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未来UPS、EPS技术(四)
时间:2013/4/1  来源:柏克  点击:
 
无变压器ups电源 eps电源 的性能优势……

 四、无变压器ups电源 eps电源 的性能优势

  这里的讨论仅限于是否带输出变压器这两种电路结构的不同而带来的设备性能的差异,不包括下列与产品研制定型和生产水平有关的因素而造成的性能差别:

  • 电路研制定型水平:与技术人员技术水平、经验和定型流程管理有关;

  • 器件选用差别:与电路定型、成本控制和质量管理流程有关;

  • 产品质量和稳定性:取绝于生产工艺水平,与人员技术水平、生产和质量控制流程有关;

  • 产品功能差别:包括是否有并机功能、是否模块化、系统管理与通讯功能、电池配置和管理水平、电路控制差别

  (CPU还是 DSP)、软启动、冷启动、物理结构与可维护性水平等;这些差别与厂商决策人员对设备的研发方向、市场定位、商业取向、成本控制等指道思想有直接的关系。

  无变压器ups电源 eps电源的性能优势是针对带输出变压器UPS由于自身的电路结构而不可能达到的固有的缺点相对而言,包括成本、效率、重量和体积等,当然还包括在设备电气性能方面的改进和提高。这些对当前社会提倡的降低能源消耗、节省资源消耗、绿色产品是至关重要的。

  1、高输入功率因数低输入电流失真度

  为了完成系统升压功能,PFC整流环节成为“高频机”的重要组成部分和必要条件,但它同时又把ups电源 eps电源输入功率因数提高到理想的数值:0.99,把输入电流总谐波失真度THDI降低到5%以下,所以说输入功率因数高、电流失真度低是“高频机”的主要优点之一,这不仅消除了ups电源 eps电源对电网的谐波污染,它还可明显地降低前端设备和线缆的容量。表1为两种结构UPS的总电流失真度、总电流有效值和线缆配置要求。

 

  表1:ups电源 eps电源的总电流失真度、总电流有效值和线缆配置要求比较表

  从表1中数据可以看出,由于带输出变压器UPS(例如12脉冲整流)的输入功率因数低,输入电流谐波大,其输入电流明显地大于无输出变压器的UPS,增加量在27%左右。前端变压器、断路器和线缆的规格都要相应的增大,其中线缆的截面要增加接近一倍。特别是当输入端有备用柴油发电机时,由于谐波电流和12脉冲移相变压器、无源滤波器的影响,ups电源 eps电源

  与油机容量的配比从无输出变压器ups电源eps电源的1:1.3增大到1 :2~4。

  表1是输出满负载时的数据,当实际应用中负载减轻时,12脉冲(+11次无源滤波)的输入功率因数会明显地减小,输入电流谐波成分明显增大(见图18),对电网污染和要求系统前端设备容量增大的影响也就更严重。

 

  2、工作效率高

  无变压器ups电源 eps电源的整机效率之所以比带变压器UPS的效率高一些,主要来自两个方面,一是去掉了变压器的损耗,大功率变压器的损耗通常在2%左右;二是系统直流母线电压的提高减少电路工作损耗0.5%左右,如果排除电路设计和生产水平差异因素,电路结构的变化可使整机工作效率提高2.5%左右。表2是一组典型的测试数据。

 

  表2:ups电源 eps电源工作效率比较表(按照输出功率因数0.9计算)

  整机效率的提高,不仅可有效的降低能源损耗,还意味着设备本身损耗小,以500KVA 的ups电源 eps电源的满载效率相比,无输出变压器UPS的效率提高了2.0%,就相当于机内减少了10KW的发热量。这对提高设备运行的可靠性和降低对环境的要求是有利的。

  表2数据仅仅考虑了设备本身的效率的提高,如果把因输入功率因数的提高,而使输入设备(滤波器、开关、线缆等)容量和损耗的降低,以及12脉冲整流时的输入变压器的损耗计算在内的话,那么无变压器UPS对整个系统效率的贡献应超过4%。

  值得注意的是,在实际使用中,特别是在(1+1)冗余并机和双总线的配置系统中,ups电源 eps电源的实际输出负载率只有30-40%,这时的UPS的工作效率更有实际意义。在这方面无输出变压器ups电源 eps电源同样显示了它的优势,如图19所示。

  从图19可看出,在25%至100%负载范围内,工作效率基本都恒定的保持在94%以上。

 

  3、重量和体积

  数据中心基础设施是一项费用昂贵的固定资产投资,机房内设备对承重的要求和占用空间越来越受到人们的重视。同时,重量轻体积小的设备还可以减少对运输和安装难度的要求,当然在这方面费用的降低也是可观的。

 

  表3给出了两种结构ups电源 eps电源在功率密度、体积和重量等方面的比较数据。

  表3:ups电源 eps电源功率密度、体积和重量比较表

  从表3具体数据可以看出,与带输出变压器ups电源 eps电源相比,无输出变压器ups电源 eps电源在功率密度、占地面积、重量等方面的贡献是:

  功率密度(kW / mā)可提高40%左右;

  占地面积(mā)可减少25%左右;

  重量减少50-80%。

  4、成本

  与带输出变压器ups电源 eps电源相比,无输出变压器ups电源 eps电源去掉的环节包括:输出隔离变压器;输入12脉冲移相变压器及11次无源滤波器。所以无输出变压器的ups电源 eps电源可降低成本是不言而喻的事实。讨论成本时,应考虑以下四个方面:

  • 生产和购置成本;

  • 能源运行成本(工作效率高,包括空调费用的降低);

  • 占地少、承重要求小和运输安装成本;

  • 资源浪费成本。

  第四点实际上是很重要的,为了减少资源浪费,以半导体代替铜和钢铁资源早已成为工业和电子设备发展的趋势,是具有重大经济意义和社会意义的基本策略。

  5、对电性能指标的改进

  无输出变压器ups电源 eps电源的各项电性能指标绝大多数都相当于带输出变压器UPS,而有些指标却显示出无输出变压器UPS更优越的性能。除以上讲到的输入功率因数、工作效率、 体积重量和成本外,以下指标也有明显地改善:

  (1) 输入电压范围更宽:带输出变压器ups电源 eps电源对于适应输入电压±15%的变化已很不易,而无输出变压器ups电源 eps电源可在25-30%范围内正常工作,不仅表现出对电网很强的适应能力,还可延长电池的使用寿命。

  (2) 输出能力强:这体现在两个方面,一是输出半桥逆变器三相独立输出功率,提高了三相负载不平衡的适应能力;二是去掉了工频变压器,逆变器工作频率又较高,输出滤波环节阻抗更小,所以输出动态性能更好,负载阶跃从100到0%或从0到100%变化时,输出电压变化都可限制在±2%,并在20-40毫秒内返回到±1%的容限范围以内。

 
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