EPS应急电源的兴起和现状以及发展趋势 2

2 UPS/EPS的发展趋势
     
    2.1 UPS/EPS的控制技术
       
    中小型UPS/EPS的AC／DC和DC／AC变换大多数仍采用模拟控制电路，AC／DC变换器的控制芯片大多数已集成化，使用简单，工作可靠。DC／AC变换器的控制有两种基本方式，一种是单闭环控制，另一种是双闭环控制。前者控制电路简单，但难于实现输出端短路自动恢复。后者控制有电流内环和电压外环，电压调节器的输出为电流调节器的给定，因此，限制电流给定幅值也就限制了逆变器的最大输出电流。
    
    当前，数字控制已成为新型UPS/EPS控制技术发展的主流，数字控制器具有精度高，抗干扰能力强，易于实现对UPS的检测、故障诊断和隔离，易于实现遥控遥测，实现多台UPS的并联和热插拔，易于实现对蓄电池的监控和管理。也就是说，计算机的介入使UPS具备了智能化，可以使其运行在最优状态。
    
    2.1.1 DSP的应用
       
    采用数字信号处理器(DSP)的数字PWM技术，是数字控制技术的核心，用于保证UPS/EPS输出电压的质量，即保证输出电压、频率和输出电压波形满足技术指标的要求。数字控制的另一个重要功能是实现UPS/EPS的初始自检和运行自检，进行故障保护和故障隔离，这是模拟控制器无法胜任的。由于数字控制器的灵活性，使UPS控制器的硬件电路可以标准化，从而简化了生产、使用和维修，也大大提高了工作可靠性。
    
    2.1.2 控制电路的全微处理器化
       
    UPS/EPS电路是由以下几部分组成的：主电路、驱动电路、监控显示及控制保护电路和通信界面电路。其中监控、显示及控制保护电路和通信界面电路，可以运用数字化设计技巧简化其电路，并解决原类比电路需要调整、具有温漂及参数调整不易的缺欠。采用的方法是：
    
    1）全微处理器化利用微处理器来执行监控、显示及控制保护电路和通信界面电路的功能；
     
    2）半微处理器化利用类比电路处理快速反馈保护电路，而由处理器处理慢速反馈、报警、显示及通信界面的功能。
    
    2.2 蓄电池技术
     
    蓄电池是UPS/EPS的心脏，不管UPS/EPS电路多么先进，其性能最终取决于它的电池，一旦电池失效，再好的UPS/EPS也无法提供不间断供电。
       
    目前，UPS/EPS一般都使用免维护密封铅酸蓄电池，由于采用阴极吸收式密封技术，克服了普通蓄电池需要定期补水的缺点，具有“免维护”、使用方便、不污染环境、体积小、重量轻的优点。它使用高氢过电位的板栅材料，减少了电池在存放和充电过程中的气体分解。正极表面的超细玻璃纤维膜，阻止了活性物质脱落，提高了电池的寿命。安全阀的使用使蓄电池很少产生气体，又可使已产生的氧气被负极铅所吸收，使蓄电池无水的损失，达到了密封免维护的目的。
    
    一般情况下，影响电池性能的主要因素是连续充电，电池连续充电大约要减少一半的使用寿命。目前国外使用一种ABM(Advanced Battery
    Management)三阶段电池管理方案，即充电分成三个阶段：第一阶段是恒流均衡充电，将电池容量充到90％；第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100％，然后停止充电；第三阶段是自然放电，在这个阶段里，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限，再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一天24h的浮充状态，因此延长了电池的寿命。
    
    金属化镍氢电池具有高能量密度的优点，而且又无镍镉电池可能造成的镉污染，将其应用于UPS/EPS可以收到小型轻量化的优点。但其缺点是售价太高。美国Alupower公司研发的高功率铅－空气备用电源装置(RPU)，运行≥50h，功率从600W到6000W，电压有DC24V和48V两种，其能量密度是铅酸电池的十多倍，重量只有铅酸电池的1／10，所占空间只有铅酸电池的1／7，有望取代铅酸蓄电池应用于UPS/EPS。
    
    3.3 EPS应急电源的发展趋势
    
    由于EPS所带负载类型的复杂性和环境的相对固定性，针对不同场合、不同负载，可对EPS功能做得更贴近现实应用。其中包括以下几方面。
       
    1）结构组成普通EPS为了更好地结合实际应用，往往采用“多合一”的结构设计，但由于负载及环境的复杂性，也由此带来设备标准化和设计院所、用户选型的困难。解决的办法是采用模块化设计，将主机与输入或输出配电分离开来。主机模块完成主要的能量转换及通讯控制功能；配电模块实现丰富的配电管理功能。主机模块通过标准控制接口实现对配电模块的管理，如双电源自动切换功能，多回路输出功能，消防联动功能均应在配电模块中实现。
    
    2）配电模块应增加功能EPS用于紧急负载的供电，其负载往往为非单一的负载，而这些负载在紧急情况下的关键程度不尽相同，因此，对于EPS来说，某些配电管理功能至关重要。
    
    1）顺序启动功能诸如，EPS的负载很大一部分是感性冲击负载，具有较大的启动电流，在选型时必须加大EPS容量，从而造成设备资源的浪费以及用户成本的增加。实际上，由于EPS负载供电的可间断性，EPS可增加一个8路或16路的可编程配电管理接口，通过对负载启动的顺序、时间进行控制，可在很大程度上解决启动冲击电流和加大选型容量的问题。
    
    2）部分卸载功能由EPS负载性质决定，当过载发生时，需要EPS尽可能继续工作，而不能象UPS那样进行保护性关机，因此，同样可通过配电管理接口卸除次要负载。
    
    3）电池管理由于EPS的使用环境一般较UPS恶劣，为尽可能延长蓄电池的使用寿命，充电器应同时具备以下功能：
    
    （1）可设定充电限流；
    （2）可设定电池放电终止电压；
    （3）具有自动浮充功能，充电机制应符合DIN41773标准；
    （4）具有浮充电压温度补偿功能；
    （5）智能电池检测功能；
    （6）深放电保护(可强制应急)。
       
    4）变频起动功能目前变频起动型EPS的设计，如图8所示，主要着眼于解决较大电动机，如电梯、水泵、风机等负载的起动冲击问题，但更为合理的设计，应该是在线式UPS与变频器技术的完美结合。在线式UPS具有成熟的整流、电池管理技术；变频器具有成熟的变频控制技术，两者的有机结合才是这一应用领域的最终发展方向。
    
    结语
    
    随着社会的进步和发展，环境要求的不断提高，消防意识也越来越被人们重视。EPS以其特有的优越性将被人们认识和采用，在一个工程中，它可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等多种情况。在选择应急电源上，不再只局限于柴油发电机了，因为它们各自的特点分别适用于不同的工程，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。