UPS分類方法

發(fā)布時間:2024-03-08
ups的分類方法有很多,從儲能方式可以大致分為動態(tài)ups和靜態(tài)ups,動態(tài)ups和靜態(tài)ups又可以細分為后備式,在線互動式,在線雙轉(zhuǎn)換式等;從技術(shù)上有工頻高頻之分,高頻機中又細分為塔式機和模塊化。
1.動態(tài)ups分類
動態(tài)ups的不間斷供電是通過旋轉(zhuǎn)部件釋放動能,靜態(tài)ups以蓄電池為儲能工具,動態(tài)ups的典型代表是飛輪ups,靜態(tài)ups目前市場應(yīng)用最多的是雙在線轉(zhuǎn)換式ups。
動態(tài)飛輪ups經(jīng)過幾十年的發(fā)展與改進,在大功率ups市場有著獨樹一幟的應(yīng)用。市場上應(yīng)用的飛輪ups主要有如下幾種。
a).在線雙變換式飛輪ups(典型代表:vycon解決方案)
這種結(jié)構(gòu)與在線雙變換式ups非常相像,區(qū)別在于,使用飛輪代替了電池進行儲能,需要搭配傳統(tǒng)ups進行使用,因此應(yīng)用比較局限。
vycon于2002年成立,專門從事飛輪儲能研發(fā)生產(chǎn)。產(chǎn)品主要應(yīng)用在北美。該飛輪后備時間可以達到15~90s。
b).旋轉(zhuǎn)在線式飛輪ups(典型代表:piller解決方案)
不同于以上的vycon解決方案,該解決方案替代傳統(tǒng)ups。
耦合扼流圈主要功能是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換,補償和濾波。
核心部件是m/g電動-發(fā)電機(uniblock?),市電正常時作為電動機帶動飛輪(給飛輪充電),市電異常時飛輪放電,作為發(fā)電機,完全是機械式取代電力電子變換,沒有電力電子變換的精確控制,電網(wǎng)適應(yīng)性和逆變出的質(zhì)量會變差。
piller是ups領(lǐng)域的百年老店,主打產(chǎn)品uniblock-t,總部在德國。目前產(chǎn)品主要應(yīng)用在歐洲和北美。
c).在線互動式飛輪ups(典型代表:activepower解決方案)
該方案替代傳統(tǒng)ups+電池方案。
在線互動式是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的方案。工作原理同在線互動式ups,類似一個有源濾波器,可實現(xiàn)簡單的濾波和穩(wěn)壓功能,拓撲簡單,效率較高。但是電網(wǎng)適應(yīng)性和輸出性能指標明顯偏差。
2.三種動態(tài)ups抗電網(wǎng)干擾能力對比
以上是三種比較典型的動態(tài)ups,下面表格對這三種動態(tài)ups抗電網(wǎng)干擾能力做一個簡單的對比。
表1:三種動態(tài)ups抗電網(wǎng)干擾能力對比
通過以上表格可以看出,在線雙變換式飛輪ups是抗干擾能力最強的,但是這種飛輪ups必須搭配傳統(tǒng)ups進行使用,應(yīng)用比較局限,目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是在線互動式飛輪ups。
3.靜態(tài)ups分類
以上介紹了動態(tài)ups的一些常見架構(gòu),下面對應(yīng)介紹一些靜態(tài)ups。不同于動態(tài)ups,靜態(tài)ups以電池為儲能工具。從工作原理分類來說,常見的靜態(tài)ups主要有后備式,在線互動式,delta變換式以及在線變換式雙四種。
a).后備式ups
后備式ups只有在供電異常才啟動逆變器,正常供電時無法對市電電網(wǎng)問題進行調(diào)節(jié),供電質(zhì)量相比而言較差,但其效率較高。
該架構(gòu)多用于容量小于3kva的ups,結(jié)構(gòu)簡單,一般備電時間在10分鐘左右,通常是方波輸出,主要應(yīng)用場景是pc機等。
b).在線互動式ups
在線互動式ups相比后備式而言,增加了穩(wěn)壓環(huán)節(jié),供給負載改良過的市電。其成本低,電路比較簡單,但是無法消除輸入失真和干擾。并且切換時有轉(zhuǎn)換時間。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量5kva的以下的小容量ups,結(jié)構(gòu)簡單,通常是方波輸出或模擬正弦波輸出。多用于對pc或辦公設(shè)備提供保護。
c).delta變換式ups
delta變換ups的核心為delta變換器和主變換器。
delta變換器的作用為:
控制輸入電流,是一個高阻正弦波電流源;
控制電流充電;
補償輸入電壓,保證輸出電壓穩(wěn)定不變;
控制調(diào)整輸入功率因數(shù)。
主變換器的作用為:
控制并穩(wěn)定輸出電壓,是一個低內(nèi)阻正弦波電壓源;
給電池充電;
市電掉電時,向負載供電;
市電正常時,補償負載電流中的無功和諧波成分。
從delta變換器和主變換器的作用可以看出,delta變換式ups對輸入調(diào)節(jié)能力更強,當(dāng)然,結(jié)構(gòu)也比在線互動式復(fù)雜。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量20-200kva的ups,輸出為正弦波。
d).在線變雙換式ups
在線雙變換式ups可以為負載提供很完美的保護,可以濾除電網(wǎng)中基本所有的干擾和諧波,缺點是架構(gòu)復(fù)雜,一般成本較高。該架構(gòu)應(yīng)用于功率容量為1-1200kva的ups;幾個架構(gòu)對比來說可靠性最高,目前80%ups均采用該架構(gòu),輸出為標準正弦波,主要對it負載或其它行業(yè)重要負載提供保護。
ups工作狀態(tài)有多種,分別為主路模式,靜態(tài)旁路模式,電池模式以及維修旁路模式。在線雙變換式ups從架構(gòu)來說還分為工頻機和高頻機,后文將會講到。
4.靜態(tài)ups抗電網(wǎng)干擾能力對比
下表為以上介紹的四種靜態(tài)ups架構(gòu)對電網(wǎng)干擾能力的對比。
○:可以抵抗╳:可以部分抵抗△:無法抵抗
表2:靜態(tài)ups抗電網(wǎng)干擾能力對比
可以看出,在線雙變換式是抗電網(wǎng)干擾能力最強的。
5.動態(tài)與靜態(tài)ups的對比
以上分別介紹了動態(tài)和靜態(tài)ups的一些基本拓撲結(jié)構(gòu),那么動態(tài)和靜態(tài)ups對比而言又各有什么優(yōu)劣呢?
靜態(tài)ups與動態(tài)ups最大的區(qū)別在于其儲能方式,一個是電池儲能,一個是飛輪儲能,下表對比這兩種儲能方式的優(yōu)劣。
表3:蓄電池儲能與飛輪儲能對比
可以看出蓄電池儲能與飛輪儲能各有優(yōu)劣,但是飛輪儲能的后備時間一般僅有15秒,這使得其使用場景受到很大的局限。
以下再對比以下目前主流的靜態(tài)ups與動態(tài)ups,分別為在線雙變換式與在線互動式飛輪ups,其中在線雙變換式以華為ups5000系列為例,在線互動式飛輪ups以activepower為例。
表4:在線雙變換式與飛輪ups參數(shù)對比
從以上對比來看,除效率外,其他參數(shù)ups5000要優(yōu)于activepower飛輪ups,并且在ups通常工作的低載段(40%)效率并不輸給飛輪ups。表4:在線雙變換式與飛輪ups參數(shù)對比
通過以上兩個對比我們可以得出如下結(jié)論:
-與傳統(tǒng)ups相比,飛輪ups在節(jié)能、環(huán)保等方面具備一定優(yōu)勢;
-飛輪ups由于固有的缺陷,應(yīng)用存在一定的局限性:
備電時間短,僅15s,油機啟動失敗會造成嚴重停電事故;
價格昂貴,且必須與油機配合使用,增加了初始投資;
系統(tǒng)復(fù)雜,需要原廠專業(yè)維護,維護成本高;
電網(wǎng)適應(yīng)性差,輸入輸出性能指標都弱于在線雙變換式ups。
基于上述分析,飛輪ups僅適用于以下場景:
可接受新技術(shù),綠色環(huán)保型供電系統(tǒng);
電網(wǎng)質(zhì)量很好,較少斷電事故,系統(tǒng)可靠性要求不高的場合。
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