近年来,随着大数据、云计算等技术的快速发展,传统的数据中心也迎来了一个飞速变革的时期。作为数据中心供配电系统的重要组成部分,UPS也开始发生变化。可靠、高效、易用、易维护成为越来越多UPS厂家 图2为旋转在线式飞轮UPS的组成。该解决方案替代传统UPS。
耦合扼流圈主要功能是实现电能转换、补偿和滤波。核心部件是M/G电动-发电机,市电正常时作为电动机带动飞轮(给飞轮充电),市电异常时飞轮放电,作为发电机,完全是机械式取代电力子变换,没有电力电子变换的精确控制,电网适应性和逆变出的电能质量会变差。
③在线互动式飞轮UPS
该方案替代传统UPS+电池方案。图3为在线互动式飞轮UPS的组成。其工作原理同在线互动式UPS,类似一个有源滤波器,可实现简单的滤波和稳压功能,拓扑简单,效率较高。但是电网适应性和输出性能指标明显偏差。
④三种动态UPS抗电网*能力对比
以上是三种比较典型的动态UPS,表1对这三种动态UPS抗电网*能力做一个简单的对比。
从表1可以看出,在线双变换式飞轮UPS是抗*能力最强的,但是这种飞轮UPS必须搭配传统UPS进行使用,应用比较局限,目前国内应用最多的是在线互动式飞轮UPS。
(2)静态UPS分类
静态UPS以电池为储能工具。从工作原理分类来说,常见的静态UPS主要有后备式、在线互动式、Delta变换式以及在线双变换式四种。
①后备式UPS
后备式UPS只有在供电异常时才启动逆变器,正常供电时,无法对市电电网问题进行调节,供电质量相对较差,但其效率较高。
该架构多用于容量小于3kVA的UPS,结构简单,一般备电时间在10min左右,通常是方波输出,主要应用场景是PC机等。图4为后备式UPS的原理图。
②互动式UPS
互动式UPS相比后备式而言,增加了稳压环节,供电质量好于后备式UPS。其成本低、电路比较简单,但是无法消除输入失真和*。并且切换时有转换时间。该架构应用于功率容量5kVA以下的小容量UPS,通常是方波输出或模拟正弦波输出。多用于对PC或办公设备提供保护。图5为在线互动式UPS的原理图。
③Delta变换式UPS
Delta变换式UPS的核心为Delta变换器和主变换器。图6为Delta变换式UPS的原理图。
Delta变换器的作用是:控制输入电流,是一个高阻正弦波电流源;控制电流充电;补偿输入电压,保证输出电压稳定不变;控制调整输入功率因数。
主变换器的作用是:控制并稳定输出电压,是一个低内阻正弦波电压源;给电池充电;市电掉电时,向负载供电;市电正常时,补偿负载电流中的无功和谐波成分。
从Delta变换器和主变换器的作用可以看出,Delta变换式UPS对输入调节能力更强,当然,结构也比在线互动式复杂。该架构应用于功率容量20～kVA的UPS,输出为正弦波。
④在线双变换式UPS
在线双变换式UPS能为负载提供很完美的保护,可以滤除电网中几乎所有的*和谐波,缺点是架构复杂,一般成本较高。该架构应用于功率容量为1～1kVA的UPS;与以上几个架构对比,其可靠性最高。目前80%的UPS均采用该架构,输出为标准正弦波,主要对IT负载或其它行业重要负载提供保护。图7为在线双变换式UPS的原理图。
UPS的工作状态有多种,分别为主路模式、静态旁路模式、电池模式以及维修旁路模式。在线双变换式UPS从架构还分为工频机和高频机。
(3)静态UPS抗电网*能力对比
表2为上述四种静态UPS架构抗电网*能力的对比。可以看出,在线双变换式UPS是抗电网*能力最强的。
(4)动态与静态UPS的对比
静态UPS与动态UPS最大的区别在于其储能方式,一个是电池储能,一个是飞轮储能,表3对比这两种储能方式的优劣。
从表3可以看出蓄电池储能与飞轮储能各有优劣,但是飞轮储能的后备时间一般仅有15s,这使得其使用场景受到很大的限制。
表4以华为UPS系列在线双变换式UPS和ActivePower在线互动式飞轮UPS为例的参数对比。
从表4可以看出,除效率外,其他参数UPS系列在线双变换式UPS的参数要优于ActivePower飞轮UPS,并且在UPS通常工作的低载段(40%)效率并不输给飞轮UPS。
通过以上两个对比我们可以得出如下结论:
①与传统UPS相比,飞轮UPS在节能、环保等方面具备一定优势;
②飞轮UPS由于固有的缺陷,应用存在局限性:备电时间短,仅15s,油机启动失败会造成严重停电事故;价格昂贵,且必须与油机配合使用,增加了初始投资;系统复杂,需要原厂专业维护,维护成本高;电网适应性差,输入输出性能指标都不如在线双变换式UPS。
基于上述分析,飞轮UPS仅适用于以下场景:可接受新技术的绿色环保型供电系统;电网质量很好、较少有断电事故、系统可靠性要求不高的场合。
来源于机房
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