雙變換UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
加入技術(shù)交流群
UPS已有近40年的應(yīng)用歷史，最初的UPS 產(chǎn)品主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的供電，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，在電信、金融、能源、交通、醫(yī)藥、教育、商業(yè)、工業(yè)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在UPS已成為重要負(fù)載必不可少的配套電源系統(tǒng)。目前要求由UPS 供電的負(fù)載設(shè)備容量范圍很寬，對(duì)電源的要求也不盡相同，因此，不可能由采用同一種電路技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的UPS為各種負(fù)載設(shè)備供電。在這種情況下，出現(xiàn)了各種各樣不同的UPS產(chǎn)品和UPS供電系統(tǒng)，分別用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
根據(jù)IEC62040-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，UPS有三種基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式， 即冷備用UPS （passive standby UPS）、市電交互UPS （line interactive UPS）和雙變換UP
這些UPS系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中雙變換UPS是被公認(rèn)為性能最好、可靠性最高的一種UPS，適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。因而也是應(yīng)用最多的一種UPS。在電信系統(tǒng)中應(yīng)用的大中型UPS幾乎全部是雙變換UPS。 為了進(jìn)一步提高UPS系統(tǒng)的可用度，可以采用多個(gè)雙變換UPS單機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成各種類型的冗余UPS系統(tǒng)，以確保在一個(gè)單機(jī)系統(tǒng)故障或進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)UPS仍能不間斷地為負(fù)載供電。
本文介紹雙變換UPS的單機(jī)系統(tǒng)和各種冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用趨勢(shì)。
1 雙變換UPS單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)組成和工作方式
雙變換UPS系統(tǒng)如圖1所示，由整流器／充電機(jī)、逆變器 蓄電池和轉(zhuǎn)換開關(guān)組成。其特點(diǎn)是整流器/充電機(jī)-逆變器串聯(lián)連接在交流輸入電源和負(fù)載之間，無(wú)論交流輸入電源正常與否，負(fù)載始終由逆變器供電。
這種UPS有三種工作方式：正常方式、儲(chǔ)能方式和旁路方式。
（1） 正常方式
交流輸入電源經(jīng)整流器／充電機(jī)－逆變器的組合電路，進(jìn)行了整流（AC/DC）和逆變（DC/AC）兩次變換，負(fù)載由逆變器供電，由于負(fù)載所需的全部功率經(jīng)過(guò)了兩次變換，因此這種UPS稱為雙變換UPS。
（2） 儲(chǔ)能方式
當(dāng)交流輸入電源電壓超出預(yù)定的容限或故障時(shí)，由蓄電池放電供給逆變器直流電，使逆變器繼續(xù)運(yùn)行，不間斷地供給負(fù)載交流電源。
當(dāng)交流輸入電源恢復(fù)正常時(shí)，UPS恢復(fù)正常工作方式，如果交流輸入電源長(zhǎng)時(shí)間停電，UPS將繼續(xù)在儲(chǔ)能方式下運(yùn)行，直到蓄電池的儲(chǔ)能用完。為了保護(hù)交流輸入電源長(zhǎng)時(shí)間停電，一般應(yīng)配置備用柴油發(fā)電機(jī)組。
（3） 旁路方式
雙變換UPS一般都有靜態(tài)旁路開關(guān)，在下列情況下可以通過(guò)靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)地將負(fù)載從逆變器暫時(shí)轉(zhuǎn)換到旁路電源：
（1）UPS內(nèi)部故障
（2）負(fù)載電流瞬變（出現(xiàn)浪涌或故障電流）
（3）UPS過(guò)載
（4）蓄電池放電至終止電壓
為了保證在逆變器和旁路電源之間不間斷地進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)換，UPS的逆變器必須與旁路電源同步，以便采取先合后斷的轉(zhuǎn)換方式，即逆變器和旁路電源有短暫的一段時(shí)間并聯(lián)，然后斷開其中一個(gè)電源 。另外還有一個(gè)稱為維修旁路的電路，在UPS需要維修時(shí)通過(guò)維修旁路手動(dòng)以先合后斷的方式將負(fù)載換到旁路電源。
將負(fù)載從一個(gè)電源轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電源供電的開關(guān)稱為負(fù)載轉(zhuǎn)換開關(guān)。UPS的負(fù)載轉(zhuǎn)換開關(guān)的種類很多，圖1采用的是由機(jī)械開關(guān)K2、K4和靜態(tài)開關(guān)組成的混合轉(zhuǎn)換開關(guān)。在從UPS向旁路電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，靜態(tài)開關(guān)首先接通，然后K4接通，K2斷開。因此靜態(tài)開關(guān)只是瞬時(shí)承受負(fù)載。這種轉(zhuǎn)換開關(guān)既有轉(zhuǎn)換速度開的優(yōu)點(diǎn)，又有優(yōu)良的隔離性能，而且可靠性高。
1.2 雙變換UPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
（1） 負(fù)載與交流輸入電源的干擾完全隔離。交流輸入電源的干擾不會(huì)影響關(guān)鍵負(fù)載。
（2） 負(fù)載始終由逆變器提供高質(zhì)量的電源，在交流輸入電源正常時(shí)，逆變器由整流器供電，交流輸入電源故障時(shí)，逆變器由與整流器并聯(lián)浮充的蓄電池供電，在此過(guò)程中沒(méi)有電路的轉(zhuǎn)換，沒(méi)有任何供電中斷或輸出電壓的瞬時(shí)下降。
（3） 當(dāng)交流輸入電源的電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，整流器能正常工作，不需要蓄電池放電；當(dāng)交流輸入電源的頻率在負(fù)載要求的指標(biāo)范圍以內(nèi)或以外波動(dòng)時(shí)，只要交流輸入電源的電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，整流器仍能正常工作（整流器能適應(yīng)很寬的輸入電源頻率變化），不需要蓄電池放電。需要說(shuō)明的是，當(dāng)交流輸入電源的頻率在負(fù)載要求的指標(biāo)范圍以內(nèi)時(shí)，UPS系統(tǒng)輸出頻率跟蹤交流輸入電源的頻率（內(nèi)同步）；當(dāng)交流輸入電源的頻率在負(fù)載要求的指標(biāo)范圍以外時(shí)，UPS系統(tǒng)輸出頻率跟蹤內(nèi)部頻率基準(zhǔn)（外同步）。無(wú)論運(yùn)行在內(nèi)同步或外同步，逆變器需要的直流電源都來(lái)自整流器，一般只有當(dāng)交流輸入電源電壓超出規(guī)定的范圍或故障時(shí)，UPS才轉(zhuǎn)入儲(chǔ)能方式，由蓄電池放電供給逆變器。因此，蓄電池放電的幾率相對(duì)較?。ū绕渌魏蜺PS的蓄電池放電的幾率都?。?，故可延長(zhǎng)蓄電池的壽命。
（4） 允許的交流輸入電壓變化范圍較寬（
（5） 輸出頻率穩(wěn)定度高（內(nèi)同步時(shí)，
評(píng)論