UPS電源輸入輸出如何進(jìn)行UPS選型

通常人們?cè)谡劦?strong>UPS的選型時(shí)，大都首先談到UPS容量的選擇，即：用戶可以根據(jù)所用設(shè)備的負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)值來選擇所需的UPS輸出功率(KVA值)，如果以KW值計(jì)算,就要乘輸出功率因數(shù)0.8，考慮到用戶今后擴(kuò)容以及負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的沖擊，通常推薦設(shè)計(jì)參數(shù)是：用戶的負(fù)載量?jī)H占UPS輸出功率的60%～70%為宜。即XKVA×60%～70%或XKVA×0.8×60%～70%。

但是，在現(xiàn)今的行業(yè)運(yùn)用中，UPS的選型工作，遠(yuǎn)沒有這么簡(jiǎn)單。它要考慮到UPS的輸入和輸出介面兩方面的影響。即UPS對(duì)電網(wǎng)(或備份發(fā)電機(jī))的影響，所帶負(fù)載對(duì)UPS的影響。

如下圖，是UPS的典型方框圖。

一、UPS輸入端

對(duì)電網(wǎng)而言，UPS的輸入端根據(jù)GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4∶1998的標(biāo)準(zhǔn)要求:大于16A的電氣設(shè)備，輸入功率因數(shù)大于0.92,輸入THDI小于8%，這是綠色電源的基本要求。

如果，UPS輸入端達(dá)不到以上標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)或備份發(fā)電機(jī)，尤其是發(fā)電機(jī)的容量必須在兩倍以上或更高。這是由于諧波電流大量存在，比如三相六脈沖整流器輸入諧波電流總含量高達(dá)30%--35%。如果是電網(wǎng)，則因電網(wǎng)容量大輸出內(nèi)阻很低，不會(huì)對(duì)輸出電壓造成影響。但對(duì)于備份發(fā)電機(jī)組，其容量相對(duì)小內(nèi)阻遠(yuǎn)比電網(wǎng)大得多，因此，UPS的輸入諧波電流就會(huì)引起發(fā)電機(jī)輸出的電壓畸變，而不能帶動(dòng)UPS工作，使UPS常工作在電池放電狀態(tài)。

所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開方。

諧波電流總畸變率

第h次諧波電流含有率

設(shè)備的輸入功率因數(shù)和諧波電流的關(guān)系如下式：

另外，電網(wǎng)或備份發(fā)電機(jī)所帶的其它設(shè)備，如果沒有作電磁兼容性(EMC)的要求，可能由于UPS輸入端THDI太大，而受到影響。

所以，在UPS的選型時(shí)，200KVA及以下的UPS，應(yīng)首選采用IGBT整流，其輸入功率因數(shù)大于0.92,輸入THDI小于3%的UPS，200KVA及以上也要選用采用十二脈沖整流器，并加了相應(yīng)諧波處理技術(shù)的UPS。

順便提一下，200KVA及以上UPS的IGBT整流器，目前的歐洲UPS生產(chǎn)廠家，還對(duì)1200V，IGBT大電流的并聯(lián)問題持謹(jǐn)慎態(tài)度，如已能批量生產(chǎn)一單元、二單元、四單元、六單元和七單元的IGBT標(biāo)準(zhǔn)型模塊，其最高水平已達(dá)到1800A/4500V。但是，300A/1700VIGBT模塊，它是由4個(gè)160A/1700VIGBT芯片和8個(gè)100A/1700V快恢復(fù)二極管組成。其它技術(shù)已經(jīng)成熟。

二、UPS輸出端

UPS的輸出特征一般有如下表述：

三相(380/415V可選)±1%，

負(fù)載變換響應(yīng)時(shí)間(100%+/-2%<5ms)

過載能力：125%for10分鐘，150%for60秒

峰值因數(shù)：3：1

電壓畸變：小于1%線性負(fù)載，小于3%非線性負(fù)載

1.三相(380/415V可選)±1%

是指UPS輸出的電壓精度，條件是所帶負(fù)載在一定的穩(wěn)定范圍內(nèi)。UPS一般都能達(dá)標(biāo)。

2、負(fù)載變換響應(yīng)時(shí)間(100%+/-2%<5ms)

是指負(fù)載由0%--100%，100%--0%的突變中，輸出的電壓精度，穩(wěn)定在+/-2%所需要的時(shí)間。只有采用SVPWM(空間矢量調(diào)制技術(shù))的UPS才能達(dá)到，一般采用SPWM的UPS負(fù)載變換響應(yīng)時(shí)間為(100%+/-2%<20ms)，有時(shí)會(huì)使所帶負(fù)載工作受到影響。

空間電壓矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān),形成PWM波形.此法從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā),把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制,使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通).。

空間矢量PWM技術(shù)既可以用在開環(huán)控制也可以用在閉環(huán)系統(tǒng)中，空間矢量控制可以獲得100%的直流母線電壓利用率?？臻g矢量方法把三相逆變橋所有開關(guān)狀態(tài)分為8種，2種狀態(tài)為0。這8種矢量的合成就產(chǎn)生了空間矢量波形。每一時(shí)刻給定的電壓矢量都可以由2個(gè)非零矢量合成產(chǎn)生，這個(gè)二維空間被6個(gè)非零矢量分為相等的6個(gè)區(qū)域，首先計(jì)算給定的電壓矢量處于哪個(gè)區(qū)域，然后用該區(qū)域相鄰的兩個(gè)矢量合成出所需的電壓矢量，為了保證每一個(gè)開關(guān)器件在一個(gè)開關(guān)周期中最多只開通關(guān)斷一次，所以，要根據(jù)一定的開關(guān)順序?qū)?個(gè)電壓矢量發(fā)出，中間按一定的原則插入零矢量。

3、過載能力：125%for10分鐘，150%for60秒

是指過載125%和150%時(shí)，逆變器所能工作的時(shí)間，如果在此時(shí)間后還是過載將轉(zhuǎn)向旁路供電。

4、峰值因數(shù)：3：1

峰值因數(shù)(CF)，所謂的CF是指電流瞬時(shí)值的峰值與其有效值的比值。由于負(fù)載接受正弦波電壓會(huì)產(chǎn)生CF(如計(jì)算機(jī)性負(fù)載介于2.4-2.6倍的電流)，如果供電設(shè)備的峰值因數(shù)越高，表明設(shè)備抗沖擊能力越強(qiáng)。UPS設(shè)計(jì)時(shí)常需能提供CF值為3：1。因此在選擇UPS容量時(shí)需要考慮負(fù)載波動(dòng)及沖擊余量，如果啟動(dòng)性負(fù)載多，比如國(guó)家奧運(yùn)會(huì)射擊館金鹵燈照明燈具。

燈具啟動(dòng)時(shí)有較大的沖擊電流，最大可達(dá)正常工作電流的九倍。結(jié)果采用了燈組分時(shí)啟動(dòng)，先啟動(dòng)大功率燈具，后啟動(dòng)小功率燈具等方法。UPS總?cè)萘坎怀?.2倍的情況下,解決了原用應(yīng)急電源EPS供金鹵燈照明燈具有中斷熄滅，改用UPS供電的問題。

5、電壓畸變：小于1%線性負(fù)載，小于3%非線性負(fù)載

是指UPS帶線性負(fù)載和非線性負(fù)載時(shí)，電壓畸變率THDV的數(shù)值。對(duì)負(fù)載來說，負(fù)載的線性或非線性，是負(fù)載本身固有的，UPS作為它的供電方，并不能改變其特征。只能保持輸出電壓的正弦波形不嚴(yán)重畸變，如逆變器采用空間電壓矢量控制SVPWM，就能更好的時(shí)刻減小電壓畸變率。注意，如果負(fù)載的THDI過大，UPS的容量也要相應(yīng)增加。比如，工廠的一些泵，加裝了低壓變頻器，啟動(dòng)電流減少了，諧波THDI確達(dá)到了70%，造成UPS過載。把低壓變頻器旁路掉后，UPS工作正常，這都說明結(jié)合實(shí)際負(fù)載，選擇UPS的重要性和細(xì)致性。

所以，在UPS的選型時(shí)，最好選用逆變器采用空間電壓矢量控制SVPWM的UPS。