UPS的性能分類與標(biāo)準(zhǔn)化UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　性能分類代碼VI-SX-122表示UPS輸出電壓與市電電源電壓無關(guān)，但輸出頻率與市電頻率有關(guān)。

　　這種UPS技術(shù)就是市電交互UPS。其輸出電壓可以調(diào)節(jié)到某個(gè)極限內(nèi)，可以認(rèn)為UPS 輸出與市電電壓無關(guān)，但輸出頻率取決于市電頻率。這種UPS在正常方式下不需要直流中間環(huán)節(jié)。這種UPS在工作方式轉(zhuǎn)換時(shí)不能滿足1類輸出動(dòng)態(tài)性能的要求，只能滿足輸出2類動(dòng)態(tài)性能（圖2）的要求。

　　2.1.3、VFD-SY-333，冷備用UPS

　　性能分類代碼VFD-SY-333表示UPS輸出電壓和頻率取決于市電電源電壓和頻率。在正常方式下，市電電源的各種干擾都會(huì)影響到負(fù)載。這種UPS技術(shù)就是冷備用UPS。這種UPS在市電故障時(shí)，啟動(dòng)逆變器，負(fù)載由機(jī)械開關(guān)轉(zhuǎn)換到逆變器供電，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約4～8ms。因此，只能滿足3類輸出動(dòng)態(tài)性能（圖3）的要求。

　　VFI-SS-111，VI-SX-222，VFD-SY-333對(duì)應(yīng)的單機(jī)UPS系統(tǒng)及其特點(diǎn)如表1 所示。

　　
表1 IEC 62040規(guī)定的UPS分類與其對(duì)應(yīng)UPS 系統(tǒng)

　　下面簡單介紹這三種標(biāo)準(zhǔn)化單機(jī)UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。

　　2.2 冷備用UPS （passive standby UPS）

　　冷備用UPS如圖4所示。這種UPS 有正常和儲(chǔ)能兩種工作方式。

　　在正常工作方式下，負(fù)載由市電電源經(jīng)UPS開關(guān)直接供電。也可以采用一些附加設(shè)備（例如鐵磁諧振變壓器或自動(dòng)改變抽頭的變壓器）對(duì)輸入電源進(jìn)行簡單的調(diào)節(jié)后為負(fù)載供電。整流器給蓄電池充電。

　　當(dāng)交流輸入

電源指標(biāo)超出UPS的預(yù)定允差時(shí)， UPS轉(zhuǎn)入儲(chǔ)能工作方式，啟動(dòng)逆變器，負(fù)載由蓄電池經(jīng)逆變器直接或通過UPS開關(guān)（電子開關(guān)或機(jī)械開關(guān)）供電。從市電供電向蓄電池供電的轉(zhuǎn)換過程將引起4～8ms 的中斷時(shí)間。

　　蓄電池/逆變器組合將一直為負(fù)載供電到蓄電池放電終止。或者供電到交流輸入電源恢復(fù)，負(fù)載轉(zhuǎn)換回由輸入交流電源供電。（以先到者為準(zhǔn)）

　　這種UPS是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的UPS。

　　但是有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，（1）負(fù)載沒有與市電電源的干擾隔離。（2）市電停電時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)換為由逆變器供電的過程中供電中斷時(shí)間較長，對(duì)許多重要的應(yīng)用場合（特別是IT系統(tǒng)）是不適合的。（3）在正常工作方式下輸出電壓和頻率沒有調(diào)節(jié)，取決于市電的電壓和頻率。

　　因此這種UPS僅適用于小容量系統(tǒng)。

　　
圖4 冷備用UPS

　　2.3 市電交互UPS （line interactive UPS）

　　2.3.1 典型的市電交互UPS

　　市電交互UPS如圖5所示，系統(tǒng)由電源接口電路、逆變器、蓄電池、UPS開關(guān)等所組成。接口電路包括靜態(tài)開關(guān)和電感（扼流圈）。逆變器是雙向變換器，即有市電時(shí)將市電交流電整流為直流電給蓄電池充電；市電停電時(shí)將蓄電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟姙樨?fù)載供電。

　　市電交互UPS有三種工作方式：正常方式、儲(chǔ)能方式和旁路方式。

　　在正常方式下，交流輸入電源（市電）與逆變器并聯(lián)、相互作用向負(fù)載供電，逆變器進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)，交流輸入電源（市電）供給負(fù)載電流，并給蓄電池充電。系統(tǒng)輸出頻率等于交流輸入電源的頻率。因?yàn)槟孀兤鞯妮敵鲱l率必須與市電頻率相同，才能通過控制逆變器與市電之間的相位角，使兩者相互作用，向負(fù)載提供穩(wěn)定的電源，并實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電。因此，稱為市電交互UPS。

　　當(dāng)交流輸入電源電壓超出UPS預(yù)定的允差時(shí)，UPS工作在儲(chǔ)能方式。

　　在儲(chǔ)能方式下，負(fù)載由蓄電池通過逆變器繼續(xù)為負(fù)載供電。此時(shí)電源接口電路中的靜態(tài)開關(guān)斷開，以防止逆變器電源反饋到市電電源。蓄電池/逆變器組合一直為負(fù)載供電到蓄電池放電終止?；蛘吖╇姷浇涣鬏斎腚娫椿謴?fù)，負(fù)載轉(zhuǎn)換回由輸入交流電源供電。

　　旁路方式是指在UPS故障或過載時(shí)，負(fù)載切換到由旁路電源供電。

　　市電交互UPS的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，提供了輸出電壓的調(diào)節(jié)。

　　市電交互UPS的缺點(diǎn)：（1）負(fù)載沒有與市電電源的干擾真正的隔離。（2）不能進(jìn)行輸出頻率的控制，輸出頻率取決于市電頻率。（3）輸出電壓調(diào)節(jié)性能一般，因?yàn)檩敵鲭妷旱恼{(diào)節(jié)是通過市電與逆變器并聯(lián)完成的。

　　
圖5 市電交互UPS

　　2.3.2 Delta 變換UPS（Delta conversion UPS）

　　Delta 變換UPS是20世紀(jì)90年代研制開發(fā)的一種性能優(yōu)良的，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電能變換上引入了新的概念，在某些技術(shù)性能指標(biāo)上獲得了突破性進(jìn)展的UPS。該項(xiàng)技術(shù)至今在國際上仍有爭議，IEC62040 也沒有明確規(guī)定Delta 變換UPS。

　　根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62040-3關(guān)于UPS性能分類的規(guī)定，國際上UPS 行業(yè)多數(shù)意見認(rèn)為Delta 變換UPS屬于市電交互UPS，或者是市電交互UPS的一種變形，因?yàn)槠漭敵鲱l率取決于市電電源的頻率，性能分類代碼為VI。 Delta 變換UPS的系統(tǒng)組成如圖6所示，包括兩個(gè)逆變器、交流輸入開關(guān)、Delta 變壓器和旁路開關(guān)等。其中一個(gè)逆變器稱為Delta 逆變器，另一個(gè)稱為主逆變器。Delta 逆變器的額定容量為負(fù)載容量的30%，主逆變器的額定容量為負(fù)載容量的100%。Delta 變壓器的原邊繞組串聯(lián)接在市電和UPS 輸出之間。Delta 逆變器和主逆變器都是雙向變換器，它們可以將交流電變?yōu)橹绷麟?，同時(shí)有可以將直流電變?yōu)榻涣麟姟?/P>

　　主逆變器是恒壓源，它精確控制功率平衡點(diǎn)（PBP）的電壓大小和電壓波形。因此在Delta 變壓器的原邊繞組兩端的電壓等于市電交流輸入電壓和功率平衡點(diǎn)上的固定電壓的差值。Delta 變壓器原邊繞組的電壓控制副邊繞組的電壓。

　　Delta逆變器是可變電流源。Delta 變壓器 邊繞組的電流取決于Delta逆變器輸出電流。Delta 變壓器 邊電流是由副邊電流調(diào)節(jié)的。原邊電流的波形還取決于副邊電流的波形。

　　Delta 逆變器的作用是在Delta變壓器副邊繞組中產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娏?，以控制市電輸入到原邊繞組的電流。Delta 逆變器還可以控制市電輸入電流波形，使之為正弦波且與電壓同相位，因此可以將輸入功率因數(shù)控制到接近1。負(fù)載電流中的諧波電流由主逆變器供給。

　　Delta 變換UPS 的工作方式如下：

　?。?）在正常情況下（市電電壓的變化在額定電壓的±15%以內(nèi)）負(fù)載由市電經(jīng)Delta 變壓器的原邊繞組供電，主逆變器將PBP平衡點(diǎn)的電壓控制到額定電壓。根據(jù)市電電壓變化范圍，有下面三種不同的情況。

　　A．當(dāng)市電電壓等于PBP處的電壓時(shí)，Delta 變壓器的原邊和副邊繞組電壓均等于零，無任何功率變換。

　　B．市電電壓低于PBP的電壓時(shí)（例如-15%），Delta 變換UPS從系統(tǒng)輸出端吸取一定的功率經(jīng)主逆變器、Delta 逆變器進(jìn)行整流、逆變兩次變換，以控制Delta 變壓器的副邊繞組的電流，使從市電輸入的電流增大，以滿足負(fù)載的功率需求。在這種情況下Delta 變壓器的原副邊都有電壓和電流，因此有功率變換。這個(gè)變換是從副邊至原邊的變換。

　　
圖6 Delta 變換UPS

　　C．市電電壓高于PBP的電壓時(shí)（例如+15%），為了保持功率平衡，Delta 逆變器應(yīng)減小輸入電流。但是負(fù)載經(jīng)PBP從市電得到的功率不能滿足負(fù)載需要。Delta 變換UPS從Delta 變壓器吸取一定的功率經(jīng)Delta 逆變器、主逆變器進(jìn)行整流、逆變兩次變換，最后經(jīng)PBP供給負(fù)載。由直接市電供給的功率和經(jīng)變換后供給負(fù)載的功率正好滿足負(fù)載的需要。在這種情況下Delta 變壓器的原副邊都有電壓和電流，因此有功率變換。這個(gè)變換是從原邊至副原邊的變換。

　　蓄電池充電的情況：市電電壓在±15%范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以給蓄電池充電。控制方法如下：A. 市電電壓等于或低于PBP點(diǎn)的電壓時(shí)，控制Delta變壓器副邊電流，使從市電吸取的、送到PBP的電流比負(fù)載需要的大，多余的電流即通