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近年來，隨著大數(shu)據、等技術的(de)(de)快速(su)發展，傳統的(de)(de)也迎(ying)來了(le)(le)一(yi)個(ge)飛速(su)變(bian)(bian)革的(de)(de)時期。作為(wei)數(shu)據中心供配電系(xi)統的(de)(de)重要(yao)組成部(bu)分，UPS也開(kai)始發生(sheng)變(bian)(bian)化(hua)。可靠、高效、易(yi)用、易(yi)維(wei)護成為(wei)越來越多UPS廠家關(guan)注的(de)(de)重點。那么(me)從UPS誕生(sheng)至(zhi)今，共(gong)經過了(le)(le)哪些(xie)(xie)變(bian)(bian)化(hua)？是(shi)什(shen)么(me)引起(qi)了(le)(le)這些(xie)(xie)變(bian)(bian)化(hua)？現在市(shi)場上主流(liu)產(chan)品(pin)有哪些(xie)(xie)？文(wen)中將對這幾(ji)個(ge)問題進行解答。

1 UPS分類方法

UPS的(de)分(fen)類方法很多，按儲(chu)能(neng)方式大致可分(fen)為動(dong)態UPS和(he)(he)靜態UPS，動(dong)態UPS和(he)(he)靜態UPS又(you)可以(yi)細分(fen)為后備式、在(zai)線互動(dong)式、在(zai)線雙轉(zhuan)換(huan)式等；從技術上又(you)有工頻(pin)(pin)和(he)(he)高(gao)頻(pin)(pin)之分(fen)，高(gao)頻(pin)(pin)機(ji)(ji)(ji)中又(you)細分(fen)為塔式高(gao)頻(pin)(pin)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)模塊化高(gao)頻(pin)(pin)機(ji)(ji)(ji)。

（1）動態UPS分類

動(dong)態UPS是通過旋轉部(bu)件(jian)釋放動(dong)能(neng)，其典(dian)型代表(biao)是飛輪UPS.飛輪UPS在市場上的應用主(zhu)要有如下幾種：

①在線(xian)雙變換(huan)式飛輪UPS

該結構使用飛輪代(dai)替了(le)電池進(jin)行儲能，需要搭(da)配傳統UPS，因此應用比較(jiao)局限。圖1給(gei)出了(le)在線雙(shuang)變換式飛輪UPS的組成。

②旋轉在線式(shi)飛輪UPS

圖(tu)2為旋轉(zhuan)在線式(shi)飛輪UPS的(de)組(zu)成。該解決(jue)方案替代傳統UPS。

耦(ou)合扼流圈主要功能(neng)是(shi)實(shi)現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)、補償和(he)濾波(bo)。核心部件是(shi)M/G電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)-發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)，市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)正常(chang)時作為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)帶動(dong)飛(fei)(fei)輪（給飛(fei)(fei)輪充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)），市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)異(yi)常(chang)時飛(fei)(fei)輪放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，作為發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)，完全是(shi)機(ji)械(xie)式取(qu)代電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力子變(bian)換(huan)，沒有電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子變(bian)換(huan)的精確控制，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網適應性(xing)和(he)逆變(bian)出的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)會變(bian)差。

③在線互動式飛輪UPS

該方(fang)(fang)案替代傳(chuan)統(tong)UPS+電(dian)池方(fang)(fang)案。圖(tu)3為(wei)在線互動(dong)式(shi)飛輪UPS的組成。其工作原理同在線互動(dong)式(shi)UPS，類似一個有源濾波器，可實(shi)現簡(jian)單(dan)的濾波和穩壓功能，拓撲簡(jian)單(dan)，效率較高。但是電(dian)網適(shi)應性(xing)和輸出性(xing)能指標明(ming)顯偏差(cha)。

④三種(zhong)動(dong)態UPS抗電(dian)網*能力對比

以(yi)上是三種比(bi)較典型的(de)動態UPS，表1對這三種動態UPS抗(kang)電網*能(neng)力做一個(ge)簡(jian)單的(de)對比(bi)。

從表1可以看(kan)出，在(zai)線雙變換式(shi)飛輪UPS是抗(kang)*能力(li)最強的，但是這(zhe)種飛輪UPS必須搭(da)配傳統(tong)UPS進行(xing)使用，應(ying)(ying)用比較局限，目前國內(nei)應(ying)(ying)用最多的是在(zai)線互(hu)動(dong)式(shi)飛輪UPS.

（2）靜態UPS分類

靜(jing)態UPS以電池(chi)為儲能工具。從工作原理分類來說，常見的靜(jing)態UPS主要(yao)有后(hou)備式(shi)、在線互動式(shi)、Delta變(bian)換(huan)式(shi)以及在線雙變(bian)換(huan)式(shi)四種(zhong)。

①后備式UPS

后備式UPS只(zhi)有在供(gong)(gong)電異(yi)常(chang)時才啟動逆(ni)變器，正常(chang)供(gong)(gong)電時，無法對(dui)市電電網問題進(jin)行調節，供(gong)(gong)電質(zhi)量相(xiang)對(dui)較差，但其(qi)效(xiao)率較高。

該架構多用(yong)于(yu)容量小于(yu)3kVA的UPS，結構簡單(dan)，一(yi)般備電時(shi)間(jian)在10min左右，通常是(shi)方波輸出，主要(yao)應(ying)用(yong)場景是(shi)PC機(ji)等(deng)。圖4為后(hou)備式UPS的原理圖。

②互動式UPS

互(hu)動(dong)式UPS相比后(hou)備(bei)式而言，增加了(le)穩壓環節，供(gong)電質量好(hao)于(yu)后(hou)備(bei)式UPS.其成(cheng)本低、電路比較簡單，但是無法(fa)消除輸入(ru)失真和*.并且切換時有轉換時間。該架構應用于(yu)功(gong)率容量5kVA以(yi)下(xia)的小容量UPS，通常是方波(bo)輸出(chu)或(huo)模擬正弦波(bo)輸出(chu)。多用于(yu)對PC或(huo)辦公設備(bei)提供(gong)保護(hu)。圖5為在(zai)線互(hu)動(dong)式UPS的原理圖。

③Delta變換(huan)式UPS

Delta變換式UPS的(de)核心為Delta變換器和(he)主變換器。圖6為Delta變換式UPS的(de)原理(li)圖。

Delta變換器的(de)作用是(shi)：控制(zhi)(zhi)輸(shu)(shu)入電流(liu)，是(shi)一個高阻正弦(xian)波電流(liu)源；控制(zhi)(zhi)電流(liu)充(chong)電；補償輸(shu)(shu)入電壓(ya)，保證(zheng)輸(shu)(shu)出電壓(ya)穩定不變；控制(zhi)(zhi)調整輸(shu)(shu)入功(gong)率因數。

主變換器的作用是：控(kong)制并穩定(ding)輸出電(dian)(dian)(dian)壓，是一個低內阻正(zheng)弦波(bo)電(dian)(dian)(dian)壓源；給電(dian)(dian)(dian)池充電(dian)(dian)(dian)；市電(dian)(dian)(dian)掉(diao)電(dian)(dian)(dian)時，向負(fu)(fu)載(zai)供電(dian)(dian)(dian)；市電(dian)(dian)(dian)正(zheng)常時，補償(chang)負(fu)(fu)載(zai)電(dian)(dian)(dian)流中的無功和諧波(bo)成分。

從(cong)Delta變換器和主變換器的(de)作用可以看出，Delta變換式(shi)UPS對輸(shu)(shu)入調節能力更強，當然，結(jie)構也比在線互動式(shi)復雜(za)。該架構應用于(yu)功率容量20～200kVA的(de)UPS，輸(shu)(shu)出為正弦波。

④在(zai)線(xian)雙(shuang)變換(huan)式UPS

在線雙(shuang)變(bian)換式(shi)UPS能為(wei)負(fu)載提供很完(wan)美的(de)(de)保(bao)護，可(ke)以(yi)濾(lv)除(chu)電網中幾乎所有的(de)(de)*和諧波(bo)，缺(que)點是架構(gou)復雜，一般(ban)成本較高(gao)(gao)。該架構(gou)應(ying)用于功率容量(liang)為(wei)1～1200kVA的(de)(de)UPS；與以(yi)上(shang)幾個架構(gou)對比，其(qi)可(ke)靠性最高(gao)(gao)。目前80%的(de)(de)UPS均采用該架構(gou)，輸出為(wei)標準正弦波(bo)，主要對IT負(fu)載或(huo)其(qi)它行業(ye)重要負(fu)載提供保(bao)護。圖7為(wei)在線雙(shuang)變(bian)換式(shi)UPS的(de)(de)原理圖。

UPS的工作狀(zhuang)態有(you)多種，分別為主路(lu)模(mo)式、靜態旁路(lu)模(mo)式、電(dian)池模(mo)式以及維(wei)修(xiu)旁路(lu)模(mo)式。在(zai)線雙變(bian)換式UPS從架構還分為工頻(pin)機和(he)高頻(pin)機。

（3）靜態UPS抗(kang)電(dian)網*能(neng)力對比

表2為上述四種靜(jing)態UPS架構抗電網*能力的對比(bi)。可以看(kan)出(chu)，在線雙(shuang)變換式(shi)UPS是抗電網*能力最(zui)強的。

（4）動(dong)態與(yu)靜態UPS的對比(bi)

靜(jing)態UPS與動態UPS最(zui)大(da)的(de)區(qu)別在于其儲能(neng)方(fang)(fang)式，一個是(shi)電池(chi)儲能(neng)，一個是(shi)飛輪儲能(neng)，表3對比這兩(liang)種(zhong)儲能(neng)方(fang)(fang)式的(de)優劣。

從表3可以看出蓄電(dian)池儲(chu)(chu)能與飛(fei)輪儲(chu)(chu)能各有優劣，但是飛(fei)輪儲(chu)(chu)能的(de)后備時(shi)間(jian)一般僅有15s，這使(shi)得其(qi)使(shi)用場(chang)景受到很大的(de)限制。

表4以華為(wei)UPS5000系列在(zai)(zai)線(xian)雙變換式(shi)UPS和ActivePower在(zai)(zai)線(xian)互(hu)動式(shi)飛輪UPS為(wei)例的(de)參數(shu)對(dui)比。

從表(biao)4可(ke)以看出(chu)，除效率外，其他參數UPS5000系列在線雙變換式UPS的參數要優于ActivePower飛輪UPS，并(bing)且在UPS通(tong)常工作的低載段(duan)（40%）效率并(bing)不輸給飛輪UPS.

通過以上兩個對比我們可以得出如下(xia)結論(lun)：

①與傳統(tong)UPS相比，飛(fei)輪(lun)UPS在(zai)節能、環保等方面具備(bei)一定優勢(shi)；

②飛輪UPS由于固有的缺陷，應用存(cun)在局限(xian)性(xing)：備(bei)電(dian)(dian)時間短，僅15s，油機(ji)啟動失(shi)敗會(hui)造(zao)成嚴重停(ting)電(dian)(dian)事故(gu)；價(jia)格昂貴(gui)，且必(bi)須與油機(ji)配合(he)使用，增加了初始(shi)投資(zi)；系統復雜(za)，需要原廠專(zhuan)業維護(hu)，維護(hu)成本(ben)高；電(dian)(dian)網(wang)適應性(xing)差(cha)，輸入輸出性(xing)能(neng)指標都不如(ru)在線雙變換式UPS.

基(ji)于(yu)上(shang)述分析，飛輪UPS僅適(shi)用于(yu)以下(xia)場景(jing)：可接受新技術的綠色環(huan)保型供電(dian)系統(tong)；電(dian)網質量很好、較少(shao)有斷電(dian)事故、系統(tong)可靠性(xing)要求不(bu)高的場合(he)。

2 高頻(pin)機與(yu)工頻(pin)機的對比分析

靜態UPS目(mu)前應用最(zui)廣泛(fan)的(de)是在線雙變換式UPS，這也是抗(kang)*能力最(zui)強(qiang)的(de)靜態UPS，而在線雙變換式UPS從(cong)產(chan)生至今也經過了從(cong)工頻(pin)機到高(gao)頻(pin)機的(de)演進。

（1）工(gong)頻與(yu)高頻介紹

工(gong)頻UPS即(ji)基于(yu)變壓器的UPS（Transformer-basedUPS），因早期使用SCR半控器件整流，工(gong)作頻率與電網頻率一(yi)致(zhi)而得(de)名(ming)。

高頻UPS即無(wu)需變壓器的UPS（Transformer-lessUPS），高頻UPS相比于(yu)傳統工頻UPS，因整流頻率在10kHz以上而得名。

工(gong)頻UPS在(zai)發展過程中，從SCR整流變為IGBT整流，并且不再使用隔離變壓器。因此雖然從名稱上看(kan)工(gong)頻與(yu)高(gao)頻是基于頻率來(lai)命名，但是業內一(yi)般用有(you)無(wu)隔離變壓器來(lai)做區別。

（2）工(gong)頻UPS的演進

工頻UPS從出(chu)現(xian)至今，經(jing)歷(li)過表5所示的幾次發展(zhan)與變化。

現代工頻UPS已經(jing)是使(shi)用(yong)IGBT整(zheng)流的、加了隔離(li)變壓器(qi)的高頻UPS。

（3）工頻(pin)到高頻(pin)發展(zhan)的原因

從工頻(pin)到高(gao)頻(pin)，探究其發(fa)展原因，主(zhu)要有以下兩(liang)點：

①市場的(de)需求(qiu)。隨著(zhu)節(jie)能減排(pai)、綠色等要求(qiu)的(de)提出，要求(qiu)UPS更(geng)高效，另(ling)一(yi)方(fang)面也要求(qiu)安(an)裝維護更(geng)方(fang)便，這些因素推動整個UPS架(jia)構的(de)發(fa)展(zhan)；

②技(ji)術(shu)的(de)(de)進(jin)步(bu)。一方面是器(qi)件(jian)技(ji)術(shu)的(de)(de)進(jin)步(bu)，硅(gui)進(jin)銅(tong)退，在經(jing)歷了MOSFET、IGBT等功率器(qi)件(jian)的(de)(de)更新換代(dai)、DSP與數(shu)字電(dian)路(lu)的(de)(de)廣泛應(ying)用、LLC、軟(ruan)(ruan)開關、三電(dian)平逆變等新拓撲的(de)(de)逐(zhu)漸成熟后(hou)，高頻化、數(shu)字化、智能(neng)化已成為電(dian)子(zi)產(chan)品的(de)(de)主流趨勢。 銅(tong) 所代(dai)表的(de)(de)變壓器(qi)、濾(lv)波電(dian)感等傳統模擬(ni)電(dian)路(lu)器(qi)件(jian)正逐(zhu)漸被 硅(gui) 所代(dai)表的(de)(de)各種單片機、控(kong)制芯片、新型半導體功率器(qi)件(jian)等數(shu)字電(dian)路(lu)器(qi)件(jian)所代(dai)替。另(ling)一方面軟(ruan)(ruan)件(jian)的(de)(de)迅速發(fa)展也使得數(shu)字電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)可以替代(dai)部分模擬(ni)技(ji)術(shu)的(de)(de)功能(neng)。

（4）工頻(pin)機(ji)與高頻(pin)機(ji)對比(bi)

可以從以下幾方面對工(gong)頻機(ji)與高頻機(ji)進行對比(bi)：

①可靠(kao)性(xing)，高頻(pin)機的可靠(kao)性(xing)不(bu)弱(ruo)于工(gong)頻(pin)機

高頻機(ji)發(fa)展至今(jin)，在(zai)可靠(kao)性上已經不(bu)弱于工頻機(ji)，甚(shen)至猶有勝(sheng)之，見(jian)表6；

②環境適應性(xing)，高頻機要優于工頻機

高頻機是以微處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)器作為處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)控(kong)制中(zhong)心，將繁雜(za)的硬件模擬電路燒錄于(yu)微處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)器中(zhong)，以軟件程序(xu)的方式來控(kong)制UPS的運行。因此(ci)，體積(ji)、重(zhong)量等(deng)方面都有明顯的降低，噪音也較小，對空間、環境影響(xiang)小；

③投資角度(du)，高(gao)頻機要優于工頻機

從(cong)設備本身(shen)投資角(jiao)(jiao)度(du)考慮(lv)(lv)，二(er)者相差(cha)不(bu)大(da)（部(bu)(bu)分廠(chang)家高頻機(ji)價格(ge)好，部(bu)(bu)分廠(chang)家工頻機(ji)價格(ge)有優勢），但綜合考慮(lv)(lv)二(er)者的效率、柴油機(ji)配(pei)比等(deng)問題，從(cong)整(zheng)體投資角(jiao)(jiao)度(du)，高頻機(ji)要優于(yu)工頻機(ji)。

例如(ru)，某著名廠(chang)商(shang)的工頻機(ji)（12脈沖+11次諧波濾波器），其建議(yi)和柴油發電機(ji)組(zu)的最低配(pei)比(bi)(bi)為(wei)(wei)1：1.4.而同樣該廠(chang)商(shang)的高(gao)頻機(ji)，和柴油發電機(ji)組(zu)的配(pei)比(bi)(bi)理想狀態為(wei)(wei)1：1（通常(chang)考慮1：1.1）；

④節能角度，高頻機要優于工頻機

現在(zai)市場上各(ge)廠商產品，高頻(pin)機(ji)(ji)的半載效(xiao)率普遍(bian)優于工頻(pin)機(ji)(ji)，通(tong)常高頻(pin)機(ji)(ji)半載效(xiao)率可達(da)94%，而工頻(pin)機(ji)(ji)半載效(xiao)率一般(ban)為(wei)88%左右；

⑤工頻機體(ti)積重量(liang)大(da)，安裝施工困難

由于變壓器的(de)存在，工頻機的(de)占地面積和重量大大超過同(tong)功率下(xia)的(de)高頻機，由此造成安裝施工困難，增加安裝施工成本(ben)。

綜上所述，高頻機在各方面(mian)的表現(xian)都優于工(gong)頻機，相信在未來會逐步取(qu)代市面(mian)上的工(gong)頻機。

3 結束語

從(cong)UPS的(de)(de)(de)整個(ge)發(fa)(fa)展歷程來(lai)看，總(zong)體來(lai)說是(shi)在保證(zheng)可靠性的(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，朝著效率越來(lai)越高，維護安裝(zhuang)越來(lai)越方(fang)便的(de)(de)(de)方(fang)向發(fa)(fa)展的(de)(de)(de)。工頻(pin)機(ji)(ji)(ji)發(fa)(fa)展到高頻(pin)機(ji)(ji)(ji)后，在高頻(pin)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)上(shang)又有很(hen)多分支，比如塔式機(ji)(ji)(ji)，類模塊化機(ji)(ji)(ji)器以及(ji)模塊化機(ji)(ji)(ji)器。以UPS的(de)(de)(de)整個(ge)發(fa)(fa)展趨(qu)勢來(lai)看，未來(lai)高頻(pin)模塊化UPS是(shi)其主要發(fa)(fa)展方(fang)向。

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