1、提到飞轮动态UPS,可能很多工程技术人员对此比较陌生。为了对动态UPS有进一步的了解,以下简单介绍一下UPS的发展历程。UPS从最初的飞轮发电机到今天,已经度过了40多个春秋,由单一旋转发电机式发展到今天的多功能旋转发电机式、静止 变换式、旋 转静止结合式三大 类。最早的UPS原本是用途广泛的电力保障设备,随着半导体技术 和电力电子技术的进步和发展 ,诞生了比第一代旋转式UPS更为先进的静止变换式UPS。最初的静止 变换式UPS其功率器件由晶闸管制成,并在大、中容量UPS中得到了广泛应用。MOS功率管普遍地应用在中小容量的UPS 中,但这种功率管难以达到高电压、大电流,其饱和压降大于晶体管 ,
2、于是兼具前两者优点的绝缘栅 双极晶体管(IGBT)应运而生,促使UPS的逆变技术 更趋成熟。但 IGBT有寄生电流擎住效应, 在一定程度上限制了其使用。1 UPS的分类(1)静态UPS静止式UPS分为在线式和后备式。 这两种UPS的结构大致相同,其主体结构都包括整流( 充电)器、蓄 电池、逆变器和转换 开关等4 个部分。二者的区 别 在于工作方式不同:在线式UPS的逆变器自始至终都在工作,而后 备式UPS只有在供电异常时才启 动逆变器。后 备式UPS供电质量虽然差, 但其效率高,价格低廉,多用于家庭及对电网要求不高的场所。在线式UPS供电质量相对要高,但价格贵得多,因此多用于精密设备、网络领域
3、及特殊供电要求的场所。而互动式UPS兼顾了前两者某些优点,效率高、转换时间短、性能价格合理, 逐渐得到用户的认可。随着市场竞争的日趋严峻,不同厂家根据用户的特殊要求而 设计了不同应用场 合的UPS, 如邮电专用型、电站专用型、铁路专用型、油田专用型等。(2)动态UPS动态UPS的不间断供电是依靠旋转部件释放动能实现的。动态UPS 与静态UPS在技术上各有所长,以不同的技术方式实现对 重要负载的不间断供电。动态UPS弥补了静态变换式UPS的不足(需配套大量的蓄电池)。动态 UPS结合自身的显著特点, 经过几十年不断的发展和改进,在大功率UPS市场已经 独树一帜。 动态UPS相比静态UPS,单机效
4、率高，优势明显，功能强大，具 备了集成化的电源解决方案。由于其 结构紧凑，可靠性高，因此随着功率 应用的增高，其高效率产生的经济效益更加突出。因此在大功率UPS国际市场上得到了广泛应用。2 飞轮储能UPS供电系统描述那么到底什么是飞轮旋转动态UPS呢？其技术原理是怎样的?有哪些优点呢？美国Active Power飞轮储能UPS 属于在线 式UPS的一种, 它集传统在线 式UPS和动态UPS二者技术特点于一身。以下以其为例介绍这种 UPS的构成、特点及工作原理。飞轮储能UPS由输入保险、 输入接触器、静 态开关、在线电感器、输出接触器、逆变器、 滤波电感器、飞轮、旁路等组成。Active Pow
5、er UPS核心技术为飞轮储能技术, 拥有35项美国专利。飞轮和电机系统密封在真空容器内,能量蓄满时飞轮转速高达7700r/min,如图1所示。 动态飞轮UPS可以提供优质电源, 确保精密的仪器设备和生产线免受毫秒级电网波动的影响,减少数据通信中的高 误码率。图1 飞轮UPS的旋转部分UPS在市电出现波动时, 由于飞轮的惯性能补偿短时间的电压 突变, 保证了输出电压的稳定。在市电中断时,由于飞轮的惯性将动能转变为电能,满载时可维持额定电压12s,在此期间发电机自动起动带载,恢复对重要负载 的正常供电。其不 间断供电 工作过程如图2所示。图2 飞轮储能 UPS的不间断供电工作过程3 飞轮UPS的
6、工作原理及运行模式飞轮UPS内部的拓扑结构是目前市场上并不常见的在线互动式,具体结构如图3所示。在正常情况下,电源经过输入接触器在 滤波电感的作用下滤除有害的高次谐波, 然后直接通过输出接触器直接输出给负载,在此过 程中对电压进行调节, 保证满 足负载要求。图3 飞轮UPS工作原理和拓扑结构Active Power UPS采用飞轮动态储能技术, 能大大改善电能质量, 完全零切 换,电能回充时间短,特别适合防止瞬时波动。可应对电源的各种异常 ,保障设备正常工作。4 各种电力意外情况下 UPS工作过程4.1 电压骤降和瞬时中断(1)电压一旦骤降或中断,DSP能在瞬间测出。(2)输入电压在220(l
7、l0%)之内时, 不耗用飞轮能量。4.2 谐波(1)基于DSP技 术测出负载的谐波电流, 通过IGBT逆变器和 滤波电感构成的电力有源滤波系统实时地向系统注入反向等量的补偿电流,以达到消除谐波和 进行无功补偿的目的。(2)负载谐波不会在输入侧出 现。(3)输入侧无需脉冲整流滤波器 ,便于和同容量的柴油发电机组整合使用。4.3 功率因数及电压波动(1)通过无功电流在输入侧以及在 电感和逆变器之间的流动,将输出电压波动幅度控制在2%之内, 并使输入侧功率因数达 0.99。(2)在额定输入电压时没有有功 电流的交换。(3)负载的超前和滞后电流由市 电逆变器提供( 无功电流的大小取决于 输入和输出的电
8、压差)。(4)负载的有功功率由市电输 入提供。4.4 浪涌、尖峰及其它毛刺*(1)使用高能瞬态电压浪涌抑制器 (TVSs)和大容量在线电感进行过滤。(2)瞬态能量通过逆变器被直流 电容吸收,从容应对6000V以上的瞬间高压。4.5 频率输出频率波动频率超出特定窗口时,在线的静态开关自动关断,由飞轮放电来提供稳定的频率输出。4.6 长时间电力中断(1)对于持续、长时间的电力波动,通常将Active Power UPS和发电机组 整合使用以提供不间断电源。(2)输入侧无整流滤波器,总畸变 (3)不会对市电造成回馈污染。6.2 输出特性(1)功率因数:0.7(滞后) 至0.9(超前)。(2)电压谐波
9、畸变率:3%(额定线性负载);5%(额定非线性负载)。(3)电压调节:稳态2%(输入10%内,平衡或不平衡负载);瞬态5%(100%突加负载) 。(4)频率调控:输入50Hz10%, 输出50Hz 0.2%。6.3 过载能力(有市电状态)(1)过载1000%时,10ms。(2)过载500%时,1s 。(3)过载200%时,30s 。(4)过载125%时,10min。6.4 维持时间(1)15s(满载)。(2)30s(半载)。6.5 质保和安全体系(1)所有产品均经工厂严格的 检验和测试。(2)获得ISO9001、CE、UL 等认证。(3)安全满足 5009i-1-1。(4)抗扰动性和电磁兼容性
10、满 足EN50091-2 。7 飞轮动态UPS的应用模式(1)与发电机组、ATS柜整合使用 ,可持久不间断供电。(2)和传统型UPS 整合使用。 飞轮储能模式比电池更适于多次短时间的电源故障,并可以显著延长现有UPS 电池的寿命, 从而使整个UPS系统的可靠性大大增加(3)其它改善电源品质和短时 保护的应用领域。(4)可移动供电。8 结束语如今,美国Active Power公司凭借这一独特的核心技术,已行销全球六大洲,在全球50多个国家销售,为超过700MW的关键负载提供 电源保障, 累计不中断运行时间超过7700万小时。全球最大的搜索引擎和最大的软件企业的云计算中心以及VISA、 3M等国际知名公司均已采用Active Power电 源保护系统。美国雅虎公司新近投产的的“鸡舍” 数据中心PUE值达到1.08,与采用飞轮UPS产品大有关系。近年来,这一先进的产品已进 入国内市场, 在中国60周年国庆庆典、世博会电力保障, 以及广州亚运会上的供电工程中发挥了积极的作用。 为了更好服 务于国内市场,Active Power选择 了北京格瑞爱普公司成为中国大陆地区总代理。未来, 伴随Active Power公司 对中国市场投入的加大,飞轮UPS产品将在中国数据中心建 设中大显身手。文章来源：www.sy-
