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电源:UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

作者:时间:2012-08-07来源:网络收藏

标签:不间断 UP

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176525.htm

0 引言

不间断设备()是一种电子电源,其基本功能是当市电电源发生故障时,不间断地为用户设备提供符合规定的交流电源。当市电电源停电时,将转换为由蓄电池供电的工作方式,在规定时间内向用户设备供电。当市电电源较长时间停电时,需要由备用发电机组供电,继续不间断地为负载供电。此外,在市电正常的情况下,UPS将市电电源进行适当的变换和调节,从而抑制市电电源的各种干扰;为负载提供高质量的交流电源。因此,UPS还具有改善市电质量的功能。

UPS的负载是被视为关键性的或重点保护的设备。这些关键性负载包括数据处理、计算机和通信之类的设备等等。 为满足不同类型的负载对供电连续性和供电质量要求,现已开发出功率范围从不足百瓦至数兆瓦的各种型式的静态UPS。

静态UPS主要有三种典型的电路,长期以来被称为:在线UPS (on line UPS)、离线UPS(off line UPS)和在线互动UPS(line interactive UPS)。但是,这些UPS名称对其工作原理的表述是不准确的,很容易引起混淆。为了避免混淆,国际标准IEC62040-3 重新规定了UPS新的名称:双变换UPS (double conversion UPS)、冷备用UPS(passive standby UPS)、市电交互UPS(line interactive UPS)。

“离线UPS(off line UPS)”,其本来的含义是:逆变器在正常情况下,不向负载供电,而是由市电电源向负载供电。只有当市电交流输入电压超出允差时,逆变器才向负载供电。然而,术语“离线(off-line)”也有“不在市电电源上(not-on-the-mains)”之意,即正常情况下市电不向负载供电。而实际上,在正常情况下,负载是由市电电源供电的。为了防止这种定义的混淆,IEC62040-3明确提出,不使用“离线UPS(off line UPS)”这一术语,而使用“冷备用UPS(passive standby UPS)”术语。

“在线UPS(on line UPS)”,意思是不论市电交流输入电源情况如何,负载始终由逆变器供电。但是,术语“在线(on-line)”也可以理解为在市电电源上(on-the-mains),即负载由市电供电(这与实际情况相反)。为了防止定义的混淆,IEC62040-3明确提出,应避免使用 “在线UPS”这一术语,而只使用“双变换UPS”术语。

在线互动UPS(line interactive UPS)的汉语名称与英语名称不符,因为line 不是on line ,所以不是“在线”。实际上line 是指市电(the mains)。因此,“line interactive UPS” 应译为“与市电交互UPS”,或“与市电互动UPS” 。

此外,由于双变换UPS (double conversion UPS)(即老名称“在线UPS”)被公认为实际最好的UPS 系统。在市场竞争中,出现了一些奇怪UPS的名称,例如,“准在线UPS(quasi online ups)”、“半在线UPS(semi online ups)”、“真在线UPS(true online ups)”、“在线均分技术(online-sharing technology)”等等。相关UPS厂家提出这些UPS名称的目的是试图让用户相信其UPS产品是双变换UPS。实际上,这些产品并不是双变换UPS,不能提供用户所希望的和可靠性。

针对这种情况,IEC62040-3 除了废除不科学、不适当的老的UPS名称、规定了新的UPS名称外,还提出了UPS 按的方法。这个方法基于UPS输出电压和输出频率与UPS 输入电源的参数的关系,提出了UPS 性能代码。按性能分类的目的是提供一个共同的基础,使用户可以在相同条件下,对额定功率相近的不同厂家的UPS产品进行比较。

符合IEC62040-3国际标准的UPS将由厂家按规定进行性能分类代码的标识。用户一般应避免采用未标识性能分类代码的UPS产品。

我国国标GB7260 已等效采用IEC62040-3国际标准,今后国产UPS 产品也应标识UPS 性能分类代码。在进行UPS 选型时应注意选用已标识UPS 性能分类代码的UPS。

本文阐述IEC62040-3(和GB7260)规定的UPS 的性能分类方法和的UPS 系统。并介绍高可用度的并联冗余UPS 和分布冗余UPS。

1 UPS 性能分类代码

UPS 性能分类代码由三部分组成。(例如 VFI-SS-123 ,这是分类代码的一个例子)

最前面的三个字符规定在正常工作方式下的电源质量。表示UPS输出电压和频率与交流输入电源(市电)电压和频率的关系。

中间的两个字符规定在正常工作方式(包括暂时的静态旁路工作)和储能方式下的输出电压波形。表示是正弦波或非正弦波。

最后三个字符规定在不同条件下UPS瞬态输出电压性能。表示是否符合标准规定的瞬态电压性能。

1.1 电源质量的分类选项(三个字符或两个字符)

以下各选项均表示在正常工作方式下的电源质量。可以为VFI,VFD,VI。

• VFI: 表示这种UPS的输出与市电电源的电压和频率无关。

• VFD: 表示这种UPS的输出取决于与市电电源的电压和频率变化。

• VI:  表示这种UPS的输出(频率)取决于市电电源的频率变化。输出电压与市电电压无关

1.2 输出电压波形的分类选项(两个字符)

第一个字符表示在正常和旁路方式下的输出电压波形。可以为S,X,Y。

第二个字符表示在储能方式下的输出电压波形。可以为S,X,Y。

• S: 表示在所有线性和基准非线性负载条件下,输出波形均为正弦波,其总谐波失真因数 D小于0.08 。

• X: 表示在线性负载条件下,输出波形均为正弦波(与S相同),在非线性负载条件下(如果超过规定的极限),其总谐波失真因数 D大于0.08 。

• Y: 输出波形是非正弦波。

1.3 瞬态电压性能的分类选项(三个字符)

第一个字符表示改变工作方式时的输出电压瞬态性能。可以为1,2,3。

第二个字符表示在正常/储能方式下,带线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况) 。可以为1,2,3。

第三个字符表示正常/储能方式下,带基准非线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况) 。可以为1,2,3。

• 1: 表示瞬态电压≤ 图 1 的1类输出动态性能数据(无中断或无零电压出现)。

• 2: 表示瞬态电压≤ 图2 的2类输出动态性能数据(输出电压为零持续1ms)。

• 3: 表示瞬态电压≤ 图3 的3类输出动态性能数据(输出电压为零持续10ms)。

电源:UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

图1 1类输出动态性能

电源:UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

图2 2类输出动态性能

电源:UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

图3 3类输出动态性能

1.4 完整的UPS分类代码

下面是典型的UPS完整的分类代码:

电源质量    输出波形    输出动态性能

VFI   —    SS   —   111

VI   —    SX   —   222

VFD  —    SY   —   333

实际的UPS产品的性能分类代码举例:

Powerware 9370 :VFI-SS-111

Powerware PB4000(BORRI 4000):VFI-SS-111

Socomec DELPHYS MP:VFI-SS-111

AEG/SAFT SVS Power System:VFI-SS-111

2 UPS 系统

2.1 UPS性能分类代码与UPS内部结构

综上所述,UPS 按性能分类,可分为三类,用代码表示为:

VFI   (UPS的输出与市电电源的电压和频率无关)

VFD  (UPS的输出电压和频率取决于与市电电源的电压和频率)。

VI  (UPS的输出(频率)取决于市电电源的频率变化。输出电压与市电电压无关)

然而,实际上,UPS按性能分类的VFI、VI、VFD与按UPS内部电路结构分类的双变换、市电交互、冷备用单机UPS系统是密切相关的。

UPS性能分类代码表示的是UPS输出电压和频率与市电电源的关系、输出波形和动态性能,这些性能和功能指标都是与UPS单机系统结构有关的。

在前面给出的完整UPS性能分类代码的例子中 ,VFI-SS-111,VI-SX-222,VFD-SY-333和单机UPS系统的对应关系如下:

2.1.1 VFI-SS-111,双变换UPS

性能分类代码VFI-SS-111表示UPS输出电压和频率与市电电压、频率无关。要达到这个要求,必须在正常方式下,通过直流中间环节再生一个交流电源。这种UPS技术就是双变换UPS,它也能满足对正弦波输出波形和1类输出动态性能(图1)的要求。

2.1.2 VI-SX-222,市电交互UPS

性能分类代码VI-SX-122表示UPS输出电压与市电电源电压无关,但输出频率与市电频率有关。

这种UPS技术就是市电交互UPS。其输出电压可以调节到某个极限内,可以认为UPS 输出与市电电压无关,但输出频率取决于市电频率。这种UPS在正常方式下不需要直流中间环节。这种UPS在工作方式转换时不能满足1类输出动态性能的要求,只能满足输出2类动态性能(图2)的要求。


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