在電力系統(tǒng)的火電廠、變電所中，直流系統(tǒng)是十分重要的。直流系統(tǒng)供電的可靠性和質(zhì)量，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。直流電源種類的選型在《火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中3．2．1款指出，“火力發(fā)電廠、變電所宜采用固定型防酸式鉛酸蓄電池；在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，也可采用中倍率鎘鎳蓄電池。”在《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的11章第4節(jié)中，也有相應(yīng)條款對該類型蓄電池配置作了規(guī)定，幾十年來，雖然固定型防酸式鉛酸蓄電池也在不斷地改進(jìn)完善，有了較成熟的制造技術(shù)和系列化產(chǎn)品，運(yùn)行單位也具備豐富的使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在著許多缺點(diǎn)。如，電池體積大，占據(jù)較大的蓄電池室；運(yùn)行中有酸霧逸出，污染環(huán)境；蓄電池須安裝在制殊要求的場所，裝設(shè)通風(fēng)設(shè)備和調(diào)酸加液設(shè)備；需由專門的運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行復(fù)雜繁瑣的日常維護(hù)。而鎘鎳蓄電池由于制造工藝水平提高甚慢，爬堿、滲漏等問題一直沒有得到有效解決，而且尚需定期換液，這些問題直接影響到直流電源的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)其產(chǎn)品價(jià)格大大高于普通鉛酸蓄電池，所以也未能在火電廠廣泛采用。?
三相大功率UPS電源主要運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心與關(guān)鍵電源兩種場景,目前在IDC、Colo、金融、電信、醫(yī)療、半導(dǎo)體、石油石化、機(jī)場、軌道交通、電力等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近三十年的市場推廣與實(shí)際使用,用戶對工頻機(jī)、高頻機(jī)、固定功率一體機(jī)、模塊化UPS等概念已經(jīng)有了深刻的理解。
近十年來,在大型及超大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體等行業(yè)需求的推動下,三相大功率UPS電源出現(xiàn)了很多新的理念與創(chuàng)新。本文對其中重要的五大新技術(shù)做簡單介紹。
三種運(yùn)行模式
逆變器優(yōu)先運(yùn)行模式(雙變換)
如圖1所示,工頻機(jī)高頻機(jī)從電氣變換技術(shù)角度來看,都是采用的雙變換在線式技術(shù),即能量經(jīng)過整流器逆變器兩次能量變換后,由逆變器提供電壓精度為1%、諧波含量小于5%的正弦波交流電給負(fù)載供電。這種運(yùn)行模式也可以稱為:逆變器優(yōu)先運(yùn)行模式(雙變換)。
逆變器優(yōu)先模式的優(yōu)勢是輸出電壓精度高達(dá)1%。劣勢是由于能量的兩次 轉(zhuǎn)換,在正常15%～60%負(fù)荷下,UPS整機(jī)效率較低僅88%～95%。同時(shí)電流每秒鐘都流經(jīng)整流器逆變器的功率器件,元器件疲勞老化嚴(yán)重,壽命降低,導(dǎo)致UPS可用性降低。而可用性才是用戶對UPS的最重要需求。
逆變器優(yōu)先模式(雙變換)本身就是一種低可用性的運(yùn)行模式。這是這么多年以來才痛苦認(rèn)識到的一個(gè)事實(shí)。
有沒有新的思路?小功率的后備式UPS和在線互動式UPS正常情況下是旁路市電輸出供電,不是也保護(hù)了IT負(fù)荷嗎?
仔細(xì)研究我們會發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn):
IT負(fù)荷其實(shí)對交流電的要求不高,允許電壓-20%/+10%,頻率40～70Hz,允許中斷時(shí)間10～20ms。逆變器優(yōu)先模式為驕傲的1%輸出精度其實(shí)沒有意義。
今天市電電網(wǎng)的可用性得到了很大提高,城市10kV電網(wǎng)可用性達(dá)到99.94%(見表1)。這兩個(gè)因素促使我們認(rèn)識到三相中大功率UPS其實(shí)也可以和小功率UPS一樣選擇旁路優(yōu)先運(yùn)行模式。事實(shí)上早在2010年,各廠家三相UPS就允許用戶選擇工作在旁路優(yōu)先模式,即ECO模式(經(jīng)濟(jì)模式)。
旁路優(yōu)先運(yùn)行模式(ECO模式)
如圖2所示,在正常情況下,UPS優(yōu)先運(yùn)行在靜態(tài)旁路,由市電直接給負(fù)載供電。當(dāng)旁路電壓超出設(shè)定窗口范圍時(shí),會切換到逆變器輸出模式。該模式的優(yōu)勢是效率高達(dá)99%。劣勢是由于市電直供,會產(chǎn)生雙向*,輸入功率因數(shù)輸入諧波電流指標(biāo)較差。更重要的是,當(dāng)旁路故障需要切換回逆變器模式時(shí),會出現(xiàn)4～20ms的切換時(shí)間,某些情況下會造成負(fù)載運(yùn)行中斷, 降低了UPS的可用性。
