UPS及EPS的應用技術(shù)與發(fā)展趨勢

2.3.4 EPS領(lǐng)域的現狀

隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，眾多的智能大廈拔地而起，人們在對其居住環(huán)境提出了更高要求的同時(shí)，也提出了電力保障和消防安全問(wèn)題。但EPS的起步較發(fā)電機和UPS要晚，人們對其認識的程度還不夠，所以在眾多的應急供電場(chǎng)合，還是以發(fā)電機和UPS為主要應急供電方式來(lái)實(shí)現EPS的功能。就提供應急供電能力而言，這兩種方式已暴露出許多不足之處。

1）用柴油發(fā)電機組作為應急電源是目前大部分工程所采用的，也是最常見(jiàn)的應急備用電源，由于柴油發(fā)電機的容量較大，可并機運行且連續供電時(shí)間長(cháng)，所以已經(jīng)有較長(cháng)的應用歷史。然而，無(wú)論發(fā)電機的起動(dòng)速度有多快，從停電后使發(fā)電機接到起動(dòng)信號開(kāi)始，至發(fā)電機電壓、頻率等達到穩定可以供電時(shí)為止，至少需要數十s至數min，這段時(shí)間，所有用電設備均停止工作，就可能造成少數設備的損壞或出現生命財產(chǎn)的安全問(wèn)題。而EPS的啟動(dòng)一般不會(huì )超過(guò)25ms，所以不會(huì )影響設備的正常工作。

另一方面，柴油發(fā)電機應用在應急供電場(chǎng)合，有諸多不利之處，主要有：

（1）在高層建筑中，柴油發(fā)電機組一般放在地下室，設計難度大，造價(jià)高，配備進(jìn)風(fēng)、冷卻、排煙、減震、消音等設施都需要充分考慮；

（2）存在火災隱患。其油罐像一個(gè)極為危險的“炸彈”，萬(wàn)一失火，后果不堪設想；

（3）日常維護比較頻繁，工作量大；

（4）柴油發(fā)電機噪音大，產(chǎn)生公害；

（5）排煙中有大量的二氧化硫，污染嚴重，影響環(huán)保。

以負載容量為200kW為例，將EPS與柴油發(fā)電機組的性?xún)r(jià)比作一個(gè)比較。選用EPS時(shí)，其額定功率與負載功率比為1：1即可，其總價(jià)約為60萬(wàn)元左右。而選用柴油發(fā)電機時(shí)，其額定功率與負載功率比應為1.3～1.5：1，對200kW的負載，柴油發(fā)電機組需250kVA規格，該機組價(jià)格為40萬(wàn)元左右，但是除機組本身價(jià)格之外，還需外加其他輔助裝置費用約16～29萬(wàn)元，現以20萬(wàn)元計算，即選用柴油發(fā)電機組總價(jià)為60萬(wàn)元左右。所以，二者價(jià)格相差不多。從中也不難看出，如果EPS容量小于200kW時(shí)，其價(jià)格要小于柴油發(fā)電機組的綜合造價(jià)。目前消防應急供電場(chǎng)合的負載總容量一般在200kW以下，從投資的長(cháng)遠利益考慮，EPS較柴油發(fā)電機組經(jīng)濟得多。

2）用UPS作為應急電源EPS從原理結構上和UPS大同小異。在線(xiàn)式UPS不論市電是否正常，它都一直由逆變器供電，即按照“市電輸入→整流→逆變→輸出”的順序進(jìn)行，只有在逆變器故障或過(guò)載時(shí)才改由旁路輸出，如圖5所示。而EPS，當市電正常時(shí)，市電通過(guò)開(kāi)關(guān)S輸出給負載，同時(shí)充電器對電池充電。當控制系統檢測到市電停電時(shí)，逆變器工作，使開(kāi)關(guān)S切換至逆變輸出狀態(tài)，向負載提供電能，如圖6所示。

圖5 UPS供電系統

圖6 EPS供電系統

從以上供電系統圖可以看出，UPS是一種雙變換結構的不間斷電源，主要為負載提供穩定的高質(zhì)量電能，不受市電電網(wǎng)的影響，而且其轉換時(shí)間一般在10ms以?xún)?，所以，UPS被廣泛應用于計算機、程控交換機、醫療設備及精密電子儀器等不能中斷供電的場(chǎng)所。但正因為UPS不僅擔負著(zhù)應急供電外，還擔負著(zhù)改善電力品質(zhì)的任務(wù)，所以其逆變器要連續不斷地工作，使用壽命相對較短，一般為5～8年，尤其是電池的更換較為頻繁。另一方面，UPS的逆變器長(cháng)期處于工作中，自身的損耗較大，而且對使用環(huán)境要求很高，只能放在計算機房或空調房間里。

UPS專(zhuān)為IT行業(yè)的計算機類(lèi)和通訊類(lèi)負載而設計，其負載適應能力不及EPS，舉例說(shuō)明，如果應急供電場(chǎng)合含有交流感應式電動(dòng)機一類(lèi)的感性負載，那么在UPS的設計選型和使用中就會(huì )出現很大問(wèn)題。由于交流電動(dòng)機的起動(dòng)電流通常是其額定電流的5～7倍，而UPS的過(guò)載能力標準規定：過(guò)載125％時(shí)，A類(lèi)為10min，B類(lèi)為1min，C類(lèi)為30s；過(guò)載150％時(shí)10s。如果想要UPS能承受電動(dòng)機起動(dòng)電流的沖擊能力，勢必要增大UPS的額定容量，這無(wú)疑將加大投資，還未必能徹底解決問(wèn)題。因此，選用UPS作為應急電源，工作既不可靠，還得花費大量資金。

3 UPS/EPS的發(fā)展趨勢

3.1 UPS的控制技術(shù)

中小型UPS的AC／DC和DC／AC變換大多數仍采用模擬控制電路，AC／DC變換器的控制芯片大多數已集成化，使用簡(jiǎn)單，工作可靠。DC／AC變換器的控制有兩種基本方式，一種是單閉環(huán)控制，另一種是雙閉環(huán)控制。前者控制電路簡(jiǎn)單，但難于實(shí)現輸出端短路自動(dòng)恢復。后者控制有電流內環(huán)和電壓外環(huán)，電壓調節器的輸出為電流調節器的給定，因此，限制電流給定幅值也就限制了逆變器的最大輸出電流。

當前，數字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，數字控制器具有精度高，抗干擾能力強，易于實(shí)現對UPS的檢測、故障診斷和隔離，易于實(shí)現遙控遙測，實(shí)現多臺UPS的并聯(lián)和熱插拔，易于實(shí)現對蓄電池的監控和管理。也就是說(shuō)，計算機的介入使UPS具備了智能化，可以使其運行在最優(yōu)狀態(tài)。

3.1.1 DSP的應用

采用數字信號處理器(DSP)的數字PWM技術(shù)，是數字控制技術(shù)的核心，用于保證UPS輸出電壓的質(zhì)量，即保證輸出電壓、頻率和輸出電壓波形滿(mǎn)足技術(shù)指標的要求。數字控制的另一個(gè)重要功能是實(shí)現UPS的初始自檢和運行自檢，進(jìn)行故障保護和故障隔離，這是模擬控制器無(wú)法勝任的。由于數字控制器的靈活性，使UPS控制器的硬件電路可以標準化，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)、使用和維修，也大大提高了工作可靠性。

3.1.2 控制電路的全微處理器化

UPS電路是由以下幾部分組成的：主電路、驅動(dòng)電路、監控顯示及控制保護電路和通信界面電路。其中監控、顯示及控制保護電路和通信界面電路，可以運用數字化設計技巧簡(jiǎn)化其電路，并解決原類(lèi)比電路需要調整、具有溫漂及參數調整不易的缺欠。采用的方法是：

1）全微處理器化利用微處理器來(lái)執行監控、顯示及控制保護電路和通信界面電路的功能；

2）半微處理器化利用類(lèi)比電路處理快速反饋保護電路，而由處理器處理慢速反饋、報警、顯示及通信界面的功能。

3.2 蓄電池技術(shù)

蓄電池是UPS的心臟，不管UPS電路多么先進(jìn)，其性能最終取決于它的電池，一旦電池失效，再好的UPS也無(wú)法提供不間斷供電。

目前，UPS一般都使用免維護密封鉛酸蓄電池，由于采用陰極吸收式密封技術(shù)，克服了普通蓄電池需要定期補水的缺點(diǎn)，具有“免維護”、使用方便、不污染環(huán)境、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。它使用高氫過(guò)電位的板柵材料，減少了電池在存放和充電過(guò)程中的氣體分解。正極表面的超細玻璃纖維膜，阻止了活性物質(zhì)脫落，提高了電池的壽命。安全閥的使用使蓄電池很少產(chǎn)生氣體，又可使已產(chǎn)生的氧氣被負極鉛所吸收，使蓄電池無(wú)水的損失，達到了密封免維護的目的。