UPS電源對市電電源的污染，使其向綠色電能變換型發(fā)展。（2）為實現(xiàn)UPS電源小型化，減小輸出變壓器即輸出濾波器的尺寸，減小電磁干擾，防止高頻變壓器的飽和，目前在韓國采用的是串聯(lián)諧振逆變器，再經(jīng)過隔離變壓器和變頻器組成高頻連接的UPS。（3）數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，即廣泛應(yīng)用數(shù)字處理器DSP，盡可能使控制電路全微處理器化。因為數(shù)字控制器具有精度高，抗干擾能力強，易于實現(xiàn)對UPS的檢測，故障診斷和隔離，易于實現(xiàn)遙控遙測，易于實現(xiàn)多臺UPS的并聯(lián)和熱插撥，易于實現(xiàn)對蓄電池的監(jiān)控和管理，也就是說，計算機的介入可以使UPS實現(xiàn)智能化管理，可以使電源運行在最優(yōu)化狀態(tài)。（4）蓄電池是UPS的心臟，目前UPS一般都使用免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，美國還運用了高功率鉛一空氣備用電源裝置（RPU）取代蓄電池。為增大電池的使用壽命，目前使用一種三階段電池管理方案，即恒流均衡充電，浮充充電和自然放電三大階段，以防止過充、過放?，F(xiàn)已引入以微處理器監(jiān)控技術(shù)為主的電池管理體系，隨時觀察電池的充、放電狀態(tài)，對電池充、放電進(jìn)行雙重保護(hù)。（5）采用冗余技術(shù)和熱插撥技術(shù)。（6）采用智能化UPS的管理系統(tǒng)。所謂智能化UPS，是指將傳統(tǒng)的UPS與計算機相連的硬件接口，結(jié)合特殊設(shè)計的軟件，以提供計算機及數(shù)據(jù)資料的雙重保護(hù)，保證UPS在完成基本功能外，還能對一切故障進(jìn)行檢測，顯示和處理等，完全實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理。1.2管理體系方面UPS供電系統(tǒng)從產(chǎn)生至今已有40余年，40年的歷程，UPS發(fā)展到今天已經(jīng)不再是孤立的電源技術(shù)的發(fā)展，UPS本身不再是單獨的電源系統(tǒng)，目前所說的供電機房，已成為一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集不問斷電源、機柜、電源管理、散熱、電力電纜和數(shù)據(jù)布線為一體的全套電源供應(yīng)與管理整體方案。這就大大便利于用戶的選購、安裝、維護(hù)和擴容，降低日常管理和維護(hù)的成本，并能對整個網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、運行程序和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑進(jìn)行全面保護(hù)，使之成為不間斷供電網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)還具有可靠性高，抗干擾能力強，過載能力強，智能化監(jiān)控及防雷擊、防浪涌等功能。設(shè)計原理和工作方式方面目前可以分為離線式、在線式、在線互動式三種UPS。（i）離線式UPS,也稱為后備式UPS,以小功率（5kVA）為主，主要特點是轉(zhuǎn)換效率高，易于維護(hù)，且價格低廉，轉(zhuǎn)換時間為幾ms，為絕大多數(shù)中小功率用戶首選。（2）在線式UPS以大中（5kVA以上）功率為主，供電轉(zhuǎn)換時間為零，供電質(zhì)量高，可以向用戶的負(fù)載提供純凈、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抗干擾和波形失真極小的正弦波，但價格昂貴。（3）在線互動式UPS以網(wǎng)絡(luò)使用為主，它結(jié)合了離線式轉(zhuǎn)換效率高和在線式供電質(zhì)量高的特點，與離線式相比，切換時間短。功能方面UPS除了穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、不問斷供電基本功能外，逐步增加了自我控制功能、對外告警功能、集中監(jiān)控功能、環(huán)境檢測功能、自動開關(guān)機功能、聯(lián)網(wǎng)功能、電池自動補償和檢測功能、低功率損耗功能、直接并機功能、對線性負(fù)載和非線性負(fù)載具有同等輸出的功能，及并機時功用電池或分用電池的功能等。應(yīng)用方面在原有的商用UPS、變頻UPS、工業(yè)用UPS的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)市場的需要又增加了計算機用UPS、有線電視用UPS、小靈通UPS。所以UPS目前已廣泛應(yīng)用于金融、電信、政府、制造行業(yè)、教育和醫(yī)療等方面。2發(fā)展趨勢市場需求促進(jìn)了UPS性能的不斷提高，科技的進(jìn)步則推動了UPS技術(shù)了不斷的向前發(fā)展，使UPS向高頻化、冗余并聯(lián)化、數(shù)字化、可靠化、智能化、綠色化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。2.1市場需求方面（1）大容量級別的UPS將達(dá)到9000臺/每年的需要，并以10%以上速度不斷增長。小機市場火爆，市場潛力巨大。據(jù)有關(guān)人士估計，UPS電源需求量為：93.8萬臺/05年，102.5萬臺/。6年，133.4萬臺/。7年，122.3萬臺/。8年。（2）產(chǎn)品性能/價格比是贏得市場占有率的永恒主題。（3）企業(yè)要走出跨國經(jīng)營，不僅要創(chuàng)出國際品牌，還要使品牌在跨國經(jīng)營中本土化”要想在市場上長久發(fā)展，除提高性價比外，還要提高服務(wù)質(zhì)量，以適應(yīng)市場產(chǎn)品深層次競爭的兼并整合狀態(tài)。技術(shù)方面（1）高頻化：第一代UPS的功率開關(guān)為可控硅，第二代為大功率晶體管或場效應(yīng)管，第三代為IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。大功率晶體管或場效應(yīng)管開關(guān)速度比可控硅要高一個數(shù)量級，而IGBT功率器件電流容量和速率又比大功率晶體管或場效應(yīng)管大得多和快的多，使功率變換電路的工作頻率高達(dá)50kHz。應(yīng)用新工藝器件，并采用柔性切換技術(shù)，來解決由于切換損耗導(dǎo)致的高頻限制，實現(xiàn)UPS電源高頻化。變換電路頻率的提高，使得用于濾波的電感、電容以及噪音、體積等大為減少，使UPS效率、動態(tài)響應(yīng)特性和控制精度等大為提高。（2）冗余并聯(lián)化：在一臺電子設(shè)備中，我們可以把控制電路集中起來作為一個獨立的可插拔的模塊，也可以把功率變換部分集中在一個結(jié)構(gòu)中做為一個可熱插拔的模塊，同樣，在一個配置有多種（臺）設(shè)備的供電系統(tǒng)中，我們也可以把每種（臺）設(shè)備看做一個模塊，在冗余熱備份配置的情況下，同樣可以做到故障后進(jìn)行熱插拔修復(fù)。當(dāng)代的技術(shù)先進(jìn)的UPS都具備直接并機功能，如果把這樣的UPS兩臺冗余并聯(lián)起來，并使兩臺輸出的總?cè)萘看笥诘扔谪?fù)載容量的二倍，當(dāng)其中一臺發(fā)生故障時，另一臺可承擔(dān)全部負(fù)載容量而保持系統(tǒng)繼續(xù)正常運行，已故障的一臺可脫機修復(fù)。這無異于把系統(tǒng)的等效平均修復(fù)時間降到接近于零，只有兩臺UPS同時發(fā)生故障時，系統(tǒng)才停止運行，而這種幾率是很小的。（3）數(shù)字化：數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，數(shù)字控制器具有精度高，抗干擾能力強，易于實現(xiàn)對UPS的檢測、故障診斷和隔離，易于實現(xiàn)遙控遙測，實現(xiàn)多臺UPS的并聯(lián)和熱插拔，易于實現(xiàn)對蓄電池的監(jiān)控和管理。采用數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(shù)、電源管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機硬件及軟件技術(shù)來實現(xiàn)的電源實現(xiàn)了人機完美結(jié)合。（4）可靠化：對于使用者來說，要求UPS具有足夠的輸出能力及可靠性，否則就會影響負(fù)載的運行，甚至構(gòu)成新的故障源。采用先進(jìn)的工藝封裝技術(shù)、高度的集成化技術(shù)、運用高品質(zhì)的元器件和原材料，不斷提高UPS電源的可靠性和可用性，力爭可用性A為0.9999999,也就是說，一年之中允許停機時間3。這些數(shù)據(jù)才是用戶真正需要的結(jié)果。（5）智能化：微處理器在UPS上的應(yīng)用，過去只在大、中型UPS上采用，但近年來已逐漸向小型、微型UPS方面發(fā)展，其帶來的結(jié)果是UPS的智能化發(fā)展，包括控制、檢測和通信。UPS逐漸由計算機來進(jìn)行管理，并且計算機及外設(shè)能自主應(yīng)付一些可能預(yù)見到的問題，能進(jìn)行自動管理和調(diào)整，如自動關(guān)閉宿主計算機的操作系統(tǒng)并關(guān)閉其電源，定時開關(guān)UPS本身等，并能將有關(guān)信號通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)管理員，便于進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。真正的做到計算機集中監(jiān)控代替人力職守，又計算機的智能化實現(xiàn)人們的傻瓜操作”（6）綠色化：各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，隨著各種政策法規(guī)的出臺，對無污染的綠色電源裝置的呼聲越來越高。UPS除加裝高效輸入濾波器外，還應(yīng)在電網(wǎng)輸入端采用功率因數(shù)校正技術(shù)，這樣既可消除本身由于整流濾波電路產(chǎn)生的諧波電流，又可補償輸人功率因數(shù)。整流器使用IGBT技術(shù)，可將輸入功率因數(shù)提高到接近于一，對電網(wǎng)的污染已降到了近似阻性負(fù)載的水平。另外，高頻脈寬調(diào)制技術(shù)、多脈沖整流技術(shù)、電磁屏蔽和濾波技術(shù)、廣義的軟開關(guān)技術(shù)、串并聯(lián)補償技術(shù)等技術(shù)也是實現(xiàn)UPS綠色化的有效途徑。（7）經(jīng)濟(jì)化：低成本高性能的高頻機也將在一段時間之后成為市場的主流機型。該種機型UPS是在上述未來主流機型基礎(chǔ)上省去了輸出隔離變壓器，大大節(jié)省了成本，大約為上述機型的60%，極具市場競爭力。缺點是目前該種技術(shù)不夠成熟，可靠性較低。但是，隨著技術(shù)水平的提高，可靠性將會大大增強，相信不久的將來，該種機型將成為未來UPS的新型主流機型。3如何選配UPS一臺UPS至少可以使用3年以上。用戶在挑選UPS電源時，應(yīng)根據(jù)自己的要求來確定挑選標(biāo)準(zhǔn)，選擇最適合自己身業(yè)務(wù)需求的UPS，而不是最便宜或最高檔的。（1）使用者對UPS的各項指標(biāo)應(yīng)有一個全面清晰的了解，這是正確合理選配UPS的必要條件。UPS（確實）是一種含有儲能裝置（蓄電池）和控制電路，以逆變器為主要組成部分的恒壓裝置。它的主要作用是當(dāng)用電設(shè)備遇到外部供電系統(tǒng)發(fā)生中斷或超出要求范圍時，能不問斷地為用電設(shè)備提供穩(wěn)定、干凈、高品質(zhì)的電源環(huán)境。（目前按其設(shè)計原理與工作方式可分離線式、在線式和在線互動式三種，）用戶應(yīng)充分了解各類UPS的技術(shù)參數(shù)、電氣性能和適用范圍，并根據(jù)自身負(fù)載的特點合理選配UPS。（2）在關(guān)注性能價格比的同時，首先要關(guān)注UPS的輸出能力和可靠性、UPS對電網(wǎng)的適應(yīng)能力、UPS的常規(guī)輸出性能指標(biāo)，特別要注意所采購UPS是否能夠達(dá)到國家已經(jīng)出臺的UPS生產(chǎn)制造規(guī)范。（3）因為電池的采購要占UPS采購成本不小的一部分，電池的運行狀況、使用壽命直接影響到UPS功能的發(fā)揮，所以要選購具有電池智能化管理技術(shù)的UPS。(4)要選購具有功率因素校正技術(shù)、電流諧波抑制技術(shù)、電磁兼容設(shè)計技術(shù)、靜音設(shè)計技術(shù)的UPS。(5)盡量選用知名企業(yè)的名牌UPS產(chǎn)品。因為