绿色高效的不间断电源--伊顿爱克赛UPS

作者：伊顿爱克赛电源(上海)有限公司北亚区三相产品经理 张学文

    通信行业是UPS的应用大户，作为整个机房的供电核心，UPS首要的问题是可靠性，然后是安全、绿色、节能，如果抛开安全谈，绿色和节能是没有意义的。

    在一个标准的机房供电系统中，包括变压器、柴油发电机、ATS、TVSS、低压配电柜、直流开关电源、UPS、蓄电池，最重要的是供电单元是UPS。计算机是UPS的负载，而UPS对市电电网来说也是一个负载。理想的UPS对电网应当是呈现纯阻性，也就是所，它的功率性因数最好是1，这样它对于电网就没有任何的污染。但现实情况是，我们的UPS普遍采用了50HZ的低频可控硅整流器，对市电产生了大量的一个谐波反馈污染。摆在所有用户面前的问题是治理谐波污染，就象我们治理化工厂排放污水一样。

    谐波的危害很大，它不做功，但却占用了大量的电网KVA资源；谐波导致电网电压失真度增大；谐波增大，使UPS与发电机的匹配产生很大的问题。通常要求发电机的功率是UPS的2~3倍，否则就无法运转。我们在北京通讯部门也遇到过实际案例，就是因为某些品牌的UPS电流谐波反馈污染过大，导致用户的开关经常莫名其妙的跳闸。

    谐波的成分非常复杂，谐波的治理远非提高功率因数那么简单。许多人认为加几个电容器补偿一下就好了，但那只是针对向电机那样的线性负载而言的。对于UPS整流器之类的非线性负载，单纯的电容补偿结果会适得其反，可能会导致失真进一步加大。普通的LC滤波器只能滤除特定频率的谐波，例如5次滤波器只对5次谐波最有效，而对其它次谐波影响不大，谐波治理原则是谁污染谁治理。

    目前市场是很多UPS采用的是6脉冲整流器，它需要加一个LC滤波器。加上滤波器之后，可以把输入电流谐波失真降至7%。但这只是在UPS满载指标，当负载减半时UPS输入谐波失真又将升至15%以上。还有的UPS厂商提供了12脉冲的整流器，这是一种比较古老的整流器结构，相比6脉冲整流器而言，它增加了1个30度的移相变压器和多一组的6脉冲整流器。在一个周期内12个可控硅顺序导通，因此我们俗称12脉冲。12脉冲整流器再加装输入滤波器后，满载时可以将UPS输入电流谐波失真降至5%，但这也只是在满载时，当负载减半时UPS谐波失真有将升至15%以上。

    因此如果放眼望去，关于治理UPS谐波污染的方式，诸如：

·           6脉冲整流器+输入滤波器；

·           12脉冲整流器

·           12脉冲整流器+输入滤波器

·           有源滤波器

    这些方式都有一个共同的缺点，那就是先污染后治理。由于UPS采用的是可控硅整流器的结构不可避免的造成谐波污染，然后用户被迫在花费大笔资金来治理谐波污染，这实在是一个很不划算的怪圈。如果UPS不产生或很少产生谐波污染，那用户就无需花钱来治理它了，那么有没有这样一种UPS呢？

   有的，伊顿爱克赛公司的在线式UPS全部采用IGBT整流方式，它从根本上抑制了电流谐波污染，将其降至3%以内。对于UPS领域而言，这种结构是治理谐波的终极解决方案。现在很多用户还习惯用整流器的脉冲数来评价UPS的好坏，在选择UPS设备时，他们会关心IGBT整流器是多少脉冲的。简单说一下，IGBT整流器采用脉宽调制的方式，IGBT斩波频率达到8300赫兹，因此可以称之为8300脉冲的整流器，当然这要比所谓的12脉冲整流器好多了。我们用示波器来观察UPS输入电压和电流波形，会看到他们都是非常纯净的正弦波，对于电网没有任何的反馈污染，它是主动式的谐波治理方式。

    IGBT功率元件作为一种成熟的电力电子元件，已经有近20年的历史了，目前全球所有的厂商，都已把它作为逆变器的元件，伊顿爱克赛公司从2000年起开始把它用于整流器，目前从8到1100伏安的UPS全部采用IGBT整流器和IGBT逆变器。国家对于UPS标准，依据性能将其划分为3类，就象服装一样有一级品和二级品。最好的UPS是采用IGBT整流器的UPS，它的输入电压范围要在±25%以上，输入功率因数要在0.95以上，输入电流谐波总失真度小于5%。爱克赛的所有在线式UPS都归属于最佳的一级品行列。

    当今的计算机和服务器与10年前有很大不同，功率密度极高的刀片式服务器已经非常流行，服务器普遍采用双电源供电，而UPS供电系统也普遍采用1+1冗余并联，因此，UPS单机所带的负载都非常低，80%的UPS的负载在50%以下，甚至不到25%，处于大马拉小车的境地。这样一来，大家所看到的UPS彩页指标中的UPS满载效率对用户而言是没有实际意义的，因为现实中没有人会将UPS用到满载，能用到50%就不错了。因此UPS轻载时的整机效率对于大家反而是更有意义的。爱克赛UPS在100%的时候可以达到95%的整机效率，我们在50%负载的时候依然可以达到95%。甚至在25%负载时整机效率依然可达94%。

    在这里我们所说的爱克赛UPS有95%的整机效率，前提是我们已经保证了UPS输入功率因数是大于0.99，输入谐波身真小于3%，而且当负载只有50%，也可以达到95%。而其他一些UPS厂商的产品，如果要达到我们同样的指标，一般需要加众多的选件例如输入滤波器，12脉冲整流器等，每个额外选件都会进一步降低UPS的整体效率：12脉冲整流器，会降低效率2%，有源滤波器会使系统效率降低4%，因此在实际测量时，许多12脉冲UPS的整机效率尚不足88%。很多人在采购UPS时只关注了UPS价格本身，殊不知UPS的使用成本要远远高于其自身的价值。就象很多人说的买得起车却用不起一样。举例而言，1台200KVA的UPS它的采购价约在50万元左右，但是它一年的电费却是=200*24*365=1752000元，即175万元，UPS每年的电费是其自身价格的3倍。

    我们做个比较，一台爱克赛9395系列200KVA UPS整机效率为95%，而一台12脉冲整流器的效率却仅为88%左右。在10年的UPS寿命周期内，爱克赛UPS所节约的电费= 200*0.07*24*365*10=122万元。同时耗电会以热量的形式散发出来，这样用户还要支付大量的电费来使空调制冷，这一来一去，在不知不觉中我们每年可用户节约200多万的电费。

    现在有些UPS厂家采取旁路节能模式，它的原理是：如果旁路电压在一定范围内时，UPS直接通过旁路供电。确实这样一来，UPS效率非常高，但这种高效是以牺牲负载安全为代价的。因为这个时候的UPS整流逆变器并没有供电，电网中的各种瞬态干扰直达负载，UPS没有隔离作用，而且当市电停电的时候，UPS切换是有中断的。只有当UPS处于在线双变换模式下时它才能为负载提供全面的供电保护。如果是以负载安全为代价来换取高效地的话，我想没有任何人会认可。

    还有一点，那就是很多的用户在UPS开机后并没有做假负载的测试，因为他们找不到那么大功率的假负载，而UPS一旦投入正式运行后，就不方便停机检修，因此用户的头上会始终悬着一颗炸弹。现在这种情况得到了彻底的改变！

    伊顿爱克赛新推出的PW9395UPS系列产品自身可以提供模拟假负载测试，我们称之为EASY LOAD专利技术。EASY LOAD 技术的原理是：UPS内部可以产生一个满载测试，我们可以做满载的电池放电测试，通过这种方式可以测试出系统内所有的环节，消除UPS内部因为接线不牢固、松脱等产生的潜在隐患。而在为用户发现隐患的同时，还可节省近50000多元的假负载租赁、电费和电缆连接成本。

    伊顿爱克赛UPS产品所有的环保理念贯穿了从产品设计、生产、运输、使用、报废的整个流程，产品符合中国和欧盟的ROHS指令。伊顿爱克赛UPS的设计理念是简单、可靠，不会产生误操作，适用于各种工作环境，包括陆地、海洋、高原。UPS产品同时采用DSP的控制技术，整机内部无任何的电位器。所有的关键部分，包括风扇、逻辑电源等等全部都是热插拔，而且是冗余的。因此对于伊顿爱克赛电源荣获的美国国防部颁发的最高奖项蓝绶带奖，我们当之无愧。

    伊顿爱克赛作为老牌的电源厂商，已有百年历史，在美国和芬兰都有工厂和研发基地。作为全球最大的UPS专业厂商之一，为美国三军提供了总额超过12亿美金的UPS产品。驻美国的全球各国的使馆全部使用伊顿爱克赛的UPS产品，总额超过了1.2亿美金。而一些大的企业如AT&T公司采用了120台750KA的UPS，韩国电信120多台400KVA的UPS。

    中国的第一台UPS来自爱克赛公司，1972年尼克松总统访华的时候，把爱克赛UPS作为国礼带到中国。我们公司见证了整个中国UPS的发展历史。在历届奥运会中，伊顿爱克赛UPS都是首选产品，为1996年的亚特兰大奥运会和2000年的悉尼奥运会，提供了21000多台UPS产品。在2008年北京奥运会场馆建设中，安装了14台400KVA的大功率UPS，为奥运贡献绵力。