IGBT整流型UPS——有效抑制諧波污染

時間：2013-04-09作者：深圳市綠環(huán)機電設(shè)備有限公司瀏覽：118

 

通信行業(yè)是UPS的應(yīng)用大戶，作為整個機房的供電**，UPS首要的問題是**性，然后是安全、綠色、節(jié)能，如果拋開安全來談綠色和節(jié)能是沒有意義的。
　　
　　在一個標準的機房供電系統(tǒng)中，包括變壓器、柴油發(fā)電機、ATS、TVSS、低壓配電柜、直流開關(guān)電源、UPS、蓄電池等各組成部分，較重要的供電單元是UPS。計算機是UPS的負載，而UPS對市電電網(wǎng)來說也是一個負載。理想的UPS對電網(wǎng)而言應(yīng)當呈現(xiàn)純阻性，也就是說，其輸入功率因數(shù)較好是1，這樣它對于電網(wǎng)就沒有任何污染。但現(xiàn)實情況是，傳統(tǒng)UPS普遍采用了50Hz的低頻晶閘管整流器，對市電產(chǎn)生大量的諧波污染。擺在所有用戶面前的問題是治理諧波污染，就如治理化工廠排放污水一樣。
　　
　　諧波的危害很大，它不做功，但卻占用了大量的電網(wǎng)資源;諧波導(dǎo)致電網(wǎng)電壓失真度增大，諧波增大，使UPS與發(fā)電機的匹配帶來問題。通常要求發(fā)電機的功率是UPS的2~3倍，否則就無法運轉(zhuǎn)。筆者在某些通訊部門也遇到過實際案例，就是因為某些**的UPS電流諧波反饋污染過大，導(dǎo)致用戶的開關(guān)經(jīng)常莫名其妙地跳閘。
　　
　　諧波的成分非常復(fù)雜，諧波的治理遠非提高功率因數(shù)那么簡單。許多人認為加幾個電容器補償一下就可以了，但那只是針對象電機那樣的負載而言的。對于UPS整流器之類的非線性負載，單純的電容補償結(jié)果會適得其反，可能會導(dǎo)致失真度進一步加大。普通的LC濾波器只能濾除特定頻率的諧波，例如5次濾波器只能對5次諧波較有效，而對其它奇次諧波影響不大，諧波治理原則是"誰污染，誰治理"。
　　
　　目前市場上很多UPS采用的是6脈沖整流器，它需要添加一個LC濾波器。加上濾波器之后，可以把輸入電流諧波失真降至7%，但這只是在UPS滿載情況下。當負載減半時，UPS輸入諧波失真又將升至15%以上。還有的UPS廠商提供了12脈沖整流器，這是一種比較傳統(tǒng)的整流器結(jié)構(gòu)，相比6脈沖整流器而言，它增加了一個30。的移相變壓器和一組6脈沖整流器。在一個周期內(nèi)12個晶閘管順序?qū)?，因此通稱為12脈沖。12脈沖整流器再加裝輸入濾波器后，滿載時可以將UPS輸入電流諧波失真降至5%，但這也只是在滿載時，當負載減半時UPS的諧波失真又將升至15%以上。
　　
　　因此關(guān)于治理UPS諧波污染的方式，有以下幾種:
　　
　　（1）6脈沖整流器+輸入濾波器;
　　
　?。?/span>2）12脈沖整流器;
　　
　?。?/span>3）12脈沖整流器+輸入濾波器;
　　
　　（4）有源濾波器。
　　
　　這些方式都有一個共同的缺點，那就是先污染后治理。由于UPS采用的是晶閘管整流器的結(jié)構(gòu)，不可避免地造成諧波污染，然后用戶被迫再花費大筆資金來治理諧波污染，這實在是一個很不劃算的惡性循環(huán)怪圈。
　　
　　如果UPS不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生諧波污染，那用戶就*花錢來治理它了，那么有沒有這樣一種UPS呢?有的，伊頓愛克賽公司的在線式UPS全部采用TGRT整流方式，它從根本上抑制了電流諧波污染，將其降至3%以內(nèi)。對于UPS領(lǐng)域而言，這種結(jié)構(gòu)是治理諧波的有效解決方案?，F(xiàn)在很多用戶還習(xí)慣用整流器的脈沖數(shù)來評價UPS的好壞，在選擇UPS設(shè)備時，他們會關(guān)心IGBT整流器是多少脈沖的。簡單來說，IGBT整流器是采用脈寬調(diào)制的方式，IGBT斬波頻率達到8300Hz，因此可以稱之為8300脈沖的整流器，當然這要比所謂的12脈沖整流器好多了。用示波器來觀察UPS輸入電壓和電流波形，會看到這些波形都是非常純凈的正弦波，對于電網(wǎng)沒有任何的反饋污染，它是主動式的諧波治理方式。
　　
　　當今的計算機和服務(wù)器與以前相比有很大不同，功率密度較高的刀片式服務(wù)器己經(jīng)非常流行，服務(wù)器普遍采用雙電源供電，而UPS供電系統(tǒng)也普遍采用"1+1"冗余并聯(lián)，因此UPS單機所帶的負載率都比較低，80%UPS的負載在50%以下，甚至不到25%,處于大馬拉小車的狀態(tài)。這樣一來，大家所看到的UPS指標中的UPS滿載效率對用戶而言是沒有實際意義的，因為現(xiàn)實中UPS并沒有達到滿載，能用到50%就不錯了。因此UPS輕載時的整機效率對于大家反而較有意義。目前已有UPS廠商宣稱其產(chǎn)品在滿載的時候已可以達到95%的整機效率，在半載時依然可以達到95%，甚至在25%負載時的整機效率依然可以達到94%。
　　
　　95%的整機效率，前提是已經(jīng)**了UPS輸入功率因數(shù)大于0.99，輸入諧波失真小于3%，而且當負載只有50%也可以達到95%。而其他一些UPS廠商的產(chǎn)品，如果要達到同樣的指標，一般需要添加眾多的選件，例如輸入濾波器、12脈沖整流器等，但每個額外選件都會進一步降低UPS的整體效率:12脈沖整流器會降低系統(tǒng)效率2%，有源濾波器會使系統(tǒng)效率降低4%，因此在實際測量時，許多12脈沖UPS的整機效率尚不足88%。很多人在采購UPS時只關(guān)注了UPS價格本身，孰不知UPS的使用成本也很高。
　　
　　現(xiàn)在有些UPS廠家采取旁路節(jié)能模式，其原理是，如果旁路電壓在一定范圍內(nèi)，UPS直接通過旁路供電。這樣一來，UPS的效率確實非常高，但這種*是以犧牲負載安全為代價的。因為這個時候的UPS整流逆變器并沒有供電，電網(wǎng)中的各種瞬態(tài)干擾**負載，UPS沒有起到隔離作用，而且當市電停電的時候，UPS切換是有時間中斷的。只有當UPS處于在線雙變換模式下時，才能為負載提供全面的供電保護。
　　
　　目前已有UPS自身可以提供模擬假負載測試，其原理是UPS內(nèi)部可以產(chǎn)生一個滿載測試。用戶可以做滿載的電池放電測試，通過這種方式可以測試出系統(tǒng)內(nèi)所有的環(huán)節(jié)，消除UPS內(nèi)部因為接線不牢固、松脫等產(chǎn)生的潛在隱患。而在為用戶發(fā)現(xiàn)隱患的同時，還可節(jié)省假負載租賃、電費和電纜連接成本等各種費用。
　　


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