□ 武漢洲際通信電源集團(tuán)公司 徐海波博士
一、大功率UPS產(chǎn)品的屬性
1. 高可靠性。一般中大功率UPS是指額定供電容量在20KVA 及以上的系統(tǒng)產(chǎn)品。出于配電合理性及適用性需求, 該類產(chǎn)品采用三相帶中線輸入，三相帶中線輸出方式。其作為信息化網(wǎng)絡(luò)中心的核心供電設(shè)備，由于涉及到所接入的關(guān)鍵設(shè)備量多、影響面廣，需要具備極高可靠性。
2. 不間斷與優(yōu)質(zhì)供電。理想情況下，供電電源具有標(biāo)準(zhǔn)正弦波特征 （如輸出相電壓有效值為220V，頻率為50Hz）。但實(shí)際由于電氣化、自動(dòng)化的高度發(fā)展與應(yīng)用，在一定程度上對(duì)電力造成極大的污染。應(yīng)EMI 設(shè)計(jì)的需要，通常設(shè)備在其輸入部分接有Y交流電容，每個(gè)Y電容都會(huì)產(chǎn)生一定的漏電流，隨著同一配電系統(tǒng)中用電設(shè)備輸入端Y電容的增加，會(huì)導(dǎo)致接地電壓升高，在三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡時(shí)，中性線電流增大，同樣導(dǎo)致接地電壓升高，直接危害到設(shè)備運(yùn)行安全。采用超隔離設(shè)計(jì)的中大功率UPS 則可較好地解決此問題。
隨機(jī)類干擾無時(shí)不在污染著市電，影響設(shè)備工作穩(wěn)定性。消除此類軟故障的有效措施是向用電設(shè)備提供凈化電力電源，這已成為擔(dān)負(fù)設(shè)備供電的中大功率UPS 主要功能之一。一般非隔離式 UPS 對(duì)于此類干擾無抑制作用，采用雙變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、帶輸出隔離變壓器的UPS產(chǎn)品可將此類干擾極大程度衰減，取到良好的凈化作用。供電故障如短路、中線脫落、缺相、市電中斷對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成極為嚴(yán)重威脅，不間斷供電系統(tǒng)（UPS）應(yīng)解決該類故障而誕生。目前，在線式中大功率 UPS 可實(shí)現(xiàn)零時(shí)延不間斷供電。在負(fù)載一定的前提下，不間斷供電持續(xù)時(shí)間長短與系統(tǒng)選用的蓄電池容量、充電管理性能、逆變器工作效率密切相關(guān)。
3. 高運(yùn)行效率。中大功率 UPS 對(duì)電力變換效率不僅涉及到本身的可靠性，同時(shí)涉及到用戶的使用成本。中大功率 UPS 產(chǎn)品的工作效率與其設(shè)計(jì)性能和變換器拓?fù)浞绞矫芮邢嚓P(guān)。采用雙變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)品在確保不間斷供電的同時(shí)，能向負(fù)載提供純凈的電能，但運(yùn)行效率受到一定影響，一般達(dá) 90% ~ 93%。在電網(wǎng)供電品質(zhì)較好的地方，可采用技術(shù)手段，如采用部分補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓方案，在市電狀況較好時(shí)適時(shí)旁路供電方式切換等，將整機(jī)平均運(yùn)行效率適當(dāng)提高到96% ~ 98% 。
4. 環(huán)境及負(fù)載適應(yīng)能力。目前，國內(nèi)大部分地區(qū)電網(wǎng)供電品質(zhì)不高，電壓波動(dòng)范圍大，市電頻率不穩(wěn)定。許多進(jìn)口 UPS 產(chǎn)品對(duì)輸入工作電壓設(shè)計(jì)范圍為 +/- 10 ~ 12.5% , 這與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境要求的 +/- 20% 相差較大。由于在采用雙變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中大功率 UPS 中，蓄電池組常采用直流母線直充電方式，當(dāng)市電電壓較底時(shí)，直流母線電壓不能維持在蓄池組正常浮壓水平，從而導(dǎo)致蓄電池組頻繁不合理放電，直接影響備用時(shí)間及蓄池組使用壽命。此問題需要在蓄電池組能量管理中加以解決。
通常接入負(fù)責(zé)區(qū)域供電的中大功率UPS 輸出端的不同類負(fù)載設(shè)備用電狀況不同，部分長期工作，部分間隙式工作，受現(xiàn)場(chǎng)配電線路拓?fù)湎拗�，往往很難實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載平衡，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡狀況。為此，帶三相不平衡負(fù)載能力是衡量中大功率UPS重要性能指標(biāo)之一。采用三相獨(dú)立逆變回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的UPS 產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)帶100% 不平衡負(fù)載確保輸出電壓穩(wěn)定度。
AC/DC 變換是在線式雙變換拓?fù)銾PS 產(chǎn)品中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在實(shí)現(xiàn)該變換過程的同時(shí)，或多或少對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同程度干擾，按照現(xiàn)階段技術(shù)與器件水平，要實(shí)現(xiàn)無干擾全功率AC/DC 變換并不太現(xiàn)實(shí)。實(shí)際產(chǎn)品中主要還是采用三相可控整流技術(shù)方案。為此，采取適當(dāng)技術(shù)手段，降低電流諧波成分及相位校正，減少無功分量是中大功率UPS 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要解決的重要問題。
5．完善的保護(hù)功能。保護(hù)功能分為UPS 裝置的自身保護(hù)與對(duì)負(fù)載的保護(hù)，完善的保護(hù)功能在中大功率UPS 中顯得尤為重要。 當(dāng)戶外供電線路遭受雷擊，在其零線（中性線）與大地之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)感應(yīng)電壓。一般非全隔離式 UPS 經(jīng)過零線將雷擊感應(yīng)電壓直接傳遞到用戶設(shè)備端，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞；而采用帶隔離變壓器的 UPS 其輸出/輸出完全隔離，在雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊感應(yīng)電壓被阻斷，負(fù)載零線與大地之間等電位，對(duì)于用戶設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)了有效防雷擊保護(hù)。輸出短路、故障過載也時(shí)有發(fā)生，為了防止故障擴(kuò)大及保護(hù)UPS裝置，需要在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，來執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)工作。
6．便利的操作與維護(hù)性能。由于操作不當(dāng)而導(dǎo)致的UPS 裝置故障的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,為此，簡化人工操作環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)智能化管理是當(dāng)前中大功率UPS 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要倍加關(guān)注的實(shí)際工程問題。中大功率UPS已經(jīng)是較高技術(shù)集成度的核心產(chǎn)品，實(shí)際使用者通常不可能對(duì)其進(jìn)行全面深入的了解。透明的用戶界面及工作狀態(tài)指示有利于引導(dǎo)用戶正確使用。中大功率UPS 作為核心供電設(shè)備，通常是不停機(jī)運(yùn)行，而且往往是無人值守。設(shè)備運(yùn)行狀況需要供應(yīng)商和用戶管理人員及時(shí)掌握，只有采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對(duì)UPS 實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和遙控。
總之，如中國科學(xué)院李成章研究員所倡導(dǎo)的：“只有帶輸入/輸出超隔離變壓器的雙變換型在線式 UPS 才有可能向用戶的負(fù)載提供純潔、穩(wěn)壓、無頻率突變/穩(wěn)頻、無干擾存在、波形失真度極小的全天候的高質(zhì)量正弦波電源”，中大功率UPS 應(yīng)該是能向用戶負(fù)載提供從不間斷、純潔和高品質(zhì)電能的智能化綠色供電系統(tǒng)。
二、XS03 20~320KVA 三相全隔離不間斷電源系統(tǒng)（UPS）
武漢洲際通信電源集團(tuán)采用國際先進(jìn)技術(shù)，推出在線式雙變換拓?fù)�、帶輸�?輸出超隔離變壓器的的XS03 20~320KVA 三相全隔離不間斷電源系統(tǒng)（UPS）產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品充分兼顧了國內(nèi)及其它電力環(huán)境較差的國家和地區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)于高質(zhì)量交流供電設(shè)備的需求，通過了信息產(chǎn)業(yè)部入網(wǎng)測(cè)試并取得入網(wǎng)證書。
該系列產(chǎn)品主要技術(shù)特色有：多處理器軟/硬件復(fù)合控制、三相獨(dú)立逆變主回路、輸入/輸出超隔離、寬電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍、智能充電管理及電池在線檢測(cè)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可選擇語言顯示界面（中文、英文）和遠(yuǎn)程及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。
如圖所示，ＵＰＳ系統(tǒng)是由輸入無熔絲開關(guān)、輸入濾波器及保護(hù)電路、整流器、電池組、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、旁路開關(guān)、輸出隔離變壓器和輸出濾波環(huán)節(jié)等組成。在市電正常情況下，交流電源經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流電源，供電給逆變器并對(duì)電池組充電，使電池儲(chǔ)存足夠的電能，以便在市電中斷時(shí)，提供電力給負(fù)載使用。
1．多處理器軟/硬件復(fù)合控制。多處理器實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化控制的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，完成遠(yuǎn)程通信功能；為了實(shí)現(xiàn)裝置高可靠性，各種控制操作采用軟/硬件冗余方式，有效提高抗干擾能力，整機(jī)運(yùn)行效率大于92%。
2．三相獨(dú)立逆變主回路。采用相序同步的三相獨(dú)立逆變主回路，各相逆變工作狀態(tài)是獨(dú)立的，相間負(fù)載不平衡不影響輸出特性。在相間負(fù)載100%不平衡情況下，輸出三相電壓不平衡度小于 1.2 % 。
3．輸入/輸出超隔離設(shè)計(jì)。無論在逆變運(yùn)行狀態(tài)，還是在市電旁路運(yùn)行狀態(tài)下，始終實(shí)現(xiàn)輸入/輸出超隔離。從電力線路傳導(dǎo)的各種干擾被有效阻斷，對(duì)于此類干擾信號(hào)的衰減能力達(dá)到 120 dB；負(fù)載零線與大地之間等電位使得接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間不存在電位差，可有效消除通常存在的公地干擾，增加設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性能，確保各種信道暢通。
4．寬電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍。逆變器采用變結(jié)構(gòu)控制策略，可實(shí)現(xiàn)低直流工作電壓（Vdc>= 295V）下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)消除電池組不正常放電現(xiàn)象，從而具有極寬的電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍 （+/- 22%），使得電池組壽命得到有效延長。
5．模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)和主控部件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速維護(hù)。
6．可選擇語言顯示界面（中文、英文）及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。LCD顯示界面可以實(shí)時(shí)顯示 UPS 運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。附加遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊通過RS-485與UPS連接(可連接距離大于1000公尺)，在故障狀況發(fā)生時(shí)有蜂鳴器告警，使用者可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離UPS開機(jī)和關(guān)機(jī)操作；通過SNMP 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)可以訪問處于遠(yuǎn)距離運(yùn)行的UPS 裝置。
