高頻機(jī)型UPS“電池壽命縮短”論的誤區(qū)

在某次會(huì)議后，某先生在介紹會(huì)議內(nèi)容時(shí)說(shuō)：會(huì)上由某君提出一個(gè)對(duì)高頻機(jī)型UPS自以為是重磅炸彈的新問(wèn)題來(lái)說(shuō)明高頻機(jī)型UPS的“致命弱點(diǎn)”。這個(gè)問(wèn)題的提出的確令參會(huì)者一時(shí)摸不到頭腦。本人聽(tīng)了后也不覺(jué)黯然：在這個(gè)時(shí)代，在這個(gè)深入討論技術(shù)的高水平會(huì)議上，竟有人提出這樣的低層次問(wèn)題怎不令人吃驚!為了以正視聽(tīng)和與某君商榷一點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題，的確需要從頭說(shuō)起。

一、UPS的出現(xiàn)與責(zé)任

UPS已有近50年的歷史，高頻機(jī)型UPS也有10年以上的歷史。作為計(jì)算機(jī)孿生兄弟的 UPS從出生的那天起就負(fù)起了保護(hù)數(shù)據(jù)的責(zé)任。早期的計(jì)算機(jī)輸入系統(tǒng)并不像現(xiàn)在這樣方便，其輸入的數(shù)據(jù)必須首先轉(zhuǎn)換成0和1的2進(jìn)制布爾代數(shù)形式。比如1 就用01表示，3就用11表示等，然后將這些數(shù)字在紙帶上穿孔，如圖1所示的樣子，一般在紙帶上沿寬度方向有8個(gè)穿孔位置，在這個(gè)位置上有孔就是1，無(wú)孔就是0。紙帶在穿孔機(jī)上打完孔以后就送到光電機(jī)向計(jì)算機(jī)內(nèi)輸入，打過(guò)孔的的紙帶在燈光的照射下移動(dòng)，有孔的地方透光，就被對(duì)面的光電管接收，就是1，無(wú)孔的地方不透光就是0…就這樣非常復(fù)雜地將題目輸入計(jì)算機(jī)。但在計(jì)算過(guò)程中一旦市電故障，整個(gè)計(jì)算就完全變成空白，下一次市電恢復(fù)后，整個(gè)光電輸入過(guò)程還得重新來(lái)過(guò)，相當(dāng)麻煩!于是就有人就提出，如果在市電斷電時(shí)給計(jì)算機(jī)一個(gè)信號(hào)，然后再供5s的電，讓計(jì)算機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算結(jié)果保存起來(lái)，等下一次市電恢復(fù)后再接著上次的結(jié)果運(yùn)算下去。于是第一代UPS就肩負(fù)著這個(gè)保護(hù)數(shù)據(jù)的、不間斷供電的使命問(wèn)世了。

第一代UPS是個(gè)什么樣子呢？比如我國(guó)1967年隨1900計(jì)算機(jī)進(jìn)口的20kVAUPS就是在一臺(tái)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的同軸上安裝了一個(gè)5T重的大飛輪，當(dāng)市電斷電后借助于飛輪的慣性帶動(dòng)同軸上的發(fā)電機(jī)再維持5s的供電時(shí)間。以后又發(fā)展到將市電整流后給蓄電池組充電和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)同軸的交流發(fā)電機(jī)，這樣一來(lái)不間斷供電的時(shí)間就可以延長(zhǎng)了，這也是電池組首次進(jìn)入U(xiǎn)PS作為不間斷能源。到了上個(gè)世紀(jì)70年代，半導(dǎo)體得到了發(fā)展，可控硅的出現(xiàn)就將原來(lái)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS發(fā)展成靜止變換式電路，但電池組仍作為不間斷能源被保留下來(lái)。于是UPS開(kāi)始朝著兩個(gè)方向發(fā)展：旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS和靜止變換式UPS，目前旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS已有3000kVA的產(chǎn)品，靜止變換式高頻機(jī)型UPS也有了1200kVA的單機(jī)產(chǎn)品。

二、UPS的現(xiàn)狀與發(fā)展

開(kāi)始靜止變換式電路是工頻機(jī)型UPS，而且整流器和逆變器電路都是由可控硅構(gòu)成，并且輸入輸出都有變壓器。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的UPS電路技術(shù)還是全橋電路，并且輸出端的電壓是交流電，即輸出線(xiàn)都是火線(xiàn)，無(wú)法滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)廠(chǎng)家要求的UPS輸出零線(xiàn)接地的愿望，所以只好加裝輸出隔離變壓器，這不但可以實(shí)現(xiàn)輸出接地的要求，也給逆變器前面的蓄電池靈活配置帶來(lái)了方便。但這樣一來(lái)也增大了UPS的重量、體積和功耗。隨著電子元器件和IT技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心開(kāi)始紛紛建立，這些中心的機(jī)房開(kāi)始成為用電大戶(hù)。工頻機(jī)型UPS的另一個(gè)弱點(diǎn)暴露出來(lái)了，那就是輸入功率因數(shù)低。這主要是由于輸入電路采用的可控硅所致，由于可控硅整流濾波輸入電路(俗稱(chēng)6脈沖)對(duì)電網(wǎng)電壓的破壞作用使其輸入功率因數(shù)只有0.8。換言之，如果UPS是300kVA的容量，只能有效利用市電240kW的有功功率，而有 180kvar的無(wú)功功率占用了電網(wǎng)的線(xiàn)路，不僅如此，還對(duì)外形成干擾。如果前面加配發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)的容量至少為UPS的3倍，即至少900kVA，這就給用戶(hù)帶來(lái)了很大的負(fù)擔(dān)。為此必須提高UPS的輸入功率因數(shù)，其方法是前面要配置有源濾波器或把6脈沖整流升為12脈沖整流，最好再加11次諧波濾波器，這樣一來(lái)又增大了UPS的負(fù)擔(dān)。比如某6脈沖整流的300kVA容量UPS升為12脈沖整流再加11次諧波濾波器后，就增加了600kg，重量從原來(lái)的1.6噸增加到2.2噸，這又是一筆不小的花費(fèi)。

電子元器件的發(fā)展又為UPS的更新?lián)Q代打開(kāi)了通道，目前某輸入功率因數(shù)為0.99以上的300kVA高頻機(jī)型UPS的重量才0.8噸左右，而且效率也比前者提高了近5個(gè)百分點(diǎn)。順利地解決了上述的困難，給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)了福音。這就是工頻機(jī)型UPS的換代產(chǎn)品。

三、兩種機(jī)型的爭(zhēng)論

我國(guó)有句諺語(yǔ)，叫做“舊的不去新的不來(lái)”。這里的問(wèn)題是新的來(lái)了舊的還沒(méi)有去。究其原因不外乎是舊的不愿意去。既然不愿去就得說(shuō)出不愿去的理由，最好的辦法就是以攻為守，指責(zé)高頻機(jī)型UPS的不足。當(dāng)然那種指責(zé)高頻機(jī)型UPS沒(méi)有變壓器、IGBT可靠性不高和問(wèn)世較晚等“論點(diǎn)”已被各方批駁的失去了銳氣，因?yàn)槟切┧^的論點(diǎn)都是其本身對(duì)UPS的基本功能認(rèn)識(shí)模糊，所以站不住腳。無(wú)奈之下又提出了新的攻擊目標(biāo)：說(shuō)什么高頻機(jī)型UPS在整流器功率不足時(shí)，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短。

這個(gè)論點(diǎn)在外行看來(lái)無(wú)疑是一顆重磅炸彈，但對(duì)稍有UPS知識(shí)的人來(lái)說(shuō)，只好搖頭嘆息：因?yàn)檫@又是一個(gè)基本概念問(wèn)題。UPS為什么稱(chēng)為不間斷電源？這個(gè)不間斷功能是靠誰(shuí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的？從前面的敘述中已經(jīng)清楚，開(kāi)始是利用飛輪的儲(chǔ)能--動(dòng)能。后來(lái)就是利用化學(xué)能，那就是蓄電池。沒(méi)有電池的電路就不能稱(chēng)其為UPS，只能算作交流穩(wěn)壓器或穩(wěn)壓穩(wěn)頻源(CVCF)。

不間斷作用的。不管什么原因：輸入市電斷電也好、輸入電壓不穩(wěn)造成的整流能量不足也好，只要是影響到間斷供電的事情，電池組都要管。某君說(shuō)：在整流器功率不足時(shí)，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短。這是電池的職責(zé)所在，壽命縮短也得干，不然要它干什么!這是第一個(gè)誤區(qū)：不了解電池的基本作用

第二個(gè)誤區(qū)是，按照某君的說(shuō)法，在工頻機(jī)型UPS的整流器功率不足時(shí)，其電池組為了不縮短壽命，就不補(bǔ)充能量。那怎么辦呢？要么讓UPS停機(jī)，要么就把這些不足的能量直接送到負(fù)載，管它負(fù)載工作正常不正常!工頻機(jī)型UPS決不會(huì)是如此工作的。

所以，在整流器功率不足時(shí)，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短這一條不論對(duì)工頻機(jī)型UPS還是高頻機(jī)型UPS都會(huì)存在，而且也必須都這樣做。問(wèn)題是某君卻只說(shuō)高頻機(jī)型UPS，卻忘了說(shuō)工頻機(jī)型UPS。這不但是概念不清問(wèn)題，也兼有認(rèn)識(shí)模糊之嫌。