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谈UPS架构的发展

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-16 1:20:54 * 浏览: 16
近年来,随着大数据和云计算技术的飞速发展,传统数据中心也迎来了快速变化的时期。作为数据中心供电和配电系统的重要组成部分,UPS也已开始发生变化。可靠性,效率,易用性和易于维护已成为越来越多的UPS制造商关注的焦点。那么自UPS诞生以来发生了什么变化?是什么引起了这些变化?当今市场上的主流产品是什么?这些问题将在本文中得到解答。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C /脚本%3E”))近年来,随着大数据,云计算和其他技术的快速发展,传统数据中心也迎来了快速变化的时期。作为数据中心供电和配电系统的重要组成部分,UPS也已开始发生变化。可靠性,效率,易用性和易于维护已成为越来越多的UPS制造商关注的焦点。那么自UPS诞生以来发生了什么变化?是什么引起了这些变化?当今市场上的主流产品是什么?这些问题将在本文中得到解答。 1UPS的分类方法UPS的分类方法很多。根据能量存储方法,它们可以大致分为动态UPS和静态UPS。动态UPS和静态UPS可以分为备用型,在线互动型,在线双转换型等。有工频和高频。高频机又分为塔式高频机和模块化高频机。 (1)动态UPS的分类动态UPS通过旋转部件释放动能,其典型代表是飞轮式UPS。飞轮UPS在市场上的应用主要包括以下几方面:在线双转换飞轮UPS这种结构使用飞轮代替电池进行能量存储,这需要与传统的UPS配套,因此应用相对有限。图1显示了在线双转换飞轮UPS的组成。 ②旋转式在线飞轮UPS图2显示了旋转式在线飞轮UPS的组成。该解决方案替代了传统的UPS。主要耦合扼流圈的主要功能是实现功率转换,补偿和滤波。核心组件是M / G电动发电机。当市电正常时,飞轮用作电动机,为飞轮充电。当主电源异常时,飞轮放电。作为发电机,它在机械上完全替代了电力子变压器。控制,电网适应性和逆变器产生的电能质量将下降。 ③在线互动飞轮UPS该解决方案取代了传统的UPS +电池解决方案。图3显示了在线交互式飞轮UPS的组成。它的工作原理类似于在线交互式UPS,类似于有源滤波器,可以实现简单的滤波和稳压功能,简单的拓扑结构和高效率。但是,电网适应性和输出性能指标存在显着差异。 ④三种类型的动态UPS的并网能力比较*以上是三种典型的动态UPS。表1简单比较了三种类型的动态UPS防电网*功能。从表1中可以看出,在线双转换飞轮UPS对*的抵抗力最强,但是这种飞轮UPS必须与传统UPS一起使用,并且应用相对有限。目前,国内使用最广泛的是在线互动飞轮UPS。 (2)静态不间断电源的分类静态不间断电源使用电池作为储能工具。从工作原理的分类来看,静态UPS有四种常见类型:备份,在线交互,增量转换和在线双转换。 ①后备UPS后备UPS仅在电源异常时启动逆变器。电源正常时,无法调整主电网。电源质量相对较差,但效率很高。架构该架构主要用于容量小于3kVA的UPS。结构简单乐通常,备份时间约为10分钟。通常是方波输出。主要的应用场景是PC。图4是备用UPS的示意图。 ②交互式UPS:与备用UPS相比,交互式UPS增加了稳压链路,供电质量优于备用UPS。它的成本低并且电路相对简单,但是不能消除输入失真和*。切换时会有过渡时间。该架构适用于功率容量低于5kVA的小容量UPS,通常为方波输出或模拟正弦波输出。通常用于为PC或办公设备提供保护。图5是在线交互式UPS的示意图。 ③Delta转换UPS Delta转换UPS的核心是Delta转换器和主转换器。图6是Delta转换UPS的示意图。 Delta转换器用于控制输入电流,它是高阻抗正弦波电流源。它控制电流充电,补偿输入电压,确保输出电压稳定,并控制输入功率因数。主转换器的作用是控制和稳定输出电压。给电池充电是低内阻正弦波电压源。当主电源故障时,它将为负载供电。当市电正常时,它将补偿负载电流中的无功功率。谐波成分。从Delta转换器和主转换器的作用可以看出,Delta转换UPS具有更强的调节输入能力。当然,其结构也比在线交互式类型更为复杂。该架构应用于功率容量为20〜200kVA的UPS,输出为正弦波。 ④在线双转换UPS在线双转换UPS可以为负载提供完善的保护,并且可以滤除电网中几乎所有的*和谐波。缺点是架构复杂并且成本通常较高。该架构适用于功率为1〜1200kVA的UPS。与上述架构相比,其可靠性高。目前,有80%的UPS采用这种架构,其输出为标准正弦波,主要为IT负载或行业中其他重要负载提供保护。图7是在线双转换UPS的示意图。 UPS有许多工作状态,包括主模式,静态旁路模式,电池模式和维护旁路模式。在线双转换UPS从架构上又分为工业变频机和高频机。 (3)静态UPS的抗电网*能力比较表2显示了以上四种静态UPS架构的抗电网*能力的比较。可以看出,在线双转换UPS对电网的抵抗力最高*。 (4)动态和静态UPS的比较静态UPS和动态UPS的区别在于它们的能量存储方法,一种是电池能量存储,另一种是飞轮能量存储。表3比较了这两种储能方法的优缺点。从表3可以看出,蓄电池和飞轮储能各有优缺点,但是飞轮储能的备用时间一般只有15s,这使其使用场景受到很大的限制。表4比较了华为UPS5000系列在线双转换UPS和ActivePower在线交互式飞轮UPS的参数。从表4可以看出,除效率外,其他参数UPS5000系列在线双转换UPS参数均优于ActivePower飞轮UPS,在低负载部分(40%),飞轮UPS的效率不会丧失UPS通常可以正常工作。通过以上两个比较,我们可以得出以下结论:①与传统的UPS相比,飞轮UPS在节能,环保等方面具有一定优势。②飞轮UPS由于其固有的缺陷而存在局限性:后备时间短,仅15s,油机启动失败会造成严重的停电,这是昂贵的,必须与油机一起使用,增加了初期投资,系统复杂,需要原厂专业维修,维修维护成本高,电网差,输入输出性能指标不如在线双转换UPS。根据以上分析,飞轮UPS仅适用于以下情况:可以接受新技术的绿色环保电源系统,良好的电网质量,较少的停机时间和较低的系统可靠性要求。 2高频机与工业用机的比较分析静态UPS是目前使用最广泛的在线双转换UPS,也是抵抗力最强的静态UPS。在线双转换UPS自诞生以来也经历了艰苦的劳动。从变频机发展到高频机。 (1)工频和高频简介工频UPS是基于变压器的UPS(基于变压器的UPS)。之所以被命名是因为早期使用SCR半控制设备进行整流,其工作频率与电网频率一致。高频UPS是指无变压器UPS(无变压器UPS)。与传统的工频UPS相比,高频UPS之所以被命名为是因为其整流频率在10kHz以上。在工业变频UPS的发展过程中,已从SCR整流转变为IGBT整流,没有使用隔离变压器。因此,虽然根据名称中的频率来命名功率频率和高频,但是工业上通常使用是否存在隔离变压器来进行区分。 (2)工频UPS的发展。自从出现以来,工频UPS经历了表5所示的几项发展和变化。现代工业工频UPS已经是使用IGBT整流和隔离变压器的高频UPS。 (3)工频向高频发展的原因工从工频向高频发展的原因,主要有两点:市场需求。在节能,减排和绿色的要求下,UPS要求更高的效率,另一方面,UPS的安装和维护也更加方便。这些因素促进了整个UPS体系结构的发展,并且促进了技术进步。一方面,器件技术的进步,硅的发展和后退经历了功率器件(例如MOSFET,IGBT)的替换,DSP和数字电路的广泛应用以及新拓扑(例如LLC,软开关和三电平逆变器。后来,高频,数字化和智能化已成为电子产品的主流趋势。传统的模拟电路设备(例如以“铜”为代表的变压器和滤波电感器)正逐渐被数字电路设备所取代,例如以“硅”为代表的各种单芯片计算机,控制芯片和新型半导体功率器件。另一方面,软件的飞速发展也使数字电路技术能够取代模拟技术的某些功能。 (4)工频机和高频机的比较工频机和高频机可以从以下几个方面进行比较:可靠性,工频机的可靠性不弱于工频机的发展。可靠性不比工频机弱,甚至胜出,见表6。②环境适应性强,工频机优于工频机。高频机使用微处理器作为处理控制中心,这将很复杂。硬件模拟电路被编程到微处理器中,UPS的运行由软件程序控制。因此,体积和重量显着减小,噪音也小,并且对空间和环境的影响小。 ③在投资方面,高频机优于工业变频机。从设备投资的角度来看,两者之间的差异并不大。 (有些制造商对高频机的价格很不错,有些制造商在工业变频机的价格上有优势),但是要从效率的角度考虑两者的效率,柴油发动机的传动比和其他问题。在总投资方面,高频机要优于工业变频机。例如,某著名制造商的工业频率机的频率比(12脉冲+ 11次谐波滤波器)及其与柴油发电机的推荐频率比为1:1.4。但是,该制造商的高频机与柴油发电机组的理想比率为1:1(通常认为是1:1.1)。 ④在节能方面,高频机优于工业变频机。高频电机的半负载效率通常要优于工频电机。通常,高频机的半负载效率可以达到94%,而工频机的半负载效率通常约为88%。 ⑤高频机体积大,重量大,安装,施工困难。由于变压器的存在,在相同功率下,工业用变频器的面积和重量大大超过了高频机,这给安装和施工造成了困难,并增加了安装成本。