高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS將是今后的發(fā)展方向

1   工頻UPS和高頻UPS的一般概念

靜止變換式工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)70年代，毫無疑問在當(dāng)時(shí)屬于尖端技術(shù)，幾十年間也為電力電子技術(shù)領(lǐng)域作出了不朽的貢獻(xiàn)，有口皆碑。一般說任何技術(shù)的先進(jìn)性是相對而言，任何先進(jìn)的產(chǎn)品也有其一定的適用期。隨著IT技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，工頻機(jī)UPS組件暴露出它的缺點(diǎn)，比如體積大、重量大、功耗大和輸入功率因數(shù)低等不利因素大大影響了數(shù)據(jù)中心的可靠性。在歷史發(fā)展中總是遵循這樣一個(gè)規(guī)律:每當(dāng)一種技術(shù)阻礙生產(chǎn)力發(fā)展時(shí)，就會(huì)有一種新的技術(shù)將其代替。

2   高頻UPS與工頻UPS相比所具有的優(yōu)點(diǎn)

(1) 輸入功率因數(shù)高

工頻機(jī)UPS一般在200kVA以下的輸入電路都采用了晶閘管6脈沖整流，輸入功率因數(shù)不超過0.8，諧波電流有30%之大。如果前面接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的容量至少要3倍于UPS的容量；如果是單相小功率UPS，發(fā)電機(jī)的容量至少要5倍于UPS的容量。

任何容量的高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)都可做到0.99以上,諧波電流小于5%,前置發(fā)電機(jī)的容量理論上和UPS功率相同,大大減少了投資和占地面積等。尤其是對市電的充分利用具有良好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

(2) 本身功耗小

若要求工頻機(jī)輸入功率因數(shù)為0.95以上時(shí),必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流,如圖1所示。使得工頻機(jī)UPS的效率比高頻機(jī)UPS低5%。同為100kVA的容量時(shí),工頻機(jī)UPS每年要比高頻機(jī)UPS多消耗5萬度電!

               圖1  高輸入功率因數(shù)下的工頻機(jī)UPS和高頻機(jī)UPS結(jié)構(gòu)方框圖

(3) 對外干擾小

工頻機(jī)UPS產(chǎn)生電噪聲和機(jī)械噪聲。電噪聲影響機(jī)器的穩(wěn)定度,機(jī)械噪聲影響人的身心健康,降低工作效率。而高頻機(jī)UPS工作在20kHz以上,20kHz是人耳聽不到的頻率,使工作環(huán)境安靜下來。又由于高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)高達(dá)0.99以上,對外干擾幾乎為零。

(4) 體積小、重量輕

工頻機(jī)UPS由于有了輸出變壓器和適應(yīng)50Hz的電感電容等低頻器件使得體積、重量都很大。比如某品牌200kVA工頻機(jī)UPS重1 380kg,而同一廠家的250kVA高頻機(jī)UPS重量只有830kg。

(5) 全數(shù)字技術(shù)

工頻機(jī)UPS當(dāng)初采用的是模擬技術(shù),現(xiàn)在一般發(fā)展為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機(jī)UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù),可靠性是很高的。

(6) 對電網(wǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)

工頻機(jī)UPS對于適應(yīng)輸入電壓±15%的變化已很不易;而高頻機(jī)UPS甚至適應(yīng)輸入電壓±30%以上的變化,這又大大延長了電池的壽命。

(7) 能將并機(jī)環(huán)流衰減到幾乎為零

工頻機(jī)UPS的并聯(lián)是變壓器的直接并聯(lián),而變壓器的直接并聯(lián)最容易產(chǎn)生環(huán)流,而且這個(gè)環(huán)流的路徑暢通無阻,如圖2(a)所示;高頻機(jī)UPS由于沒有輸出變壓器,其并聯(lián)如圖2(b)所示,可以看出這里的環(huán)流路徑上處處是障礙,小于2V的電壓差根本形不成環(huán)流,而工頻機(jī)UPS在此情況下就會(huì)形成很大的環(huán)流。

總之,高頻機(jī)UPS在性能上不但能完全替代工頻機(jī)UPS,而且還具備后者沒有的優(yōu)點(diǎn)。

                                                  圖2 兩種UPS并聯(lián)方框圖

工頻機(jī)UPS的推銷者為了延緩銷售壽命,在其他性能指標(biāo)上無法與高頻機(jī)UPS抗衡,就把希望寄托在輸出變壓器上,因?yàn)楦哳l機(jī)UPS沒有這個(gè)變壓器,再加之一些用戶缺乏技術(shù)概念,于是就賦予了變壓器很多功能。比如這個(gè)變壓器可以抗干擾、可以緩沖負(fù)載浪涌電流、可以隔直流、可以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的沖擊和變化等等。

工頻機(jī)UPS輸出變壓器的基本功能就是變壓和產(chǎn)生隔離接地點(diǎn),其他功能只是想像中的一種美好愿望。

3   高頻UPS與工頻UPS的現(xiàn)狀

因?yàn)楦哳l機(jī)UPS對技術(shù)與工藝以及生產(chǎn)手段的要求非常嚴(yán)格,一般也不容易仿制,20kHz以上的高頻機(jī)UPS容量都小于100kVA,只有少數(shù)制造廠的技術(shù)真正過關(guān),并且已顯示出強(qiáng)大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20kHz,但可以采用高頻機(jī)結(jié)構(gòu),比如用IGBT高頻整流(相對于50Hz而言),頻率一般在15kHz以下,多數(shù)廠家已可做到200kVA,但也有佼佼者,比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA,伊頓9395也可做到15kHz/1200kVA,并已成為美國的軍方指定產(chǎn)品。這說明高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)早已成熟。在我國軍方和金融等重要部門也紛紛采用,并收到了良好的效果。

當(dāng)然工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在這種情況下的日子會(huì)越來越艱難,好在是還有那么一批廠家的高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS沒有過關(guān),還得主推工頻機(jī)UPS,作為市場手段多說一些當(dāng)前用工頻機(jī)UPS更合適之類的語言,多說一些工頻機(jī)的好處和多找一些高頻機(jī)的缺點(diǎn)均屬正常現(xiàn)象,這可以理解,也可能是認(rèn)識問題。但不要認(rèn)為工頻機(jī)UPS技術(shù)永遠(yuǎn)不落后。從科學(xué)發(fā)展觀來說,以后一段時(shí)間內(nèi)無疑是高頻機(jī)UPS的市場。不可否認(rèn),高頻機(jī)UPS同樣也有退出歷史舞臺(tái)的一天,當(dāng)然那是后話。

4   結(jié)束語

現(xiàn)在有一種說法:高頻機(jī)UPS和工頻機(jī)UPS是兩個(gè)發(fā)展方向。這就使人糊涂了:難道效率低的產(chǎn)品也是發(fā)展方向?難道節(jié)能減排還允許其產(chǎn)品反向發(fā)展?難道耗費(fèi)資源和笨重的產(chǎn)品也是發(fā)展方向?

總之,這種觀點(diǎn)不外乎說:高頻機(jī)UPS與工頻機(jī)UPS并存;節(jié)能減排與浪費(fèi)能量和資源并存;先進(jìn)與落后并存…所謂技術(shù)上的并存應(yīng)該是不可替代的,比如自行車雖然比汽車跑得慢,但它們在一定程度上是互相不可替代的;而這里的UPS技術(shù)卻是可以完全替代的啊。這就像汽車2型可以替代1型,3型可以替代2型一樣順理成章�！�