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發(fā)布日期:2022-04-26 點(diǎn)擊率:104
UPS的分類方法有很多,從儲能方式可以大致分為動態(tài)UPS和靜態(tài)UPS,動態(tài)UPS和靜態(tài)UPS又可以細(xì)分為后備式,在線互動式,在線雙轉(zhuǎn)換式等;從技術(shù)上有工頻高頻之分,高頻機(jī)中又細(xì)分為塔式機(jī)和模塊化。
1.動態(tài)UPS分類
動態(tài)UPS的不間斷供電是通過旋轉(zhuǎn)部件釋放動能,靜態(tài)UPS以蓄電池為儲能工具,動態(tài)UPS的典型代表是飛輪UPS,靜態(tài)UPS目前市場應(yīng)用最多的是雙在線轉(zhuǎn)換式UPS。
動態(tài)飛輪UPS經(jīng)過幾十年的發(fā)展與改進(jìn),在大功率UPS市場有著獨(dú)樹一幟的應(yīng)用。市場上應(yīng)用的飛輪UPS主要有如下幾種。
a).在線雙變換式飛輪UPS(典型代表:Vycon解決方案)
這種結(jié)構(gòu)與在線雙變換式UPS非常相像,區(qū)別在于,使用飛輪代替了電池進(jìn)行儲能,需要搭配傳統(tǒng)UPS進(jìn)行使用,因此應(yīng)用比較局限。
Vycon于2002年成立,專門從事飛輪儲能研發(fā)生產(chǎn)。產(chǎn)品主要應(yīng)用在北美。該飛輪后備時間可以達(dá)到15~90s。
b).旋轉(zhuǎn)在線式飛輪UPS(典型代表:Piller解決方案)
不同于以上的Vycon解決方案,該解決方案替代傳統(tǒng)UPS。
耦合扼流圈主要功能是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換,補(bǔ)償和濾波。
核心部件是M/G電動-發(fā)電機(jī)(UNIBLOCK?),市電正常時作為電動機(jī)帶動飛輪(給飛輪充電),市電異常時飛輪放電,作為發(fā)電機(jī),完全是機(jī)械式取代電力電子變換,沒有電力電子變換的精確控制,電網(wǎng)適應(yīng)性和逆變出的質(zhì)量會變差。
Piller是UPS領(lǐng)域的百年老店,主打產(chǎn)品UNIBLOCK-T,總部在德國。目前產(chǎn)品主要應(yīng)用在歐洲和北美。
c).在線互動式飛輪UPS(典型代表:ActivePower解決方案)
該方案替代傳統(tǒng)UPS+電池方案。
在線互動式是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的方案。工作原理同在線互動式UPS,類似一個有源濾波器,可實(shí)現(xiàn)簡單的濾波和穩(wěn)壓功能,拓?fù)浜唵危瘦^高。但是電網(wǎng)適應(yīng)性和輸出性能指標(biāo)明顯偏差。
2.三種動態(tài)UPS抗電網(wǎng)干擾能力對比
以上是三種比較典型的動態(tài)UPS,下面表格對這三種動態(tài)UPS抗電網(wǎng)干擾能力做一個簡單的對比。
表1:三種動態(tài)UPS抗電網(wǎng)干擾能力對比
通過以上表格可以看出,在線雙變換式飛輪UPS是抗干擾能力最強(qiáng)的,但是這種飛輪UPS必須搭配傳統(tǒng)UPS進(jìn)行使用,應(yīng)用比較局限,目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是在線互動式飛輪UPS。
3.靜態(tài)UPS分類
以上介紹了動態(tài)UPS的一些常見架構(gòu),下面對應(yīng)介紹一些靜態(tài)UPS。不同于動態(tài)UPS,靜態(tài)UPS以電池為儲能工具。從工作原理分類來說,常見的靜態(tài)UPS主要有后備式,在線互動式,Delta變換式以及在線變換式雙四種。
a).后備式UPS
后備式UPS只有在供電異常才啟動逆變器,正常供電時無法對市電電網(wǎng)問題進(jìn)行調(diào)節(jié),供電質(zhì)量相比而言較差,但其效率較高。
該架構(gòu)多用于容量小于3KVA的UPS,結(jié)構(gòu)簡單,一般備電時間在10分鐘左右,通常是方波輸出,主要應(yīng)用場景是PC機(jī)等。
b).在線互動式UPS
在線互動式UPS相比后備式而言,增加了穩(wěn)壓環(huán)節(jié),供給負(fù)載改良過的市電。其成本低,電路比較簡單,但是無法消除輸入失真和干擾。并且切換時有轉(zhuǎn)換時間。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量5KVA的以下的小容量UPS,結(jié)構(gòu)簡單,通常是方波輸出或模擬正弦波輸出。多用于對PC或辦公設(shè)備提供保護(hù)。
c).Delta變換式UPS
Delta變換UPS的核心為Delta變換器和主變換器。
Delta變換器的作用為:
控制輸入電流,是一個高阻正弦波電流源;
控制電流充電;
補(bǔ)償輸入電壓,保證輸出電壓穩(wěn)定不變;
控制調(diào)整輸入功率因數(shù)。
主變換器的作用為:
控制并穩(wěn)定輸出電壓,是一個低內(nèi)阻正弦波電壓源;
給電池充電;
市電掉電時,向負(fù)載供電;
市電正常時,補(bǔ)償負(fù)載電流中的無功和諧波成分。
從Delta變換器和主變換器的作用可以看出,Delta變換式UPS對輸入調(diào)節(jié)能力更強(qiáng),當(dāng)然,結(jié)構(gòu)也比在線互動式復(fù)雜。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量20-200KVA的UPS,輸出為正弦波。
d).在線變雙換式UPS
在線雙變換式UPS可以為負(fù)載提供很完美的保護(hù),可以濾除電網(wǎng)中基本所有的干擾和諧波,缺點(diǎn)是架構(gòu)復(fù)雜,一般成本較高。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量為1-1200KVA的UPS;幾個架構(gòu)對比來說可靠性最高,目前80%UPS均采用該架構(gòu),輸出為標(biāo)準(zhǔn)正弦波,主要對IT負(fù)載或其它行業(yè)重要負(fù)載提供保護(hù)。
UPS工作狀態(tài)有多種,分別為主路模式,靜態(tài)旁路模式,電池模式以及維修旁路模式。在線雙變換式UPS從架構(gòu)來說還分為工頻機(jī)和高頻機(jī),后文將會講到。
4.靜態(tài)UPS抗電網(wǎng)干擾能力對比
下表為以上介紹的四種靜態(tài)UPS架構(gòu)對電網(wǎng)干擾能力的對比。
○:可以抵抗 ╳:可以部分抵抗 △:無法抵抗
表2:靜態(tài)UPS抗電網(wǎng)干擾能力對比
可以看出,在線雙變換式是抗電網(wǎng)干擾能力最強(qiáng)的。
5.動態(tài)與靜態(tài)UPS的對比
以上分別介紹了動態(tài)和靜態(tài)UPS的一些基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),那么動態(tài)和靜態(tài)UPS對比而言又各有什么優(yōu)劣呢?
靜態(tài)UPS與動態(tài)UPS最大的區(qū)別在于其儲能方式,一個是電池儲能,一個是飛輪儲能,下表對比這兩種儲能方式的優(yōu)劣。
表3:蓄電池儲能與飛輪儲能對比
可以看出蓄電池儲能與飛輪儲能各有優(yōu)劣,但是飛輪儲能的后備時間一般僅有15秒,這使得其使用場景受到很大的局限。
以下再對比以下目前主流的靜態(tài)UPS與動態(tài)UPS,分別為在線雙變換式與在線互動式飛輪UPS,其中在線雙變換式以華為UPS5000系列為例,在線互動式飛輪UPS以ActivePower為例。
表4:在線雙變換式與飛輪UPS參數(shù)對比
從以上對比來看,除效率外,其他參數(shù)UPS5000要優(yōu)于ActivePower飛輪UPS,并且在UPS通常工作的低載段(40%)效率并不輸給飛輪UPS。表4:在線雙變換式與飛輪UPS參數(shù)對比
通過以上兩個對比我們可以得出如下結(jié)論:
-與傳統(tǒng)UPS相比,飛輪UPS在節(jié)能、環(huán)保等方面具備一定優(yōu)勢;
-飛輪UPS由于固有的缺陷,應(yīng)用存在一定的局限性:
備電時間短,僅15S,油機(jī)啟動失敗會造成嚴(yán)重停電事故;
價格昂貴,且必須與油機(jī)配合使用,增加了初始投資;
系統(tǒng)復(fù)雜,需要原廠專業(yè)維護(hù),維護(hù)成本高;
電網(wǎng)適應(yīng)性差,輸入輸出性能指標(biāo)都弱于在線雙變換式UPS。
基于上述分析,飛輪UPS僅適用于以下場景:
可接受新技術(shù),綠色環(huán)保型供電系統(tǒng);
電網(wǎng)質(zhì)量很好,較少斷電事故,系統(tǒng)可靠性要求不高的場合。
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