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UPS产品知识 >> 科士达三相UPS电源的发展趋势及信的运行模式

科士达三相UPS电源的发展趋势及信的运行模式

作者:admin 更新时间:2019-10-09 14:52:01  阅读次数:Times
新的运行模式-革命性的超级旁路优先运行模式
    重新审视历史上出现的双变换、后备式、在线互动式和Delta变换等电气变换技术,今天市场上5kVA以上的UPS大都采用双变换模式,这好像是天经地义的。但是,仔细研究会发现一个事实,传统的逆变器优先运行模式(双变换模式)千辛万苦,将市电通过整流器和逆变器进行能量的两次100%转换,好不容易输出了1%精度的交流电给负载供电,但是看看IT设备对交流电源的要求(-20%,+10%,40~70Hz),可以发现1%的电压精度其实对IT设备没有多大价值。相反,在双变换模式下,能量经过两次100%的转换后效率较低(90%~95%),最要命的问题是电容、电感、功率器件IGBT等每秒钟都要承受所有的负载电流,元器件的疲劳老化严重,寿命降低,从而可用性降低。从本质上来说,传统的逆变器优先运行模式(双变换)就是一种低可用性的模式(图1)。  

  为了提高可用性,降低TCO(提高效率),早在2010年,行业里面又推出了一种新的运行模式,叫做ECO模式(经济模式),也叫做旁路优先运行模式。该种模式下,绝大部分的时间UPS都是工作在旁路。当旁路市电超出了IT设备能够允许的范围(设定的窗口)之后,它将会自动的切换回逆变器运行模式。这种模式相当于是市电直通,输入的性能指标就是IT负载的性能指标,即UPS输入功率因数=IT设备的功率因数(0.90~0.95),输入的谐波电流=IT的设备的谐波电流(15%~30%)。这种模式的好处是市电直供,效率可达99%。ECO模式的缺点是,市电电网的故障是千变万化的,在某些情况下,它不能够保证百分之百地能从旁路模式切换到逆变器模式,它会有一个切换时间,当切换时间超过IT设备能够承受的范围时,就会造成IT设备重启,使得IT应用的可用性降低。  
  可见逆变器优先运行模式(双变换模式)和普通旁路优先运行模式在可用性方面都有较大的弱点。2012年施耐德研发团队研发出了第三种模式-即超级旁路优先运行模式(E变换模式)。它不是普通的旁路优先模式。如图1所示,该模式下,逆变器与旁路市电并联工作,逆变器精确控制的结果是最终实现由旁路市电提供有功功率(基波电流),逆变器提供无功功率(谐波电流),两者合起来就是IT负载所需要的电流。因此市电的输入功率因数可以做到>0.99,输入的谐波电流<3%。该模式下UPS提供一级供电质量,保证IT设备的正常运行。同时,逆变器还可以给电池提供10%的充电能力。  
  当市电电网有问题时,会自动关断旁路市电供电,由逆变器100%的给负载供电,由于逆变器本身一直在工作,因此也就不存在切换时间,或者说切换时间=0ms,从而保证了可用性。同时特殊的可控硅关断控制技术,也确保电池的能量在任何情况下都不会倒灌回电网。 
  仔细分析发现,超级旁路优先运行模式最大的优点其实是:电容、电感、功率器件等没有承受所有的负载电流,长期处于轻载运行,因此元器件的疲劳老化轻微,寿命延长,系统可用性提高。可以说超级旁路优先运行模式理论上就是一种高可用性的运行模式。另外,在这种模式之下,我们看到效率也非常高,可以达到98.8%。  
  总结如下:超级旁路优先运行模式下功率器件负载率低,器件疲劳老化轻微,是一种高可用性的运行模式。输入功率因数0.99,输入谐波含量<3%。输出供电质量达到国际一级标准,切换时间为零毫秒,效率高达98.8%以上。满足了用户高可用性、高效率、高输入性能指标的要求,这是非常完美的一种模式。这种模式是施耐德在2012年获得的技术专利,并在2014年开始全面应用到GalaxyV系列产品。  
  下面计算对比一下超级旁度优先模式(E变换)和传统的逆变器优先模式(双变换)的能耗。以1000kW的IT负载为例,施耐德Galaxy7000系列UPS双变换模式的效率是94.3%,而GalaxyV系列UPS超级旁路优先模式的效率可以达到99.1%,效率差是4.8%。再考虑到空调的耗电,总共加起来了两个系统的效率差是6.4%,在1000kW负荷下,每年节省365×24×6.4%×1000=56万度电,三相大功率UPS一般使用寿命都是十年以上,十年下来,它可以节省560万度电。
   
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