UPS主要参数的解读及选型论述

#UPS主要参数的解读及选型论述北京索科曼正卓智能电气有限公司何春(北京市朝阳区马甸裕民路12号元辰鑫大厦E1座1021室(100029)Email:hechun@)【摘要】由于UPS系统在电源供电质量和不间断性等方面的优势，近年来在各行各业重要负载上的应用日益广泛。随着社会的进步，节能、环保越来越受到社会的重视，本文介绍了能够达到节能减排绿色要求的IBGT整流器、空间电压矢量控制SVPWM逆变器的UPS，以及这种UPS的优势。【Abstract】BecausetheadvantagesofUPSsystemsinthepowersupplyqualityanduninterruptedinrecentyears,inallwalksoflifeimportanttoloadtheapplicationoftheincreasinglywidespread.Alongwithsocialprogress,energysaving,environmentalprotection,moreandmoreattentionofthecommunity,thetextintroducesthegreenrequirementsforenergysavingcanbeachievedIBGTrectifier,SVPWMControlofSVPWMinverter,UPS,andthistheadvantagesoftheUPS.【关键词】绿色UPSIGBT整流空间电压矢量控制SVPWM功率因数电流谐波【Keywords】GreenUPSIGBTrectifierSVPWMPowerfactorCurrentharmonics概况随着社会的进步，人类越来越意识到能源和环境是社会赖以发展的两大要素。目前各行业都以绿色、节能、环保作为新的发展方向。在UPS应用方面，传统UPS输入谐波较大、输入功率因数较低等问题也成为亟待解决的问题，而IBGT整流技术的应用不仅使输入功率因数得到提高，而且电流谐波也大大减小。空间电压矢量控制PWM(SVPWM)的逆变技术，又很好的解决了负载突变，响应时间大大缩短。下面我们从：1、关于UPS主要参数的问答式解读、2、由UPS的输入和输出介面来谈谈UPS的选型。这两点入手来讲述，以求更好的结合实际。一、关于UPS主要参数的问答式解读1、请问何工,UPS主要参数都有哪些?何:要说UPS主要参数，我们可以以法国SOCOMECMASTERYS系列的IP系列的参数页来谈谈。

类型和性能(EN)IEC62040-3(VFI-SST11)EMCIEC62040-2(第2版)，EN50091-2产品认证CE保护等级IP20(符合IEC60529)环境操作温度040°C（从15-25°C建议延长电池寿命）贮存温度-5-45°C相对湿度0-95%无尘最大高度1000m(3,300ft)withoutderating(max.3000m10,000ft)音响噪声<55dB<62dB输入电气特征市电电压（三相+零）400V土20%（高达-35%@70%额定负载）输入频率50/60Hz土10%输入功因0.99THDI:<3%输出电气特征输出电压230单相(220/240V可选)土1%400三相(380/415V可选)土1%频率50/60Hz土2%（从1%到8%如用发电机）自动旁路额定输出电压+/-15%（从10%到20%可选如用发电机）额定功率（kW）121624324864在市电供电过载125%for10分钟150%for60秒峰因素3:1小于1%线性负载，小于3%非线性负载（0—100%—0—100%+/-2%<5ms）电压畸变负载变换响应时间内置输出隔离变维度WxDxHs444x795x800444x795x1000444x795x1400s444x795x800444x795x1000444x795x1400何：3/1就是三相输入，单相输出，即通常说的380V进220V出，一般容量在60KVA以下使用，它的优点是输出配线方便。3/3就是三相输入，三相输出，即通常说的380V进380V出。3、UPS对工作环境有什么要求和影响？何：参数页上我们看操作温度0-40°C,相对湿度0-95%都能正常工作，但我们要在使用时注意，UPS是有电池系统的，温度太高和太低对电池的寿命和正常工作，都有很大的影响，所以在有UPS的机房里，用户大都会加装空调以保持温度和湿度的适中，从而保证UPS使用寿命。对于在工业行业中运行的UPS，音响噪声肯定会比商用的要大一些，这主要是在设计散热方案时，要更多的考虑用电环境和散热效果。4、UPS的输入电气特征里，为什么现在对输入功因和THDI,很多行业都提出了强制规定？何：这主要是顺应国家节能减排和绿色环保的新趋势，各行各业都真真的重视了。比如在中华人民共和国通信行业标准，通信用不间断电源——UPS里，就把UPS分成I,II,III相对应的输入功率因数为0.95三0.90三0.85三。输入电流谐波成分为<5%<15%〈25%。而又只有I类是达到节能减排的绿色要求的。因为根据1998年国际电工组织制定的IEC61000的标准要求输入功率因数大于0.92,输入THDI小于8%,这是绿色电源的基本要求。与之相对应的整流技术方案为：如果要达到节能减排的绿色要求，只有IGBT整流才能达到，12脉冲整流需加11次无源滤波器，6脉冲整流需加有源滤波器才能达到。下面列举的是：谐波的危害1、设备（如电容器、线路、变压器等）过流、附加损耗、计量误差、继保误动作、通讯干扰、谐波量过大引起电网振荡。2、无功功率的负面影响：电压：感性无功使电压下降、容性无功可使电压升高。电流：产生无功电流分量，使视在电流增加。线损：电流有效值增加，导致线路和变压器等损耗增大，变压器利用率降低等。另外，宽裕的输入电压范围400V土20%（高达-35%@70%额定负载），和输入频率范围50/60Hz土10%，可使UPS在恶劣的电网中，正常工作。5、输出电气特征的电压畸变是什么概念？何：输出电气特征的电压畸变是指：UPS输出在带负载时，负载电流所引起的UPS输出电压正弦波形的畸变。在电路分析中，我们引入纯电阻负载、纯电感负载、纯电容负载三大类，这三大类负载在现实中基本没有，又称理想负载。这三大类都是线性负载。通常人们把偏纯电阻负载，电流电压线性变化的负载叫线性负载，反之叫非线性负载。这其实并不对。国标GB/T7260-3中对线性负载有明确的定义：“3.2.6线性负载linearload当施加可变正弦电压时,其负载阻抗参数（Z）恒定为常数的那种负载。”3.2.7非线性负载non-linearload负载阻抗参数（Z）不总为恒定常数，随诸如电压或时间等其它参数而变化的那种负载。”简而言之：二者都施加正弦电压时,线性负载的电流是正弦的，非线性负载的电流是非正弦的。非线性负载电流会引起UPS输出电压正弦波形的较大畸变。这就是我们要强调UPS输入功率因数、输入电流谐波成分的原因，因为对于电网（市电）来说，UPS就是电网的负载，它的输入功率因数高，输入电流谐波成分小，对电网就是线性负载，就不会对电网造成污染，也就不会影响电网和电网上其它设备的安全及运行。6、负载变换响应时间（0--100%--0--100%+/-2%<5ms）何:是指负载由0%--100%，100%--0%的突变中，输出的电压精度，稳定在+/-2%所需要的时间。只有采用SVPWM（空间矢量调制技术）的UPS才能达到，一般采用SPWM的UPS负载变换响应时间为（100%+/-2%<20ms），有时会使所带负载工作受到影响。7、为什么这款UPS有内置输出隔离变，内置与外置输出隔离变有什么区别？何:这款UPS为绿色UPS，由于它是电池非直接直流母线,直流母线电压最高在800V左右，既±400V左右，它不需要加输出升压变压器，其正弦波每相交流电压的峰峰值电压就能达到620V。只需内置1：1输出隔离变压器。在这里要强调的是：内置或外置1：1输出隔离变压器，是有很大区别的，内置1：1输出隔离变压器的运行状态，完全是UPS主机的一部分，它为UPS主机的控制板所控制。而外置1：1输出隔离变压器，则达不到这样的效果。下面列举的是内置输出隔离变的作用：1）负载的安全性:对于不带内置输出隔离变压器的UPS来说，UPS所输出的交流电源中，常包含较大直流分量，且当因故致使UPS中的逆变器的IGBT管被短路击穿时，来自直流总线的直流高压就可能会被直接送到用户的负载上，从而对设备硬件的安全运行带来严重的威胁。2）有效地降低输出的零地电压：用户安装的某些负载（例如HP小型机、IBM服务器等），会对UPS输出零地电压有较高的要求，一般情况下要求〈IV。但在实际的工程安装和开机调试时发现，UPS没开机时测量输出零地电压还满足要求，开机上电后测量UPS的输出零地电压会上升，有可能出现零地电压超出了要求的范围。导致设备无法正常工作甚至设备损坏，为有效地降低输出的零地电压，保证负载可以正常上电开机，通常的做法是采用加装隔离变压器的办法，来隔离输入和输出之间的电气连接，有效地降低输出的零地电压。在变压器副边零地短接，从而达到降低零地电压的目的。对于中小功率的UPS,—般采用在其输出端加装输出隔离变压器；对于三进三出的大功率UPS,—般采用在其旁路输入加装旁路隔离变压器。3）产生新的中性线，隔离输入和输出之间的电气连接采用隔离变压器可以产生新的中性线，避免由于电网中性线不良造成设备运行不正常。4）非线性负载引起的电流波形畸变（如三次谐波）可被隔离而不污染电网。防止非线性负载的电流畸变影响到交流电源的正常工作及对电网产生污染，起到净化电网的作用。二、由UPS的输入和输出介面来谈谈UPS的选型通常人们在谈到UPS的选型时，大都首先谈到UPS容量的选择，即：用户可以根据所用设备的负荷量统计值来选择所需的UPS输出功率（KVA值），如果以KW值计算，就要乘输出功率因数0.&考虑到用户今后扩容以及负载启动时的冲击，通常推荐设计参数是：用户的负载量仅占UPS输出功率的60%〜70%为宜。即XKVAX60%〜70%或XKVAX0.8X60%〜70%。但是，在现今的行业运用中，UPS的选型工作，远没有这么简单。它要考虑到UPS的输入和输出介面两方面的影响。即UPS对电网（或备份发电机）的影响，所带负载对UPS的影响。

交流输岀如下图，是UPS交流输岀如下图，是UPS的典型方框图。1、UPS输入端对电网而言，UPS的输入端根据GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4:1998的标准要求:大于16A的电气设备，输入功率因数大于0.92,输入THDI小于8%，这是绿色电源的基本要求。如果，UPS输入端达不到以上标准，电网或备份发电机，尤其是发电机的容量必须在两倍以上或更高。这是由于谐波电流大量存在，比如三相六脉冲整流器输入谐波电流总含量高达30%--35%。如果是电网，则因电网容量大输出内阻很低，不会对输出电压造成影响。但对于备份发电机组，其容量相对小内阻远比电网大得多，因此，UPS的输入谐波电流就会引起发电机输出的电压畸变，而不能带动UPS工作，使UPS常工作在电池放电状态。所谓谐波含量，就是各次谐波的平方和开方。I二迖12Hhh=2谐波电流总畸变率THD=1-hxlOO%IIl第h次谐波电流含有率HRI=Lrx100%hI1设备的输入功率因数和谐波电流的关系如下式：PF=1cos申pl+(THD)2另外，电网或备份发电机所带的其它设备，如果没有作电磁兼容性(EMC)的要求，可能由于UPS输入端THDI太大，而受到影响。所以，在UPS的选型时，200KVA及以下的UPS,应首选采用IGBT整流，其输入功率因数大于0.92,输入THDI小于3%的UPS，200KVA及以上也要选用采用十二脉冲整流器，并加了相应谐波处理技术的UPS。顺便提一下，200KVA及以上UPS的IGBT整流器，目前的欧洲UPS生产厂家，还对1200V，IGBT大电流的并联问题持谨慎态度，如已能批量生产一单元、二单元、四单元、六单元和七单元的IGBT标准型模块，其最高水平已达到1800A/4500V。但是，300A/1700VIGBT模块，它是由4个160A/1700VIGBT芯片和8个100A/1700V快恢复二极管组成。其它技术已经成熟。二、UPS输出端UPS的输出特征一般有如下表述：三相(380/415V可选)土1%，负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)过载能力：125%for10分钟，150%for60秒峰值因数：3：1电压畸变：小于1%线性负载，小于3%非线性负载1、三相(380/415V可选)土1%是指UPS输出的电压精度，条件是所带负载在一定的稳定范围内。UPS—般都能达标。2、负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)是指负载由0%--100%，100%--0%的突变中，输出的电压精度，稳定在+/-2%所需要的时间。只有采用SVPWMC空间矢量调制技术)的UPS才能达到，一般采用SPWM的UPS负载变换响应时间为(100%+/2%<20ms)，有时会使所带负载工作受到影响。空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形•此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。空间矢量PWM技术既可以用在开环控制也可以用在闭环系统中，空间矢量控制可以获得100%的直流母线电压利用率。空间矢量方法把三相逆变桥所有开关状态分为8种，2种状态为0。这8种矢量的合成就产生了空间矢量波形。每一时刻给定的电压矢量都可以由2个非零矢量合成产生，这个二维空间被6个非零矢量分为相等的6个区域，首先计算给定的电压矢量处于哪个区域，然后用该区域相邻的两个矢量合成出所需的电压矢量，为了保证每一个开关器件在一个开关周期中最多只开通关断一次，所以，要根据一定的开关顺序将2个电压矢量发出，中间按一定的原则插入零矢量。[00[10C\0|iJAB[01C[1□AB\\1[11C0C[00[10C\0|iJAB[01C[1□AB\\1[11C0C\1i1AB1\[01C3、过载能力：125%for10分钟，150%for60秒是指过载125%和150%时，逆变器所能工作的时间，如果在此时间后还是过载将转向旁路供电。4、峰值因数：3：1峰值因数(CF)，所谓的CF是指电流瞬时值的峰值与其有效值的比值。由于负载接受正弦波电压会产生CF(如计算机性负载介于2.4-2.6倍的电流)，如果供电设备的峰值因数越高，表明设备抗冲击能力越强。UPS设计时常需能提供CF值为3：1。因此在选择UPS容量时需要考虑负载波动及冲击余量，如果启动性负载多，比如国家奥运会射击馆金卤灯照明灯具。DatablockNameRecord1RecordDatablockNameRecord1Record2Date20