UPS电源输入输出如何进行UPS选型

2019-11-20      1461 次浏览

通常人们在谈到UpS的选型时,大都首先谈到UpS容量的选择,即:用户可以根据所用设备的负荷量统计值来选择所需的UpS输出功率(KVA值),如果以KW值计算,就要乘输出功率因数0.8,考虑到用户今后扩容以及负载启动时的冲击,通常推荐设计参数是:用户的负载量仅占UpS输出功率的60%~70%为宜。即XKVA×60%~70%或XKVA×0.8×60%~70%。


但是,在现今的行业运用中,UpS的选型工作,远没有这么简单。它要考虑到UpS的输入和输出介面两方面的影响。即UpS对电网(或备份发电机)的影响,所带负载对UpS的影响。


如下图,是UpS的典型方框图。


一、UpS输入端


对电网而言,UpS的输入端根据GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4∶1998的标准要求:大于16A的电气设备,输入功率因数大于0.92,输入THDI小于8%,这是绿色电源的基本要求。


如果,UpS输入端达不到以上标准,电网或备份发电机,尤其是发电机的容量必须在两倍以上或更高。这是由于谐波电流大量存在,比如三相六脉冲整流器输入谐波电流总含量高达30%--35%。如果是电网,则因电网容量大输出内阻很低,不会对输出电压造成影响。但对于备份发电机组,其容量相对小内阻远比电网大得多,因此,UpS的输入谐波电流就会引起发电机输出的电压畸变,而不能带动UpS工作,使UpS常工作在电池放电状态。


所谓谐波含量,就是各次谐波的平方和开方。


谐波电流总畸变率


第h次谐波电流含有率


设备的输入功率因数和谐波电流的关系如下式:


另外,电网或备份发电机所带的其它设备,如果没有作电磁兼容性(EMC)的要求,可能由于UpS输入端THDI太大,而受到影响。


所以,在UpS的选型时,200KVA及以下的UpS,应首选采用IGBT整流,其输入功率因数大于0.92,输入THDI小于3%的UpS,200KVA及以上也要选用采用十二脉冲整流器,并加了相应谐波处理技术的UpS。


顺便提一下,200KVA及以上UpS的IGBT整流器,目前的欧洲UpS生产厂家,还对1200V,IGBT大电流的并联问题持谨慎态度,如已能批量生产一单元、二单元、四单元、六单元和七单元的IGBT标准型模块,其最高水平已达到1800A/4500V。但是,300A/1700VIGBT模块,它是由4个160A/1700VIGBT芯片和8个100A/1700V快恢复二极管组成。其它技术已经成熟。


二、UpS输出端


UpS的输出特征一般有如下表述:


三相(380/415V可选)±1%,


负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)


过载能力:125%for10分钟,150%for60秒


峰值因数:3:1


电压畸变:小于1%线性负载,小于3%非线性负载


1.三相(380/415V可选)±1%


是指UpS输出的电压精度,条件是所带负载在一定的稳定范围内。UpS一般都能达标。


2、负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)


是指负载由0%--100%,100%--0%的突变中,输出的电压精度,稳定在+/-2%所需要的时间。只有采用SVpWM(空间矢量调制技术)的UpS才能达到,一般采用SpWM的UpS负载变换响应时间为(100%+/-2%<20ms),有时会使所带负载工作受到影响。


空间电压矢量控制pWM(SVpWM)也叫磁通正弦pWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成pWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通).。


空间矢量pWM技术既可以用在开环控制也可以用在闭环系统中,空间矢量控制可以获得100%的直流母线电压利用率。空间矢量方法把三相逆变桥所有开关状态分为8种,2种状态为0。这8种矢量的合成就产生了空间矢量波形。每一时刻给定的电压矢量都可以由2个非零矢量合成产生,这个二维空间被6个非零矢量分为相等的6个区域,首先计算给定的电压矢量处于哪个区域,然后用该区域相邻的两个矢量合成出所需的电压矢量,为了保证每一个开关器件在一个开关周期中最多只开通关断一次,所以,要根据一定的开关顺序将2个电压矢量发出,中间按一定的原则插入零矢量。


3、过载能力:125%for10分钟,150%for60秒


是指过载125%和150%时,逆变器所能工作的时间,如果在此时间后还是过载将转向旁路供电。


4、峰值因数:3:1


峰值因数(CF),所谓的CF是指电流瞬时值的峰值与其有效值的比值。由于负载接受正弦波电压会产生CF(如计算机性负载介于2.4-2.6倍的电流),如果供电设备的峰值因数越高,表明设备抗冲击能力越强。UpS设计时常需能提供CF值为3:1。因此在选择UpS容量时需要考虑负载波动及冲击余量,如果启动性负载多,比如国家奥运会射击馆金卤灯照明灯具。


灯具启动时有较大的冲击电流,最大可达正常工作电流的九倍。结果采用了灯组分时启动,先启动大功率灯具,后启动小功率灯具等方法。UpS总容量不超1.2倍的情况下,解决了原用应急电源EpS供金卤灯照明灯具有中断熄灭,改用UpS供电的问题。


5、电压畸变:小于1%线性负载,小于3%非线性负载


是指UpS带线性负载和非线性负载时,电压畸变率THDV的数值。对负载来说,负载的线性或非线性,是负载本身固有的,UpS作为它的供电方,并不能改变其特征。只能保持输出电压的正弦波形不严重畸变,如逆变器采用空间电压矢量控制SVpWM,就能更好的时刻减小电压畸变率。注意,如果负载的THDI过大,UpS的容量也要相应增加。比如,工厂的一些泵,加装了低压变频器,启动电流减少了,谐波THDI确达到了70%,造成UpS过载。把低压变频器旁路掉后,UpS工作正常,这都说明结合实际负载,选择UpS的重要性和细致性。


所以,在UpS的选型时,最好选用逆变器采用空间电压矢量控制SVpWM的UpS。


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