高频机结构UPS将是今后的发展方向

      1 工频UPS和高频UPS的一般概念

      静止变换式工频机结构UPS技术出现在上个世纪70年代，毫无疑问在当时属于尖端技术，几十年间也为电力电子技术领域作出了不朽的贡献，有口皆碑。一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。随着IT技术的出现与发展，工频机UPS组件暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心的可靠性。在历史发展中总是遵循这样一个规律:每当一种技术阻碍生产力发展时，就会有一种新的技术将其代替。

      2 高频UPS与工频UPS相比所具有的优点

      (1) 输入功率因数高

      工频机UPS一般在200kVA以下的输入电路都采用了晶闸管6脉冲整流，输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大。如果前面接发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS的容量；如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS的容量。

      任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99以上,谐波电流小于5%,前置发电机的容量理论上和UPS功率相同,大大减少了投资和占地面积等。尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。

      (2) 本身功耗小

      若要求工频机输入功率因数为0.95以上时,必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流,如图1所示。使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。同为100kVA的容量时,工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电! 

图1  高输入功率因数下的工频机UPS和高频机UPS结构方框图

      (3) 对外干扰小

      工频机UPS产生电噪声和机械噪声。电噪声影响机器的稳定度,机械噪声影响人的身心健康,降低工作效率。而高频机UPS工作在20kHz以上,20kHz是人耳听不到的频率,使工作环境安静下来。又由于高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上,对外干扰几乎为零。

      (4) 体积小、重量轻

      工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积、重量都很大。比如某品牌200kVA工频机UPS重1 380kg,而同一厂家的250kVA高频机UPS重量只有830kg。

      (5) 全数字技术

      工频机UPS当初采用的是模拟技术,现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高频机UPS技术是一种全数字化技术,可靠性是很高的。

      (6) 对电网的适应能力强

      工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易;而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化,这又大大延长了电池的寿命。

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      (7) 能将并机环流衰减到几乎为零

      工频机UPS的并联是变压器的直接并联,而变压器的直接并联最容易产生环流,而且这个环流的路径畅通无阻,如图2(a)所示;高频机UPS由于没有输出变压器,其并联如图2(b)所示,可以看出这里的环流路径上处处是障碍,小于2V的电压差根本形不成环流,而工频机UPS在此情况下就会形成很大的环流。

      总之,高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS,而且还具备后者没有的优点。

图2 两种UPS并联方框图

      工频机UPS的推销者为了延缓销售寿命,在其他性能指标上无法与高频机UPS抗衡,就把希望寄托在输出变压器上,因为高频机UPS没有这个变压器,再加之一些用户缺乏技术概念,于是就赋予了变压器很多功能。比如这个变压器可以抗干扰、可以缓冲负载浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化等等。

      工频机UPS输出变压器的基本功能就是变压和产生隔离接地点,其他功能只是想像中的一种美好愿望。

      3 高频UPS与工频UPS的现状

      因为高频机UPS对技术与工艺以及生产手段的要求非常严格,一般也不容易仿制,20kHz以上的高频机UPS容量都小于100kVA,只有少数制造厂的技术真正过关,并且已显示出强大的生命力。在大功率范围虽然不能做到20kHz,但可以采用高频机结构,比如用IGBT高频整流(相对于50Hz而言),频率一般在15kHz以下,多数厂家已可做到200kVA,但也有佼佼者,比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA,伊顿9395也可做到15kHz/1200kVA,并已成为美国的军方指定产品。这说明高频机结构UPS技术早已成熟。在我国军方和金融等重要部门也纷纷采用,并收到了良好的效果。

      当然工频机结构UPS在这种情况下的日子会越来越艰难,好在是还有那么一批厂家的高频机结构UPS没有过关,还得主推工频机UPS,作为市场手段多说一些当前用工频机UPS更合适之类的语言,多说一些工频机的好处和多找一些高频机的缺点均属正常现象,这可以理解,也可能是认识问题。但不要认为工频机UPS技术永远不落后。从科学发展观来说,以后一段时间内无疑是高频机UPS的市场。不可否认,高频机UPS同样也有退出历史舞台的一天,当然那是后话。

      4 结束语

      现在有一种说法:高频机UPS和工频机UPS是两个发展方向。这就使人糊涂了:难道效率低的产品也是发展方向?难道节能减排还允许其产品反向发展?难道耗费资源和笨重的产品也是发展方向?

      总之,这种观点不外乎说:高频机UPS与工频机UPS并存;节能减排与浪费能量和资源并存;先进与落后并存…所谓技术上的并存应该是不可替代的,比如自行车虽然比汽车跑得慢,但它们在一定程度上是互相不可替代的;而这里的UPS技术却是可以完全替代的啊。这就像汽车2型可以替代1型,3型可以替代2型一样顺理成章。