交流不间断电源(UPS)是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源。随着现代信息技术的高速发展,它的重要性越来越明显,尤其是在电信、银行、金融以及国防等对电网的可靠性要求极高的行业更为突出。按照UPS的系统性能,标准IEC62040-3和欧洲等效标准ENV50091-3定义了三种UPS:备用UPS、线路交互UPS、双变换UPS。备用UPS仅在市电供电发生故障时才为负载提供电源,平时一直处于待输出状态。该种机型一般容量很小,各项性能指标都很不理想,但是成本很低,可以满足一般对电源性能要求不是很高的客户需要。
线路交互UPS也称为在线互动式UPS。在市电的各项性能指标均能满足要求时,优先市电供电,一旦市电出现异常,立即转为UPS供电,以此达到确保供电质量的目的。线路交互UPS成本较低,性能上较后备机优越,为部分对电源性能有一定要求的客户所欢迎。
但是,对于多数对电源质量要求极高的客户,双变换UPS(也叫在线式UPS)可以提供比前两种UPS更高的性能。传统的双变换UPS已有30多年的历史,其技术成熟、性能完善,主要的技术指标已经达到了很高的水平。但是由于系统采用UPS与市电串连的结构,因此存在一些固有的缺点。由于传统的双变换UPS输入端一般采用晶闸管相控整流器,输入谐波电流较大,对市电电源污染严重。近年来,随着大功率UPS和其他非线性负载设备的增加,谐波问题日益突出,已经成为人们非常关注的问题之一。为此,本文将重点阐述采用双变换结构、容量在30kVA以上的大容量UPS,分析其市场上的主流机型、该机型的发展方向以及其将采用的部分热点技术。
双变换UPS
双变换UPS输入采用晶闸管相控整流,输出配备隔离变压器。该类UPS是当前市场的主流机型,目前市场上各大型通讯局站均配备该种机型。该系统由整流器/充电器、逆变器、蓄电池和静态开关等组成。正常的情况下,市电电源经整流器/充电器变换为直流电,供给逆变器同时给蓄电池充电。逆变器将直流电变换为交流电给负载供电。当市电出现故障时,逆变器由蓄电池供电继续运行,为负载提供电源。当整流器/充电器、逆变器、蓄电池中任何部件故障、负载故障或过载时,由静态开关将负载转换至市电,由市电应急供电,这称为旁路方式。
该种机型UPS采用晶闸管相控整流,具有成本低、效率高的特点。另外,输出采用隔离变压器隔离输出,保证了系统的安全可靠。在这种UPS中,市电电源经过了整流/逆变两次电力变换,使负载设备与市电电源完全隔离。实际上,UPS接收市电电源进行变换和调节,再生了全新的连续的高质量交流电源,其输出指标如电压和频率稳定度(静态和动态)、波形失真度等都达到了很高的水平。由于逆变器在市电正常和故障时均连续为负载供电,从市电供电向蓄电池供电的转换过程中不产生中断。
双变换UPS中的静态开关是非常重要的部件,因为许多逆变器特别是PWN逆变器的过载能力较差,一般不能承受较大的负载设备的启动电流和负载短路电流。在这种情况下,逆变器将进入限流状态,故一般不能启动较大的负载设备或在输出短路时不能熔断输出熔断器以排除故障。当UPS输出电流大于一定值时,静态开关将负载转换市电电源,利用市电启动负载或排除故障。
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