UPS行业标准实施与我国UPS现状　１

YD/T1095-2000《通信用不间断电源-UPS》行业标准自2001年批准执行以来,至今已有6年。在1996年底原邮电部对通信电源实行进网管理时,UPS还没有通信行业产品标准,对UPS进网质量检验主要引用了国家标准GB/T14715-93《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》,此标准是UPS产品的通用技术条件(以下简称“通用技术条件”),由于当时我国UPS技术开发和制造业处于起步阶段,无论是技术水平或单机容量与国外产品相比尚存在较大的差距。而且市场上销售的小容量UPS几乎都是为PC机供电,所以在“通用技术条件”中没有对输入功率因数、输入谐波电流、输出稳压精度以及输出电流峰值系数等技术指标作出相应的规定。 
    　YD/T1095-2000的制定,主要是根据通信行业的负载特点提出了不同程度的要求。对UPS的输入技术参数的确定主要根据有源补偿与无源补偿的特性,并没有考虑到三相六脉波基本电路的输入参数。为了便于通信局、站电源系统的集中监控,对UPS提出了应具有遥测、遥信功能,并对遥测、遥信内容做了相应的规定。与此同时,也注意到一些用于非重要场合如办公室自动化、各单位内局域网及服务器的供电对小容量(10kVA以下)UPS的一般要求,在标准中把与此相关的技术指标分为三类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类),Ⅰ类指标可满足上述高端用户在重要场合下运行的要求。而Ⅲ类指标可达到在非重要场合下运行的一般要求,Ⅱ类指标介于Ⅰ类与Ⅲ类之间,可供用户根据负载特性及使用环境来综合选择。 
    　2004年3月,通信电源由进网管理正式转变为产品质量认证的行业管理,此标准作为UPS产品检验的依据标准和产品质量认证现场检查的部分依据。在产品质量认证的初期,申请认证的UPS均为双变换(在线)式,这种形式的大功率UPS(100kVA以上)基本上都是国外品牌产品,其中部分UPS的输入主电路采用了先进的IGBT(PWM)整流技术,输入功率因数可达0.99以上,输入电流谐波含量小于5%。采用三相12脉波整流器配置无源11次谐波滤波器的UPS满载输入功率因数也可达到0.95以上,输入电流谐波含量低于10%。即便是三相6脉波整流器配置无源5次谐波滤波器的UPS,其上述两项指标也优于标准中Ⅱ类技术要求。以上几种形式输入电路的UPS整机转换效率均可≥90%,逆变至旁路转换时间一般都可做到无间断转换或1ms(毫秒)左右的转换时间,符合标准中Ⅰ类与Ⅱ类的技术要求。 
   　 对于国产小功率(尤其是20kVA以下)的UPS,变换技术和主电路结构各具不同,目前一般可分为双变换(在线)式、互动式和后备式三种。所采用的变换技术可分为高频或工频变换。电路结构根据不同的变换技术也各不相同,其中高频双变换(在线)式(以下简称高频在线式)UPS无工频变压器,在整流器与逆变器之间设有一级高频DC/DC变换电路,其主要功能是对交流输入端进行功率因数补偿(PFC),如采用连续电流控制方案可将输入功率因数提高至0.98左右,输入谐波电流含量可控制在10%以内,转换效率一般大于88%,甚至更高,虽然过载能力较差一些,但也能满足标准中的Ⅲ类技术要求。其它主要技术指标与标准有着较好的符合性。 
    　与高频机相比,工频变换尤其单相输入的UPS(简称工频机)在以上几项主要技术要求中表现欠佳。由于工频机没有输入功率因数补偿功能,所以其输入功率因数PF只能达到0.7左右,根据功率因数PF与谐波电流含量(THD)的关系式: 
    　THD(I)=√(1/PF)2-1可计算出输入谐波电流含量THD(I)将达到100%,实际测量的结果也是如此,也就是说在其输入端产生的谐波电流的有效值与基波电流有效值相同。

　　　如此大的谐波电流无疑要对电网及与电网并联的其它用电设备造成不同程度的传导干扰,另一方面还要占有交流输入电源的一部分容量,在谐波电流流过的导线及熔断器上将产生无用的有功功率,并全部转换为热量使导线及熔断器的温升增大。另一方面输出容量在10～20kVA工频机的转换效率一般只能做到85%左右,甚至更低,所以上述几项技术指标很难达到标准中的要求。工频机的过载能力较强,一般可达到标准中Ⅰ类技术要求,逆变至旁路转换时间与高频机相比无明显差异。  
    　由于这种UPS装有工频变压器,所以无论是整机重量或制造成本与高频机相比都比较高。以一台效率为85%的10kVA工频机带70%的负载为例,与效率为90%的同容量高频机在同样的条件下运行一年所消耗的电量相比,工频机比高频机多消耗近4000度电。由于上述原因,再加之2005年至2007年原材料价格上涨,这也是导致工频机在国内市场占有率逐渐下降的原因之一。  

    　一些多年生产工频机的企业面对市场需求与行业的监督管理,一方面着手引进或开发高频变换技术,而另一方面对现有工频机的输入功率因数和输入谐波电流采取机外补偿的措施。但采用补偿措施后的工频机很难适应市场的要求。  

    　面对上述小功率工频UPS存在的问题,一方面要对市场(用户)采取积极正确的引导措施,电网运营及通信行业主管部门对广大用户和UPS生产企业积极地进行节能环保的宣传。另一方面技术质量监督机构和产品质量检验机构要加大对此类产品的监督力度,只有这样才能加快这些高能耗且对电网严重污染的UPS从国内市场上退出。  

    　互动式UPS可为一般负载(主要是办公自动化的计算机等)提供较为稳定可靠的供电。此种UPS的输出容量一般在5kVA以下,其电路结构比较简单,主变换电路只有一个可双向变换的变换器,当市电电压在负载允许变化的范围内时,市电通过UPS内部带有多路抽头的稳压器直接对负载供电,同时其内部的变换器以AC/DC整流方式对蓄电池充电;当市电电压的变化范围超过负载要求时,其内部的稳压器通过多路抽头的切换将UPS的输出电压稳定在负载允许范围内。如果市电停电或电压、频率超过UPS的允许范围,此时UPS的工作方式将转入逆变状态,其内部的变换器以DC/AC逆变方式将蓄电池的直流电压变换为交流220V正弦波或准方波电压继续为负载供电。另有一些互动式UPS无论工作在哪种状态,其变换器的控制电路始终检测并跟踪着市电交流电压的频率和相位,以满足两种工作方式在同频率同相位状态下相互转换的要求。  

    　互动式UPS具有电路结构简单、可靠性高、正常工作时过载能力强、高效节能等优点。同时也存在一些不足之处,由于其输入端只有高频无源滤波电路而没有功率因数补偿功能,所以非线性负载产生的谐波电流几乎完全由交流电网提供,因而对交流电网会产生谐波传导干扰,反之,来自交流电网的各种干扰也会直接影响负载的正常工作。在市电供电时,其输出电压的稳定性决定于市电的波动性与其内部稳压电路的抽头数量以及两抽头间电压变化量。当抽头数量较少且两抽头间绕组匝数较多时,稳压电路在调节输出电压时会出现输出电压过高或过低的现象。只要将抽头数量适当增加,输出电压便可稳定在一个变化较小的范围内,虽然其稳压性能较上述双变换式UPS差一些,但也可以满足一般负载的要求。由于电路结构的特点,这种UPS没有旁路转换功能,在DC/AC逆变器进入供电状态之前,必须使输入主电路与市电电网分离,避免逆变器向市电电网反向供电。