赛能专栏◆UPS电源的发展历程与技术发展趋势
UPS电源系统作为顺应电力市场需求发展起来的高技术产品,它具有明显的电力保护功能:当市电断电时,不间断地向负载继续供电;在市电不稳定的时候,可以避免负载遭受欠压、浪涌冲击等的危害,并全面地改善供电质量;当供电系统(包括UPS)故障时,能给负载(特别是计算机和网络系统)以全面的保护,并起到过载、短路、电池过放等防护,为负载提供一个稳定的工作环境。
随着IT系统逐步走向集中管理,企业对UPS电源保护系统的应用将更加深入。UPS的应用将呈现出从单机向冗余结构变化,从注重系统的可靠性向注重系统的可用性变化,从单纯供电系统向保证整个IT运行环境变化等趋势。而随着信息技术、电子技术、控制技术的发展,各种先进技术已广泛应用在UPS的设计开发和生产过程中,下面我们跟着赛能来回顾一下UPS电源的发展历程与UPS的技术将出现以下的大发展趋势。
UPS电源的发展历程
众所周知,UPS电源发展到现在年代已经有了很多分支和种类,如:EPS应急电源,变频电源,逆变电源,高频UPS电源,工频UPS电源,模块化UPS电源等等,今天我们就UPS电源的发展历程做个回顾,了解UPS电源从诞生到如今的各个发展阶段。
UPS电源最早进入中国是在1972年,美国总统尼克松访华时作为礼物送给中国政府。而中国本土企业开始办厂要到80年代末期,但受技术水平限制,在1990年以前,我国UPS产品几乎全部依靠进口,国内厂家主要是经销或者组装小功率进口产品。
第一代UPS电源★动态UPS★
其利用机械惯性储能以及电动机、发电机的能量传输机制以提供短时间的不间断供电,这种早期产品体积庞大、造价昂贵、噪声巨大,犹如一个小型电厂,并且动态UPS电源的特征是占地面积较大,噪音大,不易维护和使用,接近一套工程设备,再出现很短的一段时间后,便被新的产品所淘汰。
第二代UPS电源★工频UPS电源机★
相比于动态UPS,其可用性提升主要体现在以下几个方而:
①体积变小,搬运和安装难度降低。
②备电时间可以由后备电池决定,从动态UPS的秒级备电上升到小时级备电。
③可以对较差电网电力优化,如果一旦电网波动比较大,可以给后端设备提供相对稳定的电力供应。
但是,工频UPS依然存在一些问题:
①运输与安装的问题。工频机因为体积庞大无法通过门和内置的升压用变压器重量太重无法使用电梯运输等,导致安装此类UPS经常要打墙安装、吊车运输。
②维护问题,UPS主机类似黑盒设计,有任何故障或者异常都只能依托原厂家维修,运维人员不敢直接打开操作,时间响应慢,对业务影响大。
③工频UPS电源机目前用于较大、用电环境较差的场合。
第三代UPS电源★高频UPS电源机★
高频机的出现进一步提升了功率密度,体积减小了50%,从功能模块上提升了维护性,缩短了MTTR时间,可在数小时内完成修复。重量较工频机进一步降低,有效提升了工程的可安装性。同时,高频机也大都采用了全数字化的高集成化设计,在维护性方面也有较大改进。THDi可以做到5%以下,明显减少电网的谐波污染,效率也进一步提升到92-96%,体现出其节能优势。但是,对设备可用性的追求探索并未停止:单点故障是否可以排除?故障修复时间是否可以缩短至分钟级?维护技术门槛可否降低至可以自行维护等等,未来阶段,高频UPS电源也将会是发展的重点方向之一。
第四代UPS电源★模块化高频UPS电源★
高频机技术的发展为UPS的模块化架构提供了技术可能,结合类似通信电源的模块冗余技术的供电架构,模块化的高频UPS得以实现。
①可靠性大幅提高,常态工作的功率模块、控制模块实现全模块化冗余,消除单点故障点。
②经济效益显著,模块化技术使得UPS效率上了一个新台阶,同时采用了通信电源成熟的智能休眠功能,让UPS系统始终处于最佳效率点。
③可维护性方面揭开了历史崭新的一页,维护技术门槛也大幅下降。对于单模块容量50KVA以下的小系统模块化UPS,采用模块热插拔技术运维人员可以自行在线维护和扩容,故障修复时间和扩容时间也缩短至分钟级,对于单模块容量200KVA以上的模块化UPS,采用模块隔离技术,虽然重量较重无法热插拔,但运维人员可以自行在线分、合模块来维护和查找故障,大幅度缩短修复时间,同时剩余模块自行保证用户的容量可用性。
④在安装、运输上也体现出了模块化的明显优势——各单元模块化可拆卸。模块化高频机UPS的功率密度比上一代产品更高,占地而积更小。
技术随着时间的推进而不断的推陈更新,未来的UPS电源只会越来越小,更小的体积、更小的噪音、更小的能耗,科技使未来充满无限的想象。
UPS的技术的发展趋势
智能化
智能系统通过对各类信息的分析综合,除完成UPS相应部分正常运行的控制功能外,还应完成对运行中的UPS进行实时监测,对电路中的重要数据信息进行分析处理,从中得出各部分电路工作是否正常等功能;在UPS发生故障时,能根据检测结果,及时进行分析,诊断出故障部位,并给出处理方法;根据现场需要及时采取必要的自身应急保护控制动作,以防故障影响面的扩大;完成必要的自身维护,具有交换信息功能,可以随时向计算机输入或从联网机获取信息。
数字化
UPS采用最新的数字信号控制器(DSP)加以数字化的霍儿传感器件,实现了UPS系统的100%数字化运行。还采用了多重微处理器冗余系统,用多个有独立供应电源的微处理器来控制整流器、逆变器和内部静态旁路,因而提高了系统的数字化程度和可靠性。
高频化
第一代UPS的功率开关为可控硅,第二代为大功率晶体管或场效应管,第三代为IGBT(绝缘栅双极晶体管)。大功率晶体管或场效应管开关速度比可控硅要高一个数量级,而IGBT功率器件电流容量和速率又比大功率晶体管或场效应管大得多和快的多,使功率变换电路的工作频率高达50kHz。变换电路频率的提高,使得用于滤波的电感、电容以及噪音、体积等大为减少,使UPS效率、动态响应特性和控制精度等大为提高。
冗余并机技术
通过开发新的应用技术,可实现UPS内的多模块冗余并机运行,不需另外加设中央控制部件,负载均分,某一模块出现问题时,负载自动转移,维修可带电热插拔,大大提高单台UPS的供电可靠性。再加上多台UPS组成的系统冗余运行,如果某一台UPS单机发生故障,则被立刻关闭,其他的UPS系统会自动承担全部负载,对负载不会产生任何影响。
集成化
随着信息化的发展,电源保护的应用领域不断扩大和要求不断提高,UPS要达到这些需求难以独善其身,必须对整个用电系统所涉及的环节进行控制,UPS从初始的设备保护和系统保护的纯后备电源技术发展到今天的信息保护、智能管理和整体机房集成一体化应用,其内涵已扩展到发电、配电、变换、不间断电源、机房、动力设备、电力电缆、数据布线、环境监控及系统管理等方面,已不是最初意义上的UPS,UPS设备只是该系统的核心部件。
从UPS的电源技术来看,在电源输出特性的不断优化基础上,对电源输入特性的研究,使电磁兼容性、低谐波污染成为重要指标,谐波处理技术和电磁兼容设计可以改善电源对电网的负载特性,减少对其他设备的损耗,提高电源的源效应,绿色电源的概念开始为人们所注重。电子技术和计算机技术的发展,除了使UPS的电源性能得到极大提升外,其网络管理可实现远程监控,数字化电源控制技术使产品具备了定制功能,智能化的设计使其成为高度智能化的可监、可控和自适应的设备。
以信息化建设角度,UPS从过去侧重电气性能指标、可靠性和质量方面,发展到统一标准、规范,采用模块化和并联冗余技术,系统地考虑各供、用电设备和环节以及系统TCO,提高UPS用电所涉及的整个系统可靠性、可用性、可管理性、可维护性和可扩展性。集成一体化应用为用户提供了完整和有效的电源应用解决方案,这种拓展方向适应了信息化建设的需要,但是为满足这一需求的变化,对UPS厂商来说,尤其是国内厂商,仍有许多工作要做。
绿色化
各种用电设备及电源装置产生的谐波电流严重污染电网,随着各种政策法规的出台,对无污染的绿色电源装置的呼声越来越高。UPS除加装高效输入滤波器外,还应在电网输入端采用功率因数校正技术,这样既可消除本身由于整流滤波电路产生的谐波电流,又可补偿输入功率因数。整流器使用IGBT技术,可将输入功率因数提高到接近于1,对电网的污染已降到了近似阻性负载的水平。
小编总结:从UPS的整个发展历程来看,总体来说是在保证可靠性的基础上,朝着效率越来越高,维护安装越来越方便的方向发展的。工频机发展到高频机后,在高频机的基础上又有很多分支,比如塔式机,类模块化机器以及模块化机器。以UPS的整个发展趋势来看,未来高频模块化UPS是其主要发展方向。赛能为广大的UPS用户提供科学、细致、合理的UPS电源及整体机房解决方案。 本着“向用户推荐一个好的产品,为用户提供一套好的服务”的宗旨,为用户指定详尽的售前及售后服务条款。提供给客户的不仅仅是产品,更是优良、真诚、迅速快捷的售后服务。我们售后提供2小时内响应服务,在24小时内为客户上门解决问题。
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