新一代UPS的技術(shù)動向（上）
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隨著人們對生活品質(zhì)要求的提高，家庭、辦公室、工廠等均朝著信息化、自動化的方向發(fā)展。與此同時，人們對高品質(zhì)電力的需求也在日益增加。盡管UPS技術(shù)的發(fā)展不像計算機(jī)技術(shù)那么迅猛，但也是今非昔比。UPS技術(shù)發(fā)展到今天，其功能已經(jīng)從最初單純的供電發(fā)展到今天的多功能并舉?，F(xiàn)在的UPS不僅可以在計算機(jī)無人值守時定時開機(jī)關(guān)機(jī)，也可以在市電發(fā)生異常后通知計算機(jī)，還可按事先約定的順序關(guān)機(jī)，甚至還擁有通過聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程通訊進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。目前UPS技術(shù)未來發(fā)展的趨勢是朝向網(wǎng)絡(luò)化，智能化和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。
2.UPS的冗余技術(shù)
在UPS的應(yīng)用中，用戶為了提高運(yùn)行中的可靠性，往往要求幾臺UPS冗余連接。UPS的冗余數(shù)目，從理論上講是是否越多越好，但在實際應(yīng)用中并非如此簡單，單輸出均流這一項指標(biāo)就帶來好多問題。在三相UPS中，若作到均流，就必須保證并聯(lián)的各UPS的對應(yīng)相電壓和相位保持在一個最小的誤差值，并聯(lián)臺數(shù)越多，越不易達(dá)到一致，即使當(dāng)時達(dá)到了一致，隨著時間的推移、溫度的變化，塵埃的侵入，器件的老化，冷卻系統(tǒng)造成的振動以及濕度和腐蝕性氣體的破壞等等因素都時刻在破壞著這種平衡
就目前的UPS制造技術(shù)和工藝水平而言，已可使UPS的故障率大大降低。例如：中、小型UPS平均無故障工作時間（MTBF）已做到5～14萬小時，對大型UPS而言，它的MTBF可達(dá)24萬小時以上。然而，即使對于這樣高質(zhì)量的系統(tǒng)，也不能確保它的故障率為零。在UPS中可采用具有容錯功能的冗余配置方案來解決這個問題。所謂“容錯”特性，是指在整個UPS供電系統(tǒng)中，如果因故造成個別機(jī)器出故障時，該UPS供電系統(tǒng)自動將有故障的機(jī)器“脫機(jī)”進(jìn)行檢修的同時，整個UPS供電系統(tǒng)必須繼續(xù)向用戶提供高質(zhì)量電源。由于在冗余式UPS供電系統(tǒng)中，采用了多臺UPS組合起來共同承擔(dān)向負(fù)載供電的任務(wù)，因此如何正確地解決好多臺UPS輸出的交流電源以同頻率、同相位和同幅度的方式運(yùn)行是能否成功地實現(xiàn)多臺UPS冗余供電的關(guān)鍵。就目前所掌握的資料來看，有如下幾種冗余配置方案可供用戶選擇：主機(jī)－從機(jī)型的“熱備份”UPS供電方式；直接并聯(lián)供電方式；雙總線冗余供電方式。
2.1USP熱備份連接
任何具有旁路環(huán)節(jié)的UPS都可以進(jìn)行熱備份連接，兩臺UPS熱備份連接時，只需將一臺UPS1的旁路的輸入端與市電斷開，并連接到另一臺UPS2的輸出端，就構(gòu)成了兩臺UPS熱備份冗余系統(tǒng)。在正常情況下由UPS1向負(fù)載供電，而UPS2處于熱備份狀態(tài)空載運(yùn)行；當(dāng)UPS1故障時，UPS2投入運(yùn)行接替UPS1繼續(xù)向負(fù)載供電。只有當(dāng)UPS2由于過載或逆變器故障時，才閉合旁路開關(guān)，負(fù)載改由市電供電。
這種UPS的熱備份連接一般不超過兩臺，它不能增加系統(tǒng)的輸出容量，尤其是兩臺不同容量的USP連接時，該系統(tǒng)的輸出容量不能超過其中容量較小的那一臺的功率。
2.2UPS的并聯(lián)連接
UPS的并聯(lián)連接并不象熱備份連接那么容易。因為所有UPS的輸出阻抗不可能一樣，加之各逆變器的輸出電壓和市電電壓鎖相都具有正負(fù)誤差，則各個UPS的電壓即有相位差又有幅值差，因此用普通UPS直接并聯(lián)是危險的，只有具備并聯(lián)功能的UPS才能并聯(lián)。
并聯(lián)連接的優(yōu)點在于它不但可以提高可靠性，而且過載、動態(tài)性能比熱備份方式好得多，并且可增容。并聯(lián)連接的方式有下述幾種：
2.2.1主從式并聯(lián)系統(tǒng) 這種方式是并聯(lián)系統(tǒng)中有一臺UPS為主機(jī)，其它為從機(jī)。
2.2.2無主從并聯(lián)系統(tǒng) 系統(tǒng)中任一臺UPS既是主機(jī)又是從機(jī)，哪一臺UPS先開機(jī)它就是主機(jī)。
2.3并聯(lián)冗余系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
無論那一種并聯(lián)冗余系統(tǒng)，都必須解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)問題。
2.3.1并聯(lián)運(yùn)行的各單機(jī)或模塊的均流問題。實踐證明，并聯(lián)單機(jī)間的環(huán)流是造成UPS逆變器故障的主要原因，這個問題解決不好，不僅可靠性得不到提高，而且適得其反。目前控制并聯(lián)系統(tǒng)中的各UPS的負(fù)載電流均衡的方法主要有有功、無功環(huán)流控制法、電壓-頻率下垂特性控制法、主從模塊控制法、負(fù)載母線同步法等，模塊間的負(fù)荷電流不均衡性已可以控制在5%以內(nèi)。
2.3.2模塊間的均流控制信號的可靠傳送問題。模塊間的信號傳輸線實際上構(gòu)成了系統(tǒng)的故障瓶頸，電磁干擾或其它的物理毀損都會造成系統(tǒng)故障，所以，均流信號力求簡單，要采取強(qiáng)抗干擾編碼技術(shù)，互連線越少越好。
2.3.3無互連線均流機(jī)理的研究與開發(fā)。UPS并聯(lián)冗余系統(tǒng)的最理想狀態(tài)是并聯(lián)單機(jī)間無任何控制信號連線，從而消除了并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸，國內(nèi)外關(guān)于這方面的工作已取得一些進(jìn)展，有些已在產(chǎn)品中得到實現(xiàn)。
2.3.4均流控制電路的冗余問題。既然有互連線并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸現(xiàn)象的存在，可以采取均流控制電路冗余來消除之。
2.3.5熱插拔電路及接插件技術(shù)。對于模塊并聯(lián)系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行組件的熱插拔，以方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容和組件的維修，并可在不停機(jī)的情況下添加或減少組件。
3.UPS的綠色技術(shù)
3.1優(yōu)越的功率因數(shù)指標(biāo)
UPS有兩個功率因數(shù)指標(biāo)：
3.1.1UPS輸入功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)是一個重要指標(biāo)。提高此項指標(biāo)不僅可以降低線路損耗，節(jié)約電能，消除火災(zāi)隱患，還可以減少對市電的諧波污染，提高市電的供電質(zhì)量，獲得較大的經(jīng)濟(jì)
3.1.2UPS輸出功率因數(shù)。輸出功率因數(shù)是適應(yīng)不同性質(zhì)負(fù)載的能力。輸出功率因數(shù)
在2001年《YD/T 1095-2000通信用不間斷電源——UPS》標(biāo)準(zhǔn)中，使用了輸入功率因數(shù)的概念，在電氣性能技術(shù)要求中，分三個等級分別給出了指標(biāo)，并提出了試驗方法。但是在定義部分沒有給出明確的解釋，也許是因為它已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并約定俗成。
不過另一個概念，輸出功率因數(shù)的應(yīng)用卻并非約定俗成，同樣沒有給出明確、清晰的定義。只在電氣性能技術(shù)要求中給出指標(biāo)：輸出功率因數(shù)≤0.8。并在輸出功率因數(shù)的試驗方法中提到：“調(diào)節(jié)非線性負(fù)載的輸入功率因數(shù)在小范圍內(nèi)變化，由電力多功能分析儀測得非線性負(fù)載的輸入功率因數(shù)應(yīng)符合技術(shù)要求的規(guī)定，并使得UPS輸出達(dá)到額定容量，UPS能正常工作。”顯然在這里測得的數(shù)據(jù)是UPS負(fù)載的功率因數(shù)，這個數(shù)據(jù)范圍的大小是用來衡量UPS輸出能力大小的。
但是由于“輸出功率因數(shù)”這個概念本身的模糊狀態(tài)，以及這個概念本身隱匿的邏輯上的矛盾，導(dǎo)致了理解這個概念時出現(xiàn)的諸多歧義。
首先，功率因數(shù)這個概念是針對負(fù)載而言的，非線性負(fù)載中，電流和電壓出現(xiàn)相位差，導(dǎo)致負(fù)載和電源間吞吐互換的無功功率出現(xiàn)，功率因數(shù)反映了負(fù)載從電源中獲取有功功率的能力。對UPS來說，UPS的輸入功率因數(shù)反映了UPS從電網(wǎng)中獲取有功功率的能力，也可以衡量UPS對電網(wǎng)的污染程度。功率因數(shù)越大，獲取有功功率的能力越強(qiáng)，對電網(wǎng)的污染程度越小。
但是UPS的“輸出功率因數(shù)”這個概念是衡量UPS輸出能力的一個指標(biāo)。顯然，這里UPS是作為負(fù)載的供電設(shè)備出現(xiàn)的，而“功率因數(shù)”這個概念是專為負(fù)載量身定做的，它反映的是負(fù)載的某些性質(zhì)。于是我們借用“功率因數(shù)”的概念加上“輸出”兩字，來描述作為供電設(shè)備的UPS的輸出能力。這種前后矛盾的組合導(dǎo)致了很多理解上的歧義和邏輯上的混亂。
例如，UPS的“輸出功率因數(shù)”的大小是由UPS負(fù)載的功率因數(shù)決定的，我們認(rèn)為負(fù)載功率因數(shù)越大，它獲得有功功率的能力越強(qiáng)，但是由負(fù)載功率因數(shù)決定的“輸出功率因數(shù)”越大，表示UPS的輸出能力越小。
另外，作為一項衡量UPS輸出能力的技術(shù)指標(biāo)，“由于UPS輸出能力有限，不可能滿足任意非線性負(fù)載的要求，約定以計算機(jī)類負(fù)載的輸入功率因數(shù)作為UPS的輸出功率因數(shù)指標(biāo)，約定≤0.8。既然UPS輸出功率因數(shù)的大小由負(fù)載的功率因數(shù)決定，那么直接用“負(fù)載功率因數(shù)”的概念來衡量UPS的輸出能力更為清晰。 （未完）
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