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不同類型的UPS電源供電系統(tǒng)為互聯(lián)網(wǎng)提供不同級別的保護

2019-08-19 09:11:28  3120 次瀏覽

不同類型的UPS電源供電系統(tǒng)為互聯(lián)網(wǎng)提供不同級別的保護,在線式UPS山特允許的大頻率偏移在8%以內(nèi),并且可根據(jù)用戶要求預(yù)先設(shè)置,此值預(yù)置太小時,會造成UPS電源頻繁地轉(zhuǎn)電池逆變工作,甚至完全破壞UPS與油機的匹配,致使系統(tǒng)根本無法工作。況且,在油機的輸出電壓頻率變化時其輸出電壓的幅值也會伴隨著變化,即便UPS電源的頻率能力允許油機有較大的頻率變化范圍,但在油機頻率變化的同時其輸出電壓幅度變化很可能已經(jīng)超出UPS電源允許的輸入電壓變化范圍,同樣會轉(zhuǎn)電池逆變工作狀態(tài)。UPS內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的可靠性和功能性起著決定作用,UPS電源拓撲結(jié)構(gòu):離線式UPS或后備式電源(SPS)離線式拓撲結(jié)構(gòu)是簡單的一種UPS結(jié)構(gòu),正常運行情況下,交流市電直接流經(jīng)UPS直至重要負載。充電器或“4象限變流器”將交流電轉(zhuǎn)換為直流電向電池充電。逆變器用于將電池提供的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,當市電故障時為負載供電。逆變器通常運行于待機模式,保持對電池充電。如果市電超過規(guī)定范圍,逆變器通過電池向負載供電。該拓撲結(jié)構(gòu)被稱為“單變換”,因為在任何時候,電源只能轉(zhuǎn)換一次(交流轉(zhuǎn)換為直流或直流轉(zhuǎn)換為交流)。正常運行情況下,少量交流電轉(zhuǎn)換為直流電,保持對電池供電。輸入市電電超出規(guī)定范圍時,UPS檢測到電源故障,切換繼電器動作,輸出逆變器啟動逆變器將電池提供的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,向負載供電。

離線式UPS價格非常低廉,僅適合于家用或為向只需要實施斷電保護應(yīng)用的單臺計算機工作站供電的情形。有時離線式產(chǎn)品內(nèi)置浪涌抑制和/或“降壓和升壓”電路,補償較高或較低的輸入電壓,但不嘗試提供任何有效的輸入電源調(diào)節(jié)。離線式UPS在設(shè)計簡單性方面得分較高,而在其它測量方面則稍有欠缺。離線式UPS一般應(yīng)用于單相非重要負載。尤其是不兼容發(fā)電機等不足,使其不適用于三相應(yīng)用。

一、UPS拓撲結(jié)構(gòu):互動式UPS電源

互動式UPS拓撲結(jié)構(gòu),如圖2所示。該結(jié)構(gòu)與離線式UPS產(chǎn)品類似,不同之處是在市電電源和負載之間按照串聯(lián)的結(jié)構(gòu)加入變壓器了或電感器。該電感器使UPS逆變器可以與輸入電源“交互”,并對連接至負載的輸出電源進行調(diào)節(jié)。也就是說在輸入電壓較高和較低狀況下,“降壓和升壓”電路能夠進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

四象限變換器一般為恒壓設(shè)備。負載或輸入電壓變化時,四象限變換器通過調(diào)整輸出相位角,作出相應(yīng)的改變。負載頻繁的發(fā)生變化,將導(dǎo)致電池放電,電池的頻繁放電將大大縮短其使用壽命。互動式UPS產(chǎn)品的另一個不足之處在于,如果不采用電池供電,將無法完全使重要負載與輸入電源間實現(xiàn)隔離。頻率出現(xiàn)微擾和電源質(zhì)量較差,將直接影響到重要負載。若不實施電氣隔離,共模噪聲也將直接影響到負載的正常工作。

互動式UPS產(chǎn)品的另一個不足之處在于,如果不采用電池供電,將無法完全使重要負載與輸入電源間實現(xiàn)隔離。頻率出現(xiàn)微擾和電源質(zhì)量較差,將直接影響到重要負載。若不實施電氣隔離,共模噪聲也將直接影響到負載的正常工作。與離線式UPS相同,互動式UPS產(chǎn)品價格可能較低,而效率高,原因是,它僅在輸入電源異常時向重要負載供電,且僅在電池工作期間運作。與離線式UPS相比,互動式UPS設(shè)備由于其串聯(lián)電感器以及電源調(diào)節(jié)功能,在效率方面有所損耗。另外,當UPS轉(zhuǎn)換為電池供電時,通常至少會出現(xiàn)一點(但可測)電壓跌落。

發(fā)電機兼容性

離線式UPS和互動式UPS產(chǎn)品需要輸入電源的頻率和相位非常穩(wěn)定。電源頻率必須穩(wěn)定,是因為逆變器必須電源頻率,以校準電壓和電流,這樣系統(tǒng)輸出頻率才能與輸入頻率相同,除非UPS通過電池運行。比較典型的運行問題是當啟動發(fā)電機上的其它負載時,發(fā)電機的輸出頻率將發(fā)生很大變化,從而導(dǎo)致離線式UPS或互動式UPS通過電池放電。該問題在天然氣發(fā)電機組上尤為明顯。電池反復(fù)充放電,很可能導(dǎo)致電池的過放電,將大大縮短電池壽命。另一個潛在問題是UPS負載加載時,發(fā)電機輸出會不穩(wěn)定,也就是說UPS負載的突加,會導(dǎo)致發(fā)電機電壓和頻率跌落,從而導(dǎo)致UPS進入電池放電的運行狀態(tài)。當發(fā)電機輸出穩(wěn)定后,UPS恢復(fù)到正常狀態(tài),如果發(fā)電機輸出電壓再次下降時,UPS將再次進入電池放電狀態(tài)。對于雙變換UPS則不會出現(xiàn)上述問題。雙變換UPS調(diào)整輸入電源,而且可以容許電源頻率出現(xiàn)較大變化,同時繼續(xù)提供穩(wěn)定的輸出頻率,而無需使用電池供電。而且,雙變換UPS主要制造商已經(jīng)開發(fā)出減少輸出電流畸變的技術(shù),大大地提高UPS與發(fā)電機的兼容性,使負載規(guī)格選擇更為準確。雙變換UPS容量與發(fā)電機的容量配比可以達到1.25~1.5:1,不會發(fā)生運行問題。

二、UPS拓撲結(jié)構(gòu):具有功率因數(shù)校正功能的在線性互動式結(jié)構(gòu)(包括“Delta變換式”產(chǎn)品)

近年來,有幾家公司推出了具有功率因數(shù)校正功能的在線互動式三相UPS產(chǎn)品。與離線式產(chǎn)品和一般的互動式產(chǎn)品相比,這些產(chǎn)品改善了電源的調(diào)控性能,提高了輸出的電源質(zhì)量。但同時也產(chǎn)生了一些不利因素,如有源功率調(diào)節(jié)會使效率降低。實際上,在帶非線性負載(一般為計算機負載)時,其效率一般都低于雙變換UPS產(chǎn)品。并且這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性相對于雙變換UPS而言往往是有過之而無不及。及為容易誤導(dǎo)用戶的是,該種類型的在線互動式產(chǎn)品甚至被標榜為“在線式”產(chǎn)品,因為其逆變器始終“運行”,提供電壓調(diào)節(jié)或輸入功率因數(shù)校正。

傳統(tǒng)意義上,這些產(chǎn)品應(yīng)被稱為互式動UPS,即串聯(lián)變壓器和輸出逆變器與輸入市電進行互動,從而調(diào)整輸出電壓。有些產(chǎn)品具有小型的輸入逆變器/充電器(有時又稱為“delta”逆變器),用以調(diào)整輸入電壓。小型逆變器一般與直流總線連接,直流總線為輸出(主)逆變器提供電能轉(zhuǎn)換的通道,輸出逆變器會對輸入功率因數(shù)進行校正,斷電時將電池的能量逆變輸出提供負載供電保護。正常模式下(標準輸入電源波形,UPS負載為線性負載),輸入隔離開關(guān)、市電輸入靜態(tài)開關(guān)和輸出隔離開關(guān)為閉合,市電直接向負載輸出供電。輸入逆變器用作充電器,對電池系統(tǒng)進行浮充充電。在上述理想(非現(xiàn)實)狀態(tài)下,主逆變器是不工作的。當UPS輸入電壓出現(xiàn)過異常情況時,delta變換器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓,通過降壓/升壓變壓器與輸入電壓相疊加(相加或相減),從而調(diào)整輸出電壓,保證其輸出的穩(wěn)定。這種調(diào)控原理與當前市面上的某些電子電壓調(diào)節(jié)器類似。當輸入電壓超出可調(diào)控范圍時,主逆變器開始工作,將電池提供的直流電逆變輸出,提供滿幅輸出電源,這時須將市電輸入靜態(tài)開關(guān)斷開,防止電源向輸入側(cè)反灌,其作用與離線式UPS類似。若在線互動式UPS使用整流式市電輸入靜態(tài)開關(guān),當輸入電源出現(xiàn)故障時,就極容易受到故障的影響,因為它們無法快速關(guān)閉,導(dǎo)致逆變器向出現(xiàn)故障的輸入電源端反向供電,然后關(guān)閉。在線互動式UPS電源(或Delta變換式)還可提供負載諧波電流和輸入功率因數(shù)校正。主逆變器產(chǎn)生所需的補償電流-包括諧波電流和基波電流兩種。逆變器只要一運行,無論是用于電壓校正逆變器/充電器(Delta變換器),還是對諧波電流和功率因數(shù)進行校正的主逆變器,都會發(fā)生額外損耗,大大降低設(shè)備效率,因此其實際效率是遠低于其標榜的效率的。

三、UPS電源拓撲結(jié)構(gòu):雙變換在線式UPS

真正的在線式或雙變換UPS產(chǎn)品(如圖4所示)是極受歡迎的UPS拓撲結(jié)構(gòu)。整流器將輸入交流電轉(zhuǎn)換為直流電,向UPS的內(nèi)部直流總線供電,輸出逆變器將直流變換為交流,輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電,向重要負載供電。正常運行期間,與直流總線連接的電池采用浮充充電。輸入電源超出規(guī)定范圍時,電池向逆變器和重要負載供電。

雙變換在線式UPS配置優(yōu)點如下:

(1)重要負載與輸入交流電完全隔離。

(2)重要負載始終由輸出逆變器供電,而輸出逆變器始終由內(nèi)部直流總線供電。當輸入電源故障時,輸出電壓不會出現(xiàn)切換跌落,因為逆變器一直是通過直流輸入運行。輸入市電的電壓和頻率可能會變化,但雙變換UPS不會因此受到影響,因為整流器僅會向直流總線提供直流電。例如,UL33系列UPS可長時間運行,甚至當電池輸入電壓比其標稱電壓低15%時,可再次向電池充電。它可在電壓比標稱電壓低20%的情況下繼續(xù)運行,無須釋放電池電量。同樣,如果輸入頻率低于或超出規(guī)定范圍,整流器將繼續(xù)提供直流電,而輸出逆變器則繼續(xù)輸出50Hz電源,而不使用電池供電。

(3)輸出逆變器通常配備有可以提供另外一根中性線的隔離變壓器。UPS從而可以實現(xiàn)電氣絕緣,并為負載提供共模噪聲保護。

(4)雙變換UPS內(nèi)置雙輸入接線結(jié)構(gòu),即分別具有整流器輸入和旁路電路輸入接線端子。用戶可能會為安裝的方便而選擇單輸入型UPS,但雙輸入UPS產(chǎn)品容錯性更高。

(5)真正的雙變換UPS可用于雙總線電源系統(tǒng),在所有運行模式下,該系統(tǒng)內(nèi)的雙變換UPS與指定的參考源同步:市電、電池或備用發(fā)電機運行模式。

(6)輸入電源線出現(xiàn)故障,將導(dǎo)致UPS進入電池供電模式,此時UPS整流器將防止電流由直流總線向前級的輸入端反灌。

四、結(jié)論

所有UPS拓撲結(jié)構(gòu)都能提供斷電保護,在當前的電源保護行業(yè)發(fā)揮著一定的作用:

(1)離線式UPS是一個操作簡便、費用較低的斷電保護解決方案。僅適用于單相工作計算機應(yīng)用。

(2)互動式UPS性能較之離線式有很大提高,但仍然無法完全消除所有市電和油機帶來的故障和干擾,可以為小型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供一定的電源調(diào)節(jié)。可適用于單相計算機和非重要服務(wù)器應(yīng)用。

(3)具有功率因數(shù)校正功能的在線互式UPS為小型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供較好的電源調(diào)節(jié)。適用于單相工作站和非重要服務(wù)器應(yīng)用。不適用于工廠內(nèi)的三相應(yīng)用。

(4)雙變換UPS性能優(yōu)佳,提供所有電源故障保護。建議用于所有重要的單相及三相應(yīng)用,高可用性和全天候不間斷運行應(yīng)用。

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