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UPS及EPS的应用技术与发展趋势

UPS及EPS的应用技术与发展趋势

点击数:7903 次   录入时间:03-04 12:03:00   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
    它具有如下技术特性。

2.2.1    高可靠性

    具有能在365天(每天24h)连续提供高质量输出电压的供电能力。这就意味着,在UPS供电系统的运行中既不允许出现任何瞬间供电中断或停电事故,也不允许出现由市电经交流旁路直接向负载供电的局面。为此,要求UPS供电系统应满足如下要求:

    1)UPS单机本身的故障率低,目前大型UPS产品的平均无故障工作时间(MTBF)可达(2~4)×105h;

    2)采用具有高度容错功能的“N+1”型UPS冗余并机系统来进一步提高UPS供电系统的可靠性〔“1+1”型冗余并机系统的典型MTBF值可达(14~20)×105h〕;

    3)在整套UPS供电系统中,不应存在单点瓶颈性故障隐患;

    4)允许在UPS逆变器连续供电的条件下,执行不停电的维护和检修操作;

    5)万一在用户设备端出现短路故障时,应将故障的影响范围缩小到尽可能小的范围。

2.2.2    高抗干扰性

    UPS供电系统能使互联网设备获得100%的高可利用率(低误码率,低数据传输丢失率、高网络接通率),创造优良的运行环境。

    大量的运行实践表明,电源干扰问题是造成互联网设备可利用率下降的重要原因之一。能否尽可能地消除电源干扰是确保信息网络能否获得100%的高可利用率的关键所在。应当说明的是,电源干扰不仅来源于普通的市电电网,还来源于设计不完善的UPS本身及用户的互联网设备本身。这是因为配置在IDC(互联网数据中心)和MDC(多媒体数据中心)机房内的服务器、磁盘阵列机、交换机等均内置有开关电源。这种整流滤波型非线性负载会向UPS供电系统反射3~23次谐波干扰,其可能带来的后果之一是降低语音通话质量。实践证明,过大或过多出现电源干扰,轻者会导致互联网的传输速率下降、网络服务器的数据丢失率增大、Modem的上网掉线率增大等隐形故障,从而导致互联网设备被迫进入降额使用状态,严重时还会导致网络瘫痪。从这个角度来看,高速信息网络技术的迅猛发展在给UPS产业带来巨大商机的同时,也对UPS所能提供的供电质量提出更为严格的要求。

2.2.3    具有防雷击及抗浪涌的功能

    雷击、闪电及电网上的浪涌严重威胁UPS系统和计算机网络的安全。如无相应的保护措施,将造成UPS系统及计算机网络的硬件和软件的损坏。UPS应具有这方面的保护电路,其指标应符合国家及国际安规标准。

2.2.4    过载能力强

    由于计算机等属于整流滤波型负载,在启动时往往有较大的瞬态冲击电流,如果UPS的过载能力弱,有可能造成严重后果导致系统不能正常运行。

2.2.5    智能化监控

    在UPS和计算机/网络之间建立起双向通信监控管理功能。利用监控软件管理UPS的运行、操作。当市电中断或UPS蓄电池电压处于低限时,监控软件可将计算机中的数据自动安全存盘、系统安全关机,然后关闭UPS,避免因电力突然中断而造成操作系统的损坏和数据资料的损失,以实现数据的完整性保护。

2.3    EPS的兴起及现状

    EPS已被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合。随着社会发展,越是信息化、现代化,就越依赖于电力。突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响,尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷,一旦中断供电,将会造成重大的经济损失。然而,电力故障具有突发性,不以人们的意志为转移,即使电网设施再先进,意外的断电也在所难免。目前,城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电,为城市电力提供可靠的电源保护。但从企业及工业、民用建筑使用情况来看,仅仅靠公用电网还远远不够,必须具备应急供电系统(EPS),其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力,以有效降低因为断电而造成的损失,为人们生产和生活安全提供保障。因此,EPS也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分。

2.3.1    EPS的分类

    目前市场上的EPS品牌众多,大家在设计上所采用的控制方式和控制手段不尽相同,但针对所带负载的种类大致可以归纳为以下三种:一是主要用于应急照明和事故照明的单相EPS;二是用于应急照明、事故照明之外,还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载或兼而有之的混合供电的三相系列EPS;三是直接给电动机供电的变频系列EPS。

2.3.2    EPS的设计要求

    EPS可以说是近两年才迅猛发展起来的一个新兴产业,相比于发展成熟的UPS而言,有相同之处,也有不同之处。其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能,均采用了IGBT逆变技术和脉宽调制(PWM)技术。不同之处是UPS除了提供不间断供电外,还兼备改善市电品质的功能,而EPS则主要解决市电故障时的应急供电问题;UPS主要是为IT行业设备提供用电保障,EPS则适用于各种行业;UPS供电模式要求切换时间很短(0~10ms),EPS则相对较宽(0~4s);UPS主要带计算机类负载,而EPS所带负载混杂;UPS对于运行环境要求较高,EPS则要求能适应各种环境;UPS以一般用户监控为主,EPS主要用于应急供电,要求与消防联动;UPS以维护信息传输畅通为主要目的,EPS以防范重大灾难事故为主要目的。可以形象地比喻,UPS以“救数据”为主,而EPS以“救人”为主。一般EPS功率较大,机内的逆变器处于备用状态,因而可以简单地理解为:EPS就是大功率后备式UPS。

    鉴于EPS的主要设计思想是在市电突然中断时提供安全可靠的应急电力供应,有效避免发生灾害时的人身伤亡和财产损失为原则。因此,在设计EPS时应着重考虑其安全性、可靠性、适用性及合理性。主要有:

    1)断电转换时间一般在毫秒级(25ms),以保证供电的及时性;

    2)负载适应能力强,包括电容性、电感性、混合型负载,而且过载能力和抗冲击能力强;

    3)有多路输出,防止输出单一形成的故障;

    4)有消防联动和远程控制信号,可手动与自动相互转换;

    5)环境适应能力强,适用于各种恶劣环境,有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠咬等措施;

    6)使用寿命长,有电池快速充电能力和管理能力;

    7)节能,运行效率高,运行成本低;

    8)有无人值守、自动操作功能;

    9)报警功能齐全,能及时提供各种异常状况的报警;

    10)有强启动功能,避免电池环节保护后无法启动;

    11)无烟雾、无噪音、无公害等;

    12)维护简单,维护费用低。

2.3.3    EPS的设计原理

    1)应急照明和事故照明类照明型的EPS一般以单相为主,主要为应急照明场合(商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等)提供集中供电,如图2所示。当输入电源正常时,市电一路通过转换装置输出给日常照明,另一路通过充电器给电池组充电,当控制器检测到市电中断或异常(偏低或偏高)时,向逆变器发出启动信号,并控制互投转换装置转至逆变器输出。当然,对于EPS的接法不同,还可以把EPS当作二路电源、三路电源使用。

图2    照明EPS的供电系统

    2)应急照明及混合型负载类此类型EPS一般适用于负载性质比较复杂的场合,譬如既有照明型负载,又有动力型负载,所以一般以三相居多,如图3所示。适用场合为宾馆、高层建筑、医院、大型商场等。

图3    混合负载型EPS供电系统

    3)电机专用的变频起动类此种类型EPS主要为电机类负载而设计,避免因电机起动过程中的大电流冲击而损坏设备。被广泛应用于大功率电动机负载,比如电梯、消防水泵、大型风机等。与其他EPS的不同之处是此类EPS一般只有单路输出,如图4所示。当三相输入市电正常时经整流后给逆变器提供直流电,同时经充电器对电池组充电;当三相输入断电或异常时,自动转由电池组给变频器提供直流电。当需要电机负载工作时,送给变频器启动信号(运行信号、远程控制信号等),变频器会立即输出。从0~50Hz变频,供给电动机进行变频起动,当其频率到达50Hz后保持正常运行。

图4    电机专用型EPS的供电系统

2.3.4    EPS领域的现状

    随着科技的不断发展,众多的智能大厦拔地而起,人们在对其居住环境提出了更高要求的同时,也提出了电力保障和消防安全问题。但EPS的起步较发电机和UPS要晚,人们对其认识的程度还不够,所以在众多的应急供电场合,还是以发电机和UPS为主要应急供电方式来实现EPS的功能。就提供应急供电能力而言,这两种方式已暴露出许多不足之处。

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