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發布日期:2022-04-26 點擊率:110
UPS的分類方法有很多,從儲能方式可以大致分為動態UPS和靜態UPS,動態UPS和靜態UPS又可以細分為后備式,在線互動式,在線雙轉換式等;從技術上有工頻高頻之分,高頻機中又細分為塔式機和模塊化。
1.動態UPS分類
動態UPS的不間斷供電是通過旋轉部件釋放動能,靜態UPS以蓄電池為儲能工具,動態UPS的典型代表是飛輪UPS,靜態UPS目前市場應用最多的是雙在線轉換式UPS。
動態飛輪UPS經過幾十年的發展與改進,在大功率UPS市場有著獨樹一幟的應用。市場上應用的飛輪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)
這種結構與在線雙變換式UPS非常相像,區別在于,使用飛輪代替了電池進行儲能,需要搭配傳統UPS進行使用,因此應用比較局限。
Vycon于2002年成立,專門從事飛輪儲能研發生產。產品主要應用在北美。該飛輪后備時間可以達到15~90s。
b).旋轉在線式飛輪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UPS。
耦合扼流圈主要功能是實現電能轉換,補償和濾波。
核心部件是M/G電動-發電機(UNIBLOCK?),市電正常時作為電動機帶動飛輪(給飛輪充電),市電異常時飛輪放電,作為發電機,完全是機械式取代電力電子變換,沒有電力電子變換的精確控制,電網適應性和逆變出的質量會變差。
Piller是UPS領域的百年老店,主打產品UNIBLOCK-T,總部在德國。目前產品主要應用在歐洲和北美。
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UPS+電池方案。
在線互動式是目前國內應用最多的方案。工作原理同在線互動式UPS,類似一個有源濾波器,可實現簡單的濾波和穩壓功能,拓撲簡單,效率較高。但是電網適應性和輸出性能指標明顯偏差。
2.三種動態UPS抗電網干擾能力對比
以上是三種比較典型的動態UPS,下面表格對這三種動態UPS抗電網干擾能力做一個簡單的對比。
表1:三種動態UPS抗電網干擾能力對比
通過以上表格可以看出,在線雙變換式飛輪UPS是抗干擾能力最強的,但是這種飛輪UPS必須搭配傳統UPS進行使用,應用比較局限,目前國內應用最多的是在線互動式飛輪UPS。
3.靜態UPS分類
以上介紹了動態UPS的一些常見架構,下面對應介紹一些靜態UPS。不同于動態UPS,靜態UPS以電池為儲能工具。從工作原理分類來說,常見的靜態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問題進行調節,供電質量相比而言較差,但其效率較高。
該架構多用于容量小于3KVA的UPS,結構簡單,一般備電時間在10分鐘左右,通常是方波輸出,主要應用場景是PC機等。
b).在線互動式UPS
在線互動式UPS相比后備式而言,增加了穩壓環節,供給負載改良過的市電。其成本低,電路比較簡單,但是無法消除輸入失真和干擾。并且切換時有轉換時間。該架構應用于功率容量5KVA的以下的小容量UPS,結構簡單,通常是方波輸出或模擬正弦波輸出。多用于對PC或辦公設備提供保護。
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;
補償輸入電壓,保證輸出電壓穩定不變;
控制調整輸入功率因數。
主變換器的作用為:
控制并穩定輸出電壓,是一個低內阻正弦波電壓源;
給電池充電;
市電掉電時,向負載供電;
市電正常時,補償負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對輸入調節能力更強,當然,結構也比在線互動式復雜。該架構應用于功率容量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可以為負載提供很完美的保護,可以濾除電網中基本所有的干擾和諧波,缺點是架構復雜,一般成本較高。該架構應用于功率容量為1-1200KVA的UPS;幾個架構對比來說可靠性最高,目前80%UPS均采用該架構,輸出為標準正弦波,主要對IT負載或其它行業重要負載提供保護。
UPS工作狀態有多種,分別為主路模式,靜態旁路模式,電池模式以及維修旁路模式。在線雙變換式UPS從架構來說還分為工頻機和高頻機,后文將會講到。
4.靜態UPS抗電網干擾能力對比
下表為以上介紹的四種靜態UPS架構對電網干擾能力的對比。
○:可以抵抗 ╳:可以部分抵抗 △:無法抵抗
表2:靜態UPS抗電網干擾能力對比
可以看出,在線雙變換式是抗電網干擾能力最強的。
5.動態與靜態UPS的對比
以上分別介紹了動態和靜態UPS的一些基本拓撲結構,那么動態和靜態UPS對比而言又各有什么優劣呢?
靜態UPS與動態UPS最大的區別在于其儲能方式,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UPS與動態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參數對比
從以上對比來看,除效率外,其他參數UPS5000要優于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參數對比
通過以上兩個對比我們可以得出如下結論:
-與傳統UPS相比,飛輪UPS在節能、環保等方面具備一定優勢;
-飛輪UPS由于固有的缺陷,應用存在一定的局限性:
備電時間短,僅15S,油機啟動失敗會造成嚴重停電事故;
價格昂貴,且必須與油機配合使用,增加了初始投資;
系統復雜,需要原廠專業維護,維護成本高;
電網適應性差,輸入輸出性能指標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,綠色環保型供電系統;
電網質量很好,較少斷電事故,系統可靠性要求不高的場合。
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