YD/T1095-2000《通信用不間斷電源-UPS》行業(yè)標準自2001年批準執行以來(lái),至今已有6年。在1996年底原郵電部對通信電源實(shí)行進(jìn)網(wǎng)管理時(shí),UPS還沒(méi)有通信行業(yè)產(chǎn)品標準,對UPS進(jìn)網(wǎng)質(zhì)量檢驗主要引用了國家標準GB/T14715-93《信息技術(shù)設備用不間斷電源通用技術(shù)條件》,此標準是UPS產(chǎn)品的通用技術(shù)條件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“通用技術(shù)條件”),由于當時(shí)我國UPS技術(shù)開(kāi)發(fā)和制造業(yè)處于起步階段,無(wú)論是技術(shù)水平或單機容量與國外產(chǎn)品相比尚存在較大的差距。而且市場(chǎng)上銷(xiāo)售的小容量UPS幾乎都是為PC機供電,所以在“通用技術(shù)條件”中沒(méi)有對輸入功率因數、輸入諧波電流、輸出穩壓精度以及輸出電流峰值系數等技術(shù)指標作出相應的規定。
YD/T1095-2000的制定,主要是根據通信行業(yè)的負載特點(diǎn)提出了不同程度的要求。對UPS的輸入技術(shù)參數的確定主要根據有源補償與無(wú)源補償的特性,并沒(méi)有考慮到三相六脈波基本電路的輸入參數。為了便于通信局、站電源系統的集中監控,對UPS提出了應具有遙測、遙信功能,并對遙測、遙信內容做了相應的規定。與此同時(shí),也注意到一些用于非重要場(chǎng)合如辦公室自動(dòng)化、各單位內局域網(wǎng)及服務(wù)器的供電對小容量(10kVA以下)UPS的一般要求,在標準中把與此相關(guān)的技術(shù)指標分為三類(lèi)(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)),Ⅰ類(lèi)指標可滿(mǎn)足上述高端用戶(hù)在重要場(chǎng)合下運行的要求。而Ⅲ類(lèi)指標可達到在非重要場(chǎng)合下運行的一般要求,Ⅱ類(lèi)指標介于Ⅰ類(lèi)與Ⅲ類(lèi)之間,可供用戶(hù)根據負載特性及使用環(huán)境來(lái)綜合選擇。
2004年3月,通信電源由進(jìn)網(wǎng)管理正式轉變?yōu)楫a(chǎn)品質(zhì)量認證的行業(yè)管理,此標準作為UPS產(chǎn)品檢驗的依據標準和產(chǎn)品質(zhì)量認證現場(chǎng)檢查的部分依據。在產(chǎn)品質(zhì)量認證的初期,申請認證的UPS均為雙變換(在線(xiàn))式,這種形式的大功率UPS(100kVA以上)基本上都是國外品牌產(chǎn)品,其中部分UPS的輸入主電路采用了先進(jìn)的IGBT(PWM)整流技術(shù),輸入功率因數可達0.99以上,輸入電流諧波含量小于5%。采用三相12脈波整流器配置無(wú)源11次諧波濾波器的UPS滿(mǎn)載輸入功率因數也可達到0.95以上,輸入電流諧波含量低于10%。即便是三相6脈波整流器配置無(wú)源5次諧波濾波器的UPS,其上述兩項指標也優(yōu)于標準中Ⅱ類(lèi)技術(shù)要求。以上幾種形式輸入電路的UPS整機轉換效率均可≥90%,逆變至旁路轉換時(shí)間一般都可做到無(wú)間斷轉換或1ms(毫秒)左右的轉換時(shí)間,符合標準中Ⅰ類(lèi)與Ⅱ類(lèi)的技術(shù)要求。
對于國產(chǎn)小功率(尤其是20kVA以下)的UPS,變換技術(shù)和主電路結構各具不同,目前一般可分為雙變換(在線(xiàn))式、互動(dòng)式和后備式三種。所采用的變換技術(shù)可分為高頻或工頻變換。電路結構根據不同的變換技術(shù)也各不相同,其中高頻雙變換(在線(xiàn))式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高頻在線(xiàn)式)UPS無(wú)工頻變壓器,在整流器與逆變器之間設有一級高頻DC/DC變換電路,其主要功能是對交流輸入端進(jìn)行功率因數補償(PFC),如采用連續電流控制方案可將輸入功率因數提高至0.98左右,輸入諧波電流含量可控制在10%以?xún)?轉換效率一般大于88%,甚至更高,雖然過(guò)載能力較差一些,但也能滿(mǎn)足標準中的Ⅲ類(lèi)技術(shù)要求。其它主要技術(shù)指標與標準有著(zhù)較好的符合性。
與高頻機相比,工頻變換尤其單相輸入的UPS(簡(jiǎn)稱(chēng)工頻機)在以上幾項主要技術(shù)要求中表現欠佳。由于工頻機沒(méi)有輸入功率因數補償功能,所以其輸入功率因數PF只能達到0.7左右,根據功率因數PF與諧波電流含量(THD)的關(guān)系式:
THD(I)=√(1/PF)2-1可計算出輸入諧波電流含量THD(I)將達到100%,實(shí)際測量的結果也是如此,也就是說(shuō)在其輸入端產(chǎn)生的諧波電流的有效值與基波電流有效值相同。
如此大的諧波電流無(wú)疑要對電網(wǎng)及與電網(wǎng)并聯(lián)的其它用電設備造成不同程度的傳導干擾,另一方面還要占有交流輸入電源的一部分容量,在諧波電流流過(guò)的導線(xiàn)及熔斷器上將產(chǎn)生無(wú)用的有功功率,并全部轉換為熱量使導線(xiàn)及熔斷器的溫升增大。另一方面輸出容量在10~20kVA工頻機的轉換效率一般只能做到85%左右,甚至更低,所以上述幾項技術(shù)指標很難達到標準中的要求。工頻機的過(guò)載能力較強,一般可達到標準中Ⅰ類(lèi)技術(shù)要求,逆變至旁路轉換時(shí)間與高頻機相比無(wú)明顯差異。
由于這種UPS裝有工頻變壓器,所以無(wú)論是整機重量或制造成本與高頻機相比都比較高。以一臺效率為85%的10kVA工頻機帶70%的負載為例,與效率為90%的同容量高頻機在同樣的條件下運行一年所消耗的電量相比,工頻機比高頻機多消耗近4000度電。由于上述原因,再加之2005年至2007年原材料價(jià)格上漲,這也是導致工頻機在國內市場(chǎng)占有率逐漸下降的原因之一。
一些多年生產(chǎn)工頻機的企業(yè)面對市場(chǎng)需求與行業(yè)的監督管理,一方面著(zhù)手引進(jìn)或開(kāi)發(fā)高頻變換技術(shù),而另一方面對現有工頻機的輸入功率因數和輸入諧波電流采取機外補償的措施。但采用補償措施后的工頻機很難適應市場(chǎng)的要求。
面對上述小功率工頻UPS存在的問(wèn)題,一方面要對市場(chǎng)(用戶(hù))采取積極正確的引導措施,電網(wǎng)運營(yíng)及通信行業(yè)主管部門(mén)對廣大用戶(hù)和UPS生產(chǎn)企業(yè)積極地進(jìn)行節能環(huán)保的宣傳。另一方面技術(shù)質(zhì)量監督機構和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗機構要加大對此類(lèi)產(chǎn)品的監督力度,只有這樣才能加快這些高能耗且對電網(wǎng)嚴重污染的UPS從國內市場(chǎng)上退出。
互動(dòng)式UPS可為一般負載(主要是辦公自動(dòng)化的計算機等)提供較為穩定可靠的供電。此種UPS的輸出容量一般在5kVA以下,其電路結構比較簡(jiǎn)單,主變換電路只有一個(gè)可雙向變換的變換器,當市電電壓在負載允許變化的范圍內時(shí),市電通過(guò)UPS內部帶有多路抽頭的穩壓器直接對負載供電,同時(shí)其內部的變換器以AC/DC整流方式對蓄電池充電;當市電電壓的變化范圍超過(guò)負載要求時(shí),其內部的穩壓器通過(guò)多路抽頭的切換將UPS的輸出電壓穩定在負載允許范圍內。如果市電停電或電壓、頻率超過(guò)UPS的允許范圍,此時(shí)UPS的工作方式將轉入逆變狀態(tài),其內部的變換器以DC/AC逆變方式將蓄電池的直流電壓變換為交流220V正弦波或準方波電壓繼續為負載供電。另有一些互動(dòng)式UPS無(wú)論工作在哪種狀態(tài),其變換器的控制電路始終檢測并跟蹤著(zhù)市電交流電壓的頻率和相位,以滿(mǎn)足兩種工作方式在同頻率同相位狀態(tài)下相互轉換的要求。
互動(dòng)式UPS具有電路結構簡(jiǎn)單、可靠性高、正常工作時(shí)過(guò)載能力強、高效節能等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在一些不足之處,由于其輸入端只有高頻無(wú)源濾波電路而沒(méi)有功率因數補償功能,所以非線(xiàn)性負載產(chǎn)生的諧波電流幾乎完全由交流電網(wǎng)提供,因而對交流電網(wǎng)會(huì )產(chǎn)生諧波傳導干擾,反之,來(lái)自交流電網(wǎng)的各種干擾也會(huì )直接影響負載的正常工作。在市電供電時(shí),其輸出電壓的穩定性決定于市電的波動(dòng)性與其內部穩壓電路的抽頭數量以及兩抽頭間電壓變化量。當抽頭數量較少且兩抽頭間繞組匝數較多時(shí),穩壓電路在調節輸出電壓時(shí)會(huì )出現輸出電壓過(guò)高或過(guò)低的現象。只要將抽頭數量適當增加,輸出電壓便可穩定在一個(gè)變化較小的范圍內,雖然其穩壓性能較上述雙變換式UPS差一些,但也可以滿(mǎn)足一般負載的要求。由于電路結構的特點(diǎn),這種UPS沒(méi)有旁路轉換功能,在DC/AC逆變器進(jìn)入供電狀態(tài)之前,必須使輸入主電路與市電電網(wǎng)分離,避免逆變器向市電電網(wǎng)反向供電。