大中型UPS原理及应用中问题分析（3）

3.UPS应用中问题探讨

3.1系统电源的规划配置

3.1.1电源配置分析；交流电源的取向，是UPS系统规划设计中的重要一环。探索最佳方案，不妨从原理上进一步考究。电池的充电器与逆变前的整流器，同是三相半控桥，其功能是相似的。整流器承担着UPS的经常性负荷。充电器给电池浮充电，且与电池并列作为整流器的后备。旁路电源则是逆变器的后备。APS作为UPS的后备。据此，可以得出UPS系统电源配置的一般原则：
　　（1）整流器与充电器的电源应分别接至不同母线；
　　（2）旁路与整流器电源分开接不同母线；
　　（3）APS与旁路电源也应错开接不同母线。当UPS装置故障、逆变器检修或市电系统发生事故，在UPS装置静态开关已切换至旁路运行情况下。
    3.1.2旁路及APS电源的相位；逆变器输出的单相交流电压与旁路电源的单相交流电压应该同步，才能并列转换。不论旁路取自交流的那一相，逆变器都可以调整输出电压，与旁路电压同频同相。显然，在电压的相位和频率上，若UPS旁路侧与APS侧不一致，转换瞬间将短路或因差压大而产生很大的冲击电流，导致掉电及元件损坏。
　　必须指出，安装时接错了相位，不遇到UPS电压异常情况下的切换或回切，是不会觉察的。甚至许多开关跳闸了，若恢复时从UPS侧先送电(一般均如此)，APS侧后送电，此时不会短路，仍掩盖了这个极大的隐患。
3.2UPS装置的冗余配置
　　使用UPS的目的，主要是为了不停电，1套UPS装置，本身已有电池和充电器冗余备用，旁路电源只是在逆变器输出故障情况下暂时起作用。

　　逆变器是UPS系统的“瓶颈”。从多年的运行经验看，逆变器的控制部分故障率相对较高。有条件的工程，可以考虑1套UPS装置配2套独立的逆变器。双逆变配置，比旁路稳压器或2套UPS装置的方案，更合理、实用、简单。
　 UPS装置的配置，力求科学合理。提高UPS的可靠性，不能过多依赖增加备用设备，而要从维护和管理上下功夫。冗余太多令装置复杂化，投资增加，利用效率却很低，故障率也可能更高了。
3.3UPS的输出容量
　　欲使UPS的容量确定得比较恰当，须进行详细的负荷统计。负荷统计，需要搜集负荷的同时率、功率因数、经常性电流和最大可能的冲击电流等资料。
　　UPS的逆变器设有过载保护，输出电流超过(1.2～1.25)I_n时，将自动切换至旁路供电。为了避免多台负载同时启动迭加冲击电流，频频出现切换及回切，而且主回路元件不至于过热，UPS容量留有足够的余地是必要的，但容量富裕应有度。
    3.3.1整流器(充电器)输出容量

　　逆变器输入功率为
　　P₂=U_DC×I_DC
　　整流器输入视在功率计算如下：

S₁=U_ex×I_ex×C_e／(k_PF×η₁).

式中S₁——整流器输入视在功率，VA；
　　　U_ex——整流器输出电压，V；
　　　I_ex——整流器输出电流，A；
　　　C_e——整流器过负荷因数(1.2～1.5)；
　　　k_PF——波峰因数(一般为0.8)；
　　　η₁——整流器效率(0.92～0.94)。
     整流器输入功率因数
     λ₁=P₂／(S₁×η₁)
     UPS效率
　　　　η=S₃／S₁

式中S₃—UPS额定容量。

逆变器输出有功功率；
　　　　P₃=S₃×λ
    逆变器效率；

　η₂=P₃／P₂.
　　由于各环节存在损耗，整套UPS的效率是比较低的。如果UPS的容量选择过大，实际负荷偏低，利用率低，效率则更低。
3.4UPS专用电池个数的选择

电池个数选择的基本原则是；
    3.4.1放电0.5 h后的单个电池电压应不小于电池的终止放电电压；
　　3.4.2放电0.5 h后的整组电池电压应不小于逆变器最低输入电压；
　　3.4.3放电至逆变器最低输入电压时单个电池电压应不小于电池的终止放电电压；
　　3.4.4放电时间不小于30 min。
    电池放电系数为；
　　　　k=I_DC／Q

式中；I_DC—逆变器输入电流；

Q—电池容量
电池个数n为逆变器最低输入电压U_DC，min与电池终止放电电压U_pn之比，即

n=U_DC，min／U_pn。
　　由于UPS的逆变器设置了低电压保护，为了充分发挥电池容量，希望UPS专用电池的个数多一点，放电至逆变器低电压跳闸时的单个电池电压低一点，以延长放电时间；而为了保护电池，电池个数应少一点，放电后期单个电池的电压才不致于过低，以防止过放电。对于这一矛盾应在设计中综合，以提高系统的整体技术性能。

3.5逆变器输入电压的选择
　　逆变器输入电压的范围，与电池、充电器的选型有关。逆变器输入端与电池及充电器的输出端连接，中间一般设隔离二极管。逆变器正常输入电压，应高于电池正常浮充和均衡充电时的整组电压，电池才不会轻易放电。为了防止电池过放电，逆变器必须有低电压保护。这一保护定值，就是逆变器输入电压的下限，它直接决定着电池个数及直流系统电压，也影响着电池容量。
　　逆变器输入电压的上限，制约着电池的初充电和均衡充电。长期浮充电压过高，超过了220 V×(1+10%)的范围，元件寿命大降。所以电池的个数应与逆变器的输入电压上限相配合，才能保证UPS供电系统的整体技术性能。