UPS電源輸入輸出如何進(jìn)行UPS選型

通常人們在談到UPS的選型時(shí)，大都首先談到UPS容量的選擇，即：用戶(hù)可以根據所用設備的負荷量統計值來(lái)選擇所需的UPS輸出功率(KVA值)，如果以KW值計算,就要乘輸出功率因數0.8，考慮到用戶(hù)今后擴容以及負載啟動(dòng)時(shí)的沖擊，通常推薦設計參數是：用戶(hù)的負載量?jì)H占UPS輸出功率的60%～70%為宜。即XKVA×60%～70%或XKVA×0.8×60%～70%。

但是，在現今的行業(yè)運用中，UPS的選型工作，遠沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。它要考慮到UPS的輸入和輸出介面兩方面的影響。即UPS對電網(wǎng)(或備份發(fā)電機)的影響，所帶負載對UPS的影響。

如下圖，是UPS的典型方框圖。

一、UPS輸入端

對電網(wǎng)而言，UPS的輸入端根據GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4∶1998的標準要求:大于16A的電氣設備，輸入功率因數大于0.92,輸入THDI小于8%，這是綠色電源的基本要求。

如果，UPS輸入端達不到以上標準，電網(wǎng)或備份發(fā)電機，尤其是發(fā)電機的容量必須在兩倍以上或更高。這是由于諧波電流大量存在，比如三相六脈沖整流器輸入諧波電流總含量高達30%--35%。如果是電網(wǎng)，則因電網(wǎng)容量大輸出內阻很低，不會(huì )對輸出電壓造成影響。但對于備份發(fā)電機組，其容量相對小內阻遠比電網(wǎng)大得多，因此，UPS的輸入諧波電流就會(huì )引起發(fā)電機輸出的電壓畸變，而不能帶動(dòng)UPS工作，使UPS常工作在電池放電狀態(tài)。

所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開(kāi)方。

諧波電流總畸變率

第h次諧波電流含有率

設備的輸入功率因數和諧波電流的關(guān)系如下式：

另外，電網(wǎng)或備份發(fā)電機所帶的其它設備，如果沒(méi)有作電磁兼容性(EMC)的要求，可能由于UPS輸入端THDI太大，而受到影響。

所以，在UPS的選型時(shí)，200KVA及以下的UPS，應首選采用IGBT整流，其輸入功率因數大于0.92,輸入THDI小于3%的UPS，200KVA及以上也要選用采用十二脈沖整流器，并加了相應諧波處理技術(shù)的UPS。

順便提一下，200KVA及以上UPS的IGBT整流器，目前的歐洲UPS生產(chǎn)廠(chǎng)家，還對1200V，IGBT大電流的并聯(lián)問(wèn)題持謹慎態(tài)度，如已能批量生產(chǎn)一單元、二單元、四單元、六單元和七單元的IGBT標準型模塊，其最高水平已達到1800A/4500V。但是，300A/1700VIGBT模塊，它是由4個(gè)160A/1700VIGBT芯片和8個(gè)100A/1700V快恢復二極管組成。其它技術(shù)已經(jīng)成熟。

二、UPS輸出端

UPS的輸出特征一般有如下表述：

三相(380/415V可選)±1%，

負載變換響應時(shí)間(100%+/-2%5ms)

過(guò)載能力：125%for10分鐘，150%for60秒

峰值因數：3：1

電壓畸變：小于1%線(xiàn)性負載，小于3%非線(xiàn)性負載

1.三相(380/415V可選)±1%

是指UPS輸出的電壓精度，條件是所帶負載在一定的穩定范圍內。UPS一般都能達標。

2、負載變換響應時(shí)間(100%+/-2%5ms)

是指負載由0%--100%，100%--0%的突變中，輸出的電壓精度，穩定在+/-2%所需要的時(shí)間。只有采用SVPWM(空間矢量調制技術(shù))的UPS才能達到，一般采用SPWM的UPS負載變換響應時(shí)間為(100%+/-2%20ms)，有時(shí)會(huì )使所帶負載工作受到影響。

空間電壓矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場(chǎng)軌跡為目的,用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準圓磁通,由它們的比較結果決定逆變器的開(kāi)關(guān),形成PWM波形.此法從電動(dòng)機的角度出發(fā),把逆變器和電機看作一個(gè)整體,以?xún)惹卸噙呅伪平鼒A的方式進(jìn)行控制,使電機獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通).。

空間矢量PWM技術(shù)既可以用在開(kāi)環(huán)控制也可以用在閉環(huán)系統中，空間矢量控制可以獲得100%的直流母線(xiàn)電壓利用率?？臻g矢量方法把三相逆變橋所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)分為8種，2種狀態(tài)為0。這8種矢量的合成就產(chǎn)生了空間矢量波形。每一時(shí)刻給定的電壓矢量都可以由2個(gè)非零矢量合成產(chǎn)生，這個(gè)二維空間被6個(gè)非零矢量分為相等的6個(gè)區域，首先計算給定的電壓矢量處于哪個(gè)區域，然后用該區域相鄰的兩個(gè)矢量合成出所需的電壓矢量，為了保證每一個(gè)開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中最多只開(kāi)通關(guān)斷一次，所以，要根據一定的開(kāi)關(guān)順序將2個(gè)電壓矢量發(fā)出，中間按一定的原則插入零矢量。

3、過(guò)載能力：125%for10分鐘，150%for60秒

是指過(guò)載125%和150%時(shí)，逆變器所能工作的時(shí)間，如果在此時(shí)間后還是過(guò)載將轉向旁路供電。

4、峰值因數：3：1

峰值因數(CF)，所謂的CF是指電流瞬時(shí)值的峰值與其有效值的比值。由于負載接受正弦波電壓會(huì )產(chǎn)生CF(如計算機性負載介于2.4-2.6倍的電流)，如果供電設備的峰值因數越高，表明設備抗沖擊能力越強。UPS設計時(shí)常需能提供CF值為3：1。因此在選擇UPS容量時(shí)需要考慮負載波動(dòng)及沖擊余量，如果啟動(dòng)性負載多，比如國家?jiàn)W運會(huì )射擊館金鹵燈照明燈具。

燈具啟動(dòng)時(shí)有較大的沖擊電流，最大可達正常工作電流的九倍。結果采用了燈組分時(shí)啟動(dòng)，先啟動(dòng)大功率燈具，后啟動(dòng)小功率燈具等方法。UPS總容量不超1.2倍的情況下,解決了原用應急電源EPS供金鹵燈照明燈具有中斷熄滅，改用UPS供電的問(wèn)題。

5、電壓畸變：小于1%線(xiàn)性負載，小于3%非線(xiàn)性負載

是指UPS帶線(xiàn)性負載和非線(xiàn)性負載時(shí)，電壓畸變率THDV的數值。對負載來(lái)說(shuō)，負載的線(xiàn)性或非線(xiàn)性，是負載本身固有的，UPS作為它的供電方，并不能改變其特征。只能保持輸出電壓的正弦波形不嚴重畸變，如逆變器采用空間電壓矢量控制SVPWM，就能更好的時(shí)刻減小電壓畸變率。注意，如果負載的THDI過(guò)大，UPS的容量也要相應增加。比如，工廠(chǎng)的一些泵，加裝了低壓變頻器，啟動(dòng)電流減少了，諧波THDI確達到了70%，造成UPS過(guò)載。把低壓變頻器旁路掉后，UPS工作正常，這都說(shuō)明結合實(shí)際負載，選擇UPS的重要性和細致性。

所以，在UPS的選型時(shí)，最好選用逆變器采用空間電壓矢量控制SVPWM的UPS。