CSB蓄電池HR1224W HR系列高性能

CSB蓄電池HR1224W HR系列高性能

UPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

隨著信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計算機的廣泛應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，信息設(shè)備對不間斷電源（UPS）供電系統(tǒng)的容量、可靠性要求越來越高，不間斷電源(UPS)的重要性日益凸顯。為了適應(yīng)各行業(yè)用戶對UPS供電系統(tǒng)的更高要求，UPS的技術(shù)發(fā)展水平也在不斷提高。
　　
　　一、 UPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　1.1UPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　（1）UPS的輸入端加裝輸入濾波器和有源功率因數(shù)校正器，并采用串并聯(lián)補償技術(shù)來降低輸入電流失真度，減小UPS對市電電源的污染，使其向綠色電能變換型電源設(shè)備發(fā)展。（2）為實現(xiàn)UPS小型化，減小輸出變壓器和輸出濾波器的尺寸，減小電磁干擾，目前已采用串聯(lián)諧振逆變器，再經(jīng)過隔離變壓器和變頻器組成高頻連接的UPS。（3）數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，即廣泛應(yīng)用數(shù)字信號處理器（DSP），盡可能使控制電路全微處理器化。因為數(shù)字控制器精度高，抗干擾能力強。而且計算技術(shù)的應(yīng)用可使UPS更容易實現(xiàn)智能化管理，以便使電源運行在蕞優(yōu)化狀態(tài)。（4）蓄電池是UPS的心臟，一般都使用免維護密封鉛酸蓄電池。目前已有以微處理器監(jiān)控技術(shù)為主的電池管理體系，隨時觀察電池的充、放電狀態(tài)，對電池進行保護。（5）采用冗余技術(shù)和熱插拔技術(shù)。隨著用戶負載的增加以及對高可靠性的要求，多臺UPS并聯(lián)冗余運行來提高UPS系統(tǒng)的可靠性、可用性及擴充UPS容量已成為UPS系統(tǒng)配置的一種新趨勢。其關(guān)鍵是采用了高可靠的并聯(lián)冗余技術(shù)。業(yè)內(nèi)廠商采用雙數(shù)字處理技術(shù)（DSP高速數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字化鎖相技術(shù)）對有功功率進行高速、精確地分配和控制，大大提高了UPS并聯(lián)冗余系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　1.2 目前我國UPS的技術(shù)發(fā)展水平
　　
　　多數(shù)UPS生產(chǎn)廠家對大容量UPS復(fù)雜的控制及保護電路技術(shù)的掌握程度和設(shè)計水平,目前還尚未達到能自主靈活設(shè)計的程度,在這方面可能也存在一些控制電路芯片的所有權(quán)問題。另有一些UPS制造商是以從國外進口零部件在國內(nèi)組裝貼國內(nèi)品牌參與市場競爭,還有一些UPS制造商只購進主要零部件,在國內(nèi)完成整機結(jié)構(gòu)設(shè)計并經(jīng)組裝調(diào)試后成為自有品牌的產(chǎn)品。以上兩種生產(chǎn)(合作)方式有利于對國外大容量UPS較深層技術(shù)的學(xué)習(xí)與理解,并能積累一些經(jīng)驗,在市場競爭中也有一定的價格優(yōu)勢,但是這種合作方式一般是以只有對方能掌握核心技術(shù)為原則。
　　
　　國內(nèi)的小功率UPS市場已經(jīng)十分成熟，同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，在大功率UPS技術(shù)方面，一些國內(nèi)UPS廠商技術(shù)堅持自主研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新，使國產(chǎn)UPS技術(shù)提升到閑進水平，在*、技術(shù)等方面已經(jīng)接近。
　　
　　二、UPS技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　
　　UPS供電系統(tǒng)的技術(shù)與發(fā)展依托于良好的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、高頻開關(guān)變換技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、冗余并機技術(shù)、智能充放電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和新工藝技術(shù)等綜合技術(shù)，已呈現(xiàn)綠色化、模塊化、集成化、高頻化、智能化的發(fā)展趨勢。
　　
　　綠色化
　　
　　21世紀(jì)是節(jié)能與環(huán)保的世紀(jì)，實現(xiàn)UPS的綠色化，其主要任務(wù)實際上就是要減少UPS對市電電網(wǎng)、負載和周圍環(huán)境的諧波污染，提高UPS的電能變換效率。UPS對環(huán)境造成的污染是由諧波造成的。而實現(xiàn)UPS綠色化的主要方法可采用良好的功率因數(shù)校正技術(shù)、高頻脈寬調(diào)制技術(shù)、多脈沖整流技術(shù)、電磁屏蔽和濾波技術(shù)、廣義的軟開關(guān)技術(shù)、串并聯(lián)補償技術(shù)等來盡快盡好地實現(xiàn)UPS綠色化。
　　
　　模塊化
　　
　　模塊化是在電源的傳統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計思想，尤其在信息時代，UPS產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設(shè)計的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。如何使產(chǎn)品的模塊化設(shè)計全房位地滿足市場的多樣化需求，已引起廠商、開發(fā)人員及其標(biāo)準(zhǔn)化研究者的高度重視。
　　
　　模塊化被認(rèn)為是UPS技術(shù)發(fā)展的趨勢之一，相對于傳統(tǒng)意義上的UPS，模塊化UPS具有三大優(yōu)勢：
　　
　　第1，“模塊化冗余并聯(lián)”技術(shù)避免了能源浪費。在行業(yè)用戶的信息網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)建設(shè)中，經(jīng)常會對UPS的容量產(chǎn)生錯誤的、或是過低或是過高的預(yù)計，其結(jié)果可能會導(dǎo)致采購成本過高、無法滿足負載需要或造成資源、空間及能源浪費等情況。模塊化UPS通過可擴充的模塊結(jié)構(gòu)有效解決了這一問題，它可以幫助用戶在未來發(fā)展不明確的情況下分階段進行建設(shè)和投資。
　　
　　第二，高安全、易維護的熱插拔技術(shù)突破了應(yīng)用瓶頸。傳統(tǒng)高UPS在日常維護、設(shè)備維護期間均需要采取轉(zhuǎn)旁路的方式，而負載在這種情況下是不受UPS保護的。因此，如果此時發(fā)生電源中斷、過載等故障，將會造成嚴(yán)重的損失，并且其維修過程相對繁瑣，不利時效。模塊化UPS系統(tǒng)中采用的熱插拔技術(shù)可以允許單體模塊在不需停電的前提下任意進入或退出并聯(lián)單元，從而實現(xiàn)了并聯(lián)系統(tǒng)的在線維護，同時無需專門的儀器或技術(shù)即可進行。
　　
　　第三，電源相位多制技術(shù)降低了采購和管理成本。傳統(tǒng)UPS的電源輸入與輸出相位是固定的，因此用戶在進行供電系統(tǒng)建設(shè)時，經(jīng)常會為了顧全不同的相位及容量而增加UPS的數(shù)量。在模塊UPS系統(tǒng)下，則可以采用電源相位多制技術(shù)來改變過往單一性造成的制約，用戶無需再考慮如何采購不同相位或容量的UPS產(chǎn)品來適應(yīng)系統(tǒng)的需要。
　　
　　集成化
　　
　　UPS從初始的設(shè)備保護和系統(tǒng)保護的純后備電源技術(shù)發(fā)展到今天的信息保護、智能管理和整體機房集成一體化應(yīng)用，其內(nèi)涵已擴展到發(fā)電、配電、變換、不間斷電源、機房、動力設(shè)備、電力電纜、數(shù)據(jù)布線、環(huán)境監(jiān)控及系統(tǒng)管理等方面，已不是初意義上的UPS，UPS設(shè)備只是該系統(tǒng)的核心部件。
　　
　　一些UPS廠商和供電系統(tǒng)的設(shè)計者也意識到這一點，因此在不斷提高UPS設(shè)備的性能和可靠性的同時，還加強對整體供電系統(tǒng)的研究，包括：系統(tǒng)中各種設(shè)備和環(huán)節(jié)的相互匹配和可靠性問題以及各種設(shè)備和環(huán)節(jié)連接技術(shù)的研究和規(guī)范化問題、供電系統(tǒng)的布局(集中式、區(qū)域式、分散式)問題等等。由此，一些供電系統(tǒng)廠商提出了供電系統(tǒng)“一體化解決方案”，而其中以端到端一體化解決方案蕞具特色。
　　
　　高頻化
　　
　　近年來，為了提高數(shù)據(jù)中心PUE（能效比），高頻機型UPS推出了很多新功能，填補工頻機型UPS功能上的不足，也使得高頻機型UPS的優(yōu)勢更加明顯。
　　
　　高頻UPS與工頻UPS相比所具有的優(yōu)點
　　
　　1、輸入功率因數(shù)高
　　
　　輸入功率因數(shù)不超過0.8諧波電流有30%之大。如果前面接發(fā)電機，工頻機UPS一般在200kVA，以下的輸入電路都采用了晶閘管6脈沖整流。發(fā)電機的容量至少要3倍于UPS容量;如果是單相小功率UPS發(fā)電機的容量至少要5倍于UPS容量。
　　
　　諧波電流小于5%,任何容量的高頻機UPS輸入功率因數(shù)都可做到0.99以上.前置發(fā)電機的容量理論上和UPS功率相同,大大減少了投資和占地面積等。尤其是對市電的充分利用具有良好的經(jīng)濟意義和社會意義。
　　
　　2、自身功耗小
　　
　　必需外加諧波濾波器或改為12脈沖整流,若要求工頻機輸入功率因數(shù)為0.95以上時.如圖1所示。使得工頻機UPS效率比高頻機UPS低5%同為100kVA容量時,工頻機UPS每年要比高頻機UPS多消耗5萬度電!
　　
　　3、對外干擾小
　　
　　機械噪聲影響人的身心健康,工頻機UPS發(fā)生電噪聲和機械噪聲。電噪聲影響機器的穩(wěn)定度.降低工作效率。而高頻機UPS工作在20kHz以上,20kHz人耳聽不到頻率,使工作環(huán)境安靜下來。又由于高頻機UPS輸入功率因數(shù)高達0.99以上,對外干擾幾乎為零。
　　
　　4、體積小、重量輕
　　
　　而同一廠家的250kVA高頻機UPS重量只有830kg工頻機UPS由于有了輸出變壓器和適應(yīng)50Hz電感電容等低頻器件使得體積、重量都很大。比如某品牌200kVA工頻機UPS重1380kg。
　　
　　5、全數(shù)字技術(shù)
　　
　　現(xiàn)在一般發(fā)展為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù),工頻機UPS當(dāng)初采用的模擬技術(shù).可靠性是很高的。
　　
　　6、對電網(wǎng)的適應(yīng)能力強
　　
　　這又大大延長了電池的壽命。工頻機UPS對于適應(yīng)輸入電壓±15%變化已很不易;而高頻機UPS甚至適應(yīng)輸入電壓±30%以上的變化。
　　
　　7、能將并機環(huán)流衰減到幾乎為零
　　
　　而變壓器的直接并聯(lián)容易產(chǎn)生環(huán)流,工頻機UPS并聯(lián)是變壓器的直接并聯(lián).而且這個環(huán)流的路徑疏通無阻,如圖2a所示;高頻機UPS由于沒有輸出變壓器,其并聯(lián)如圖2b所示,可以看出這里的環(huán)流路徑上處處是障礙,小于2V電壓差根本形不成環(huán)流,而工頻機UPS此情況下就會形成很大的環(huán)流。
　　
　　智能化
　　
　　為了適應(yīng)IT行業(yè)的發(fā)展，UPS技術(shù)中采用數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(shù)、電源管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，計算機硬件及軟件技術(shù)來完整實現(xiàn)UPS網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化。以下例舉實現(xiàn)智能化的一些功能和要求。
　　
　　（1）實時監(jiān)控功能。它對UPS各模擬參量和表示工作狀態(tài)的開關(guān)量進行實時高速采樣，實現(xiàn)數(shù)字式監(jiān)控。
　　
　　（2）自診斷、自保護功能。UPS將實時采集來的各項模擬參量和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)中的關(guān)鍵硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)與正常值進行分析比較，以判斷UPS是否有故障隱患存在。如果有故障，根據(jù)相應(yīng)的故障信息級別在控制面板的顯示屏上以友好的圖形界面、文字提示方式報警，或者在現(xiàn)場和控制室以指示燈燈光、報警器嗚叫方式報警、也可以用自動撥通電話等方式報警，并做出相應(yīng)的保護動作。
　　
　　（3）人機對話的控制方式。大型UPS可向用戶提供監(jiān)控器液晶顯示屏，以圖形和文字方式顯示工作流程和參數(shù)信息。可以提供讓用戶操作的可視化菜單。并以幫助和不斷提示的方式引導(dǎo)用戶按照既定方式處理故障，有效防止誤操作。
　　
　　（4）遠程控制功能。在網(wǎng)絡(luò)化時代，UPS不僅應(yīng)能向由它直接供電的負載設(shè)備提供保護，還應(yīng)該對整個網(wǎng)絡(luò)中的運行程序和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑進行全面地保護。這就意味著UPS應(yīng)配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件、SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)管理器，使其具有遠程管理能力，用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)平臺之間的遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信操作，使UPS成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要組成部分。這樣，由網(wǎng)管員通過網(wǎng)管軟件監(jiān)控多臺UPS，而且被管理的UPS可以在同一個LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)，納入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來管理UPS。
　　
　　三．UPS技術(shù)發(fā)展新方向
　　
　　1.直流高壓UPS
　　
　　高壓直流(HVDC)UPS很有可能是UPS發(fā)展的下一個階段，不僅是因為高壓直流UPS幾乎傳承當(dāng)前所有UPS的熱點和技術(shù)前沿技術(shù)，也不僅是它能夠兼收傳統(tǒng)UPS和-48VDC通信電源之間所長而摒棄其短，更重要的是它能夠在實現(xiàn)傳統(tǒng)UPS所有功能的基礎(chǔ)上更好地滿足負載供電的可靠性、經(jīng)濟性和適應(yīng)性。
　　
　　HVDC供電相對于傳統(tǒng)UPS供電，不但可靠性高、效率高、節(jié)能成效顯著，而且特別適用于負載重的機房。該技術(shù)可推廣性強，適合通信機房新建及改造。
　　
　　HVDC比傳統(tǒng)的UPS少一個DC/AC逆變器及服務(wù)器機架內(nèi)部的AC/DC整流器，這樣大大提高了供電系統(tǒng)的效率，從而降低供電系統(tǒng)的發(fā)熱損耗，發(fā)熱損耗的降低也減少了空調(diào)的配置。HVDC供電方式的應(yīng)用可以比采用UPS供電節(jié)約電能10%~20%。
　　
　　2.飛輪UPS技術(shù)
　　
　　飛輪儲能技術(shù)經(jīng)過多年的探索和演進，呈現(xiàn)一種螺旋式的上升的態(tài)勢。早出現(xiàn)的飛輪也是機械能UPS。當(dāng)時的問題主要是體積和維護上的問題。經(jīng)過不斷的努力和探索，飛輪儲能技術(shù)也已有了新突破：將良好的集成真空磁懸浮飛輪儲能技術(shù)和在線互動式UPS技術(shù)結(jié)合在一起。二者結(jié)合在一起既實現(xiàn)了傳統(tǒng)的飛輪儲能特點，還結(jié)合了靜態(tài)UPS的供電特點。飛輪UPS產(chǎn)品可以與傳統(tǒng)UPS兼容，也可以再配置同樣容量的傳統(tǒng)UPS相互替換，提高了用戶的開放性和靈活性。
　　
　　飛輪UPS與傳統(tǒng)UPS相比，運行效率非常高。在50%的負載情況下，飛輪UPS效率為97%，40%的帶載情況效率為96%。而傳統(tǒng)UPS在50%的負載只在87%左右，40%的帶載率時會降到83%。因此在帶載率越低的工作場合，飛輪UPS所節(jié)約的電能會越多。這對于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能環(huán)保具有現(xiàn)實意義。另外，飛輪UPS運行的噪音非常小，*符合機房標(biāo)準(zhǔn)，噪聲值小于70分貝。
　　
　　飛輪UPS無論是發(fā)展前景還是市場潛力都是比較廣闊的空間。