IGBT整流型UPS——有效抑制谐波污染

     

    通信行业是UPS的应用大户,作为整个机房的供电核心,UPS首要的问题是**性,然后是安全、绿色、节能,如果抛开安全来谈绿色和节能是没有意义的。
      
      在一个标准的机房供电系统中,包括变压器、柴油发电机、ATSTVSS、低压配电柜、直流开关电源、UPS、蓄电池等各组成部分,较重要的供电单元是UPS。计算机是UPS的负载,而UPS对市电电网来说也是一个负载。理想的UPS对电网而言应当呈现纯阻性,也就是说,其输入功率因数较好是1,这样它对于电网就没有任何污染。但现实情况是,传统UPS普遍采用了50Hz的低频晶闸管整流器,对市电产生大量的谐波污染。摆在所有用户面前的问题是治理谐波污染,就如治理化工厂排放污水一样。
      
      谐波的危害很大,它不做功,但却占用了大量的电网资源;谐波导致电网电压失真度增大,谐波增大,使UPS与发电机的匹配带来问题。通常要求发电机的功率是UPS2~3倍,否则就无法运转。笔者在某些通讯部门也遇到过实际案例,就是因为某些**的UPS电流谐波反馈污染过大,导致用户的开关经常莫名其妙地跳闸。
      
      谐波的成分非常复杂,谐波的治理远非提高功率因数那么简单。许多人认为加几个电容器补偿一下就可以了,但那只是针对象电机那样的负载而言的。对于UPS整流器之类的非线性负载,单纯的电容补偿结果会适得其反,可能会导致失真度进一步加大。普通的LC滤波器只能滤除特定频率的谐波,例如5次滤波器只能对5次谐波较有效,而对其它奇次谐波影响不大,谐波治理原则是"谁污染,谁治理"
      
      目前市场上很多UPS采用的是6脉冲整流器,它需要添加一个LC滤波器。加上滤波器之后,可以把输入电流谐波失真降至7%,但这只是在UPS满载情况下。当负载减半时,UPS输入谐波失真又将升至15%以上。还有的UPS厂商提供了12脉冲整流器,这是一种比较传统的整流器结构,相比6脉冲整流器而言,它增加了一个30。的移相变压器和一组6脉冲整流器。在一个周期内12个晶闸管顺序导通,因此通称为12脉冲。12脉冲整流器再加装输入滤波器后,满载时可以将UPS输入电流谐波失真降至5%,但这也只是在满载时,当负载减半时UPS的谐波失真又将升至15%以上。
      
      因此关于治理UPS谐波污染的方式,有以下几种:
      
      (16脉冲整流器+输入滤波器;
      
      (212脉冲整流器;
      
      (312脉冲整流器+输入滤波器;
      
      (4)有源滤波器。
      
      这些方式都有一个共同的缺点,那就是先污染后治理。由于UPS采用的是晶闸管整流器的结构,不可避免地造成谐波污染,然后用户被迫再花费大笔资金来治理谐波污染,这实在是一个很不划算的恶性循环怪圈。
      
      如果UPS不产生或很少产生谐波污染,那用户就*花钱来治理它了,那么有没有这样一种UPS?有的,伊顿爱克赛公司的在线式UPS全部采用TGRT整流方式,它从根本上抑制了电流谐波污染,将其降至3%以内。对于UPS领域而言,这种结构是治理谐波的有效解决方案。现在很多用户还习惯用整流器的脉冲数来评价UPS的好坏,在选择UPS设备时,他们会关心IGBT整流器是多少脉冲的。简单来说,IGBT整流器是采用脉宽调制的方式,IGBT斩波频率达到8300Hz,因此可以称之为8300脉冲的整流器,当然这要比所谓的12脉冲整流器好多了。用示波器来观察UPS输入电压和电流波形,会看到这些波形都是非常纯净的正弦波,对于电网没有任何的反馈污染,它是主动式的谐波治理方式。
      
      当今的计算机和服务器与以前相比有很大不同,功率密度较高的刀片式服务器己经非常流行,服务器普遍采用双电源供电,而UPS供电系统也普遍采用"1+1"冗余并联,因此UPS单机所带的负载率都比较低,80%UPS的负载在50%以下,甚至不到25%,处于大马拉小车的状态。这样一来,大家所看到的UPS指标中的UPS满载效率对用户而言是没有实际意义的,因为现实中UPS并没有达到满载,能用到50%就不错了。因此UPS轻载时的整机效率对于大家反而更有意义。目前已有UPS厂商宣称其产品在满载的时候已可以达到95%的整机效率,在半载时依然可以达到95%,甚至在25%负载时的整机效率依然可以达到94%
      
      95%的整机效率,前提是已经**了UPS输入功率因数大于0.99,输入谐波失真小于3%,而且当负载只有50%也可以达到95%。而其他一些UPS厂商的产品,如果要达到同样的指标,一般需要添加众多的选件,例如输入滤波器、12脉冲整流器等,但每个额外选件都会进一步降低UPS的整体效率:12脉冲整流器会降低系统效率2%,有源滤波器会使系统效率降低4%,因此在实际测量时,许多12脉冲UPS的整机效率尚不足88%。很多人在采购UPS时只关注了UPS价格本身,孰不知UPS的使用成本也很高。
      
      现在有些UPS厂家采取旁路节能模式,其原理是,如果旁路电压在一定范围内,UPS直接通过旁路供电。这样一来,UPS的效率确实非常高,但这种*是以牺牲负载安全为代价的。因为这个时候的UPS整流逆变器并没有供电,电网中的各种瞬态干扰**负载,UPS没有起到隔离作用,而且当市电停电的时候,UPS切换是有时间中断的。只有当UPS处于在线双变换模式下时,才能为负载提供全面的供电保护。
      
      目前已有UPS自身可以提供模拟假负载测试,其原理是UPS内部可以产生一个满载测试。用户可以做满载的电池放电测试,通过这种方式可以测试出系统内所有的环节,消除UPS内部因为接线不牢固、松脱等产生的潜在隐患。而在为用户发现隐患的同时,还可节省假负载租赁、电费和电缆连接成本等各种费用。
      


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    词条说明

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      1、不要在密封空间或火的附近安装UPS蓄电池,否则有引发爆炸及火灾的危险。 2、不要用有可能引发静电的东西盖住UPS蓄电池,产生静电时有时会引起爆炸。 3、附近有水的地方不宜安装UPS蓄电池,否则有发生触电危险。 4、请不要在温度**过-40 °C~60 °C环境下安装UPS蓄电池。 5、不要在有粉尘的地方使用UPS蓄电池,否则有可能造成UPS蓄电池短路。 6、不要用有粘性或标贴类物体

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