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新一代UPS的技术动向

来源:电源世界?? 2007年04月11日 ?? 收藏0

????? ?现代概念的UPS强调的不仅仅是对其保护的负载提供纯正的正弦电压,而且越来越注重对公共电网的环境保护意识,尤其是中大功率的UPS,在谐波污染、无功损耗等方面对电网的影响更加突出,这方面有着严格的指标要求。
  
?????? 传统的UPS整流器、充电器大多采用晶闸管相控整流电路外加输入侧的无源滤波器,最高可使输入功率因数提高到0.9,电流谐波THD<5%,再想提高输入功率因数、降低谐波含量其滤波器的体积和成本难以令人接受。因此,对中大功率的三相UPS可以在其网侧设置由电力电子电路构成的有源滤波器来吸收谐波和无功进行补偿。近年来,12脉波整流器在中大功率的三相UPS中得到较多的采用。通过多相整流及其变压器的作用,在无输入滤波器的情况下可以使网侧电流THD<9%,输入功率因数提高到0.92左右。但是,系统的成本比较高、体积比较大,控制也比较复杂。
  
?????? 解决UPS整流器无功问题的另一个措施是采用不可控整流电路外加直流侧电容滤波。这种电路的网侧输入功率因数可达到0.99以上,同时也省掉了繁杂的可控整流电路的控制驱动部分。但是,网侧的谐波却

没有降低,仍必须增设网侧滤波器。另外,为给蓄电池充放电,直流侧必须设置双向直流变换器。
  
?????? 要使UPS整流器对电网的影响小,最好采用高频整流技术。高频整流器通过高频PWM控制,可使输入电流与输入电压同相位,网侧功率因数为1;又由于高频化,网侧只需要高频滤波器,该滤波器的体积可以非常小,只要载波的频率足够高,就可以利用线路杂散电感和很小的电容进行滤波,实现输入电流正弦化。当然,在UPS中采用高频整流器也不是十全十美,直流电压高出电网电压的峰值,要么增加蓄电池串联数量,结果使故障率增高;要么采用降压变压器,结果使整机的效率降低,而且采用高频整流器的技术难度比高频逆变器的技术难度要高,控制不当极易造成器件的损坏,但无论如何,采用高频整流器将成为今后UPS整流器的主要发展方向之一,高频整流器的一些性能指标将会得到改进与提高。
  
?????? 此外,在UPS结构上进行改进,避免传统的整流加逆变的串级级联模式,也可以克服功率庞大的相控整流器对电网的干扰和影响,甚至可以对电网起到一定的调节作用。例如,曾经一度被冷落的三端口式UPS若采用PWM高频变换器技术,既可以实现输入电流的正弦化和输出电压的稳压作用,又对电网的谐波干扰非常小,系统的运行效率也很高,只是在稳定输出交流电压的前提下对功率因数进行校正比较困难。采用类似于电力潮流控制器的串联功率变换器加并联功率变换器结构的UPS,在降低对电网干扰方面既可以实现输入电流的正弦化又可以使输入功率因数为1或为所需的任意值,系统运行效率也较高,此种UPS接入电网不仅不会造成电网的无功电流的增加,而且还可以适量地对电网无功进行调节。但是这两种结构的UPS都存在固有的不足,即一旦电网频率超出UPS输出频率指标要求范围就只有进入蓄电池供电的逆变运行状态。
  
?????? 总之,在降低对电网的干扰影响方面可采取的技术措施和电路结构种类比较多,其中对于小功率的UPS主要采用PFC整流器和高频PWM整流器及其相应的控制技术,对于大中功率的UPS采用高频PWM整流器尚有开关损耗不易解决的问题,采用串联功率变换器加并联功率变换器结构则比较适合于三相大功率UPS,具有较广阔的发展应用前景。

  4.新一代UPS

  4.1全数字化的UPS
  
?????? 功率MOSFET及IGBT的问世为UPS开拓出一条光辉灿烂之路,使UPS技术步入崭新的时代——全数字化时代。
  
?????? 首先,UPS的输入部分取消了用于与市电隔离的工频变压器或为降压用的自耦变压器,而采用SPWM技术实现整流高频化(AC/DC)。一方面减少直流侧滤波器尺寸,改善直流侧调节性能,提高市电电压允许变化范围;另一方面在控制技术中采用数字信号处理器DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)控制,使输入电流正弦化,并与市电电压同相,从而实现UPS高输入功率因数(PF≈1),消除对市电的谐波“污染”,达到环保目的,大幅度减少无功损耗,明显降低了运行成本。


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UPS? 冗余技术? 绿色技术? 数字技术?

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