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□ 武漢洲際通信電源集團公司 徐海波博士

一、大功率UPS產品的屬性
  1. 高可靠性。一般中大功率UPS是指額定供電容量在20KVA 及以上的系統產品。出于配電合理性及適用性需求, 該類產品采用三相帶中線輸入，三相帶中線輸出方式。其作為信息化網絡中心的核心供電設備，由于涉及到所接入的關鍵設備量多、影響面廣，需要具備極高可靠性。
  2. 不間斷與優質供電。理想情況下，供電電源具有標準正弦波特征 （如輸出相電壓有效值為220V，頻率為50Hz）。但實際由于電氣化、自動化的高度發展與應用，在一定程度上對電力造成極大的污染。應EMI 設計的需要，通常設備在其輸入部分接有Y交流電容，每個Y電容都會產生一定的漏電流，隨著同一配電系統中用電設備輸入端Y電容的增加，會導致接地電壓升高，在三相負載嚴重不平衡時，中性線電流增大，同樣導致接地電壓升高，直接危害到設備運行安全。采用超隔離設計的中大功率UPS 則可較好地解決此問題。
隨機類干擾無時不在污染著市電，影響設備工作穩定性。消除此類軟故障的有效措施是向用電設備提供凈化電力電源，這已成為擔負設備供電的中大功率UPS 主要功能之一。一般非隔離式 UPS 對于此類干擾無抑制作用，采用雙變換拓撲結構、帶輸出隔離變壓器的UPS產品可將此類干擾極大程度衰減，取到良好的凈化作用。供電故障如短路、中線脫落、缺相、市電中斷對信息網絡設備構成極為嚴重威脅，不間斷供電系統（UPS）應解決該類故障而誕生。目前，在線式中大功率 UPS 可實現零時延不間斷供電。在負載一定的前提下，不間斷供電持續時間長短與系統選用的蓄電池容量、充電管理性能、逆變器工作效率密切相關。
  3. 高運行效率。中大功率 UPS 對電力變換效率不僅涉及到本身的可靠性，同時涉及到用戶的使用成本。中大功率 UPS 產品的工作效率與其設計性能和變換器拓撲方式密切相關。采用雙變換拓撲結構的產品在確保不間斷供電的同時，能向負載提供純凈的電能，但運行效率受到一定影響，一般達 90% ~ 93%。在電網供電品質較好的地方，可采用技術手段，如采用部分補償式交流穩壓方案，在市電狀況較好時適時旁路供電方式切換等，將整機平均運行效率適當提高到96% ~ 98% 。
  4. 環境及負載適應能力。目前，國內大部分地區電網供電品質不高，電壓波動范圍大，市電頻率不穩定。許多進口 UPS 產品對輸入工作電壓設計范圍為 +/- 10 ~ 12.5% , 這與實際應用環境要求的 +/- 20% 相差較大。由于在采用雙變換拓撲結構中大功率 UPS 中，蓄電池組常采用直流母線直充電方式，當市電電壓較底時，直流母線電壓不能維持在蓄池組正常浮壓水平，從而導致蓄電池組頻繁不合理放電，直接影響備用時間及蓄池組使用壽命。此問題需要在蓄電池組能量管理中加以解決。
  通常接入負責區域供電的中大功率UPS 輸出端的不同類負載設備用電狀況不同，部分長期工作，部分間隙式工作，受現場配電線路拓撲限制，往往很難實現三相負載平衡，經常會出現三相負載嚴重不平衡狀況。為此，帶三相不平衡負載能力是衡量中大功率UPS重要性能指標之一。采用三相獨立逆變回路拓撲結構的UPS 產品可以實現帶100% 不平衡負載確保輸出電壓穩定度。
  AC/DC 變換是在線式雙變換拓撲UPS 產品中的一個重要環節。在實現該變換過程的同時，或多或少對供電網絡產生不同程度干擾，按照現階段技術與器件水平，要實現無干擾全功率AC/DC 變換并不太現實。實際產品中主要還是采用三相可控整流技術方案。為此，采取適當技術手段，降低電流諧波成分及相位校正，減少無功分量是中大功率UPS 產品設計中需要解決的重要問題。
  5．完善的保護功能。保護功能分為UPS 裝置的自身保護與對負載的保護，完善的保護功能在中大功率UPS 中顯得尤為重要。 當戶外供電線路遭受雷擊，在其零線（中性線）與大地之間會產生強感應電壓。一般非全隔離式 UPS 經過零線將雷擊感應電壓直接傳遞到用戶設備端，從而導致設備損壞；而采用帶隔離變壓器的 UPS 其輸出/輸出完全隔離，在雷擊發生時，雷擊感應電壓被阻斷，負載零線與大地之間等電位，對于用戶設備真正實現了有效防雷擊保護。輸出短路、故障過載也時有發生，為了防止故障擴大及保護UPS裝置，需要在故障發生時及時發出告警信號，來執行相應的保護工作。
  6．便利的操作與維護性能。由于操作不當而導致的UPS 裝置故障的現象時有發生,為此，簡化人工操作環節，實現智能化管理是當前中大功率UPS 產品設計中需要倍加關注的實際工程問題。中大功率UPS已經是較高技術集成度的核心產品，實際使用者通常不可能對其進行全面深入的了解。透明的用戶界面及工作狀態指示有利于引導用戶正確使用。中大功率UPS 作為核心供電設備，通常是不停機運行，而且往往是無人值守。設備運行狀況需要供應商和用戶管理人員及時掌握，只有采用網絡技術通過遠程計算機對UPS 實行實時監督和遙控。
總之，如中國科學院李成章研究員所倡導的：“只有帶輸入/輸出超隔離變壓器的雙變換型在線式 UPS 才有可能向用戶的負載提供純潔、穩壓、無頻率突變/穩頻、無干擾存在、波形失真度極小的全天候的高質量正弦波電源”，中大功率UPS 應該是能向用戶負載提供從不間斷、純潔和高品質電能的智能化綠色供電系統。
  二、XS03 20~320KVA 三相全隔離不間斷電源系統（UPS）
  武漢洲際通信電源集團采用國際先進技術，推出在線式雙變換拓撲、帶輸入/輸出超隔離變壓器的的XS03 20~320KVA 三相全隔離不間斷電源系統（UPS）產品。該系列產品充分兼顧了國內及其它電力環境較差的國家和地區信息網絡發展對于高質量交流供電設備的需求，通過了信息產業部入網測試并取得入網證書。
該系列產品主要技術特色有：多處理器軟/硬件復合控制、三相獨立逆變主回路、輸入/輸出超隔離、寬電網電壓適應范圍、智能充電管理及電池在線檢測、模塊化結構設計、可選擇語言顯示界面（中文、英文）和遠程及網絡監控功能。
  如圖所示，ＵＰＳ系統是由輸入無熔絲開關、輸入濾波器及保護電路、整流器、電池組、逆變器、靜態開關、旁路開關、輸出隔離變壓器和輸出濾波環節等組成。在市電正常情況下，交流電源經過整流器轉換為直流電源，供電給逆變器并對電池組充電，使電池儲存足夠的電能，以便在市電中斷時，提供電力給負載使用。
  1．多處理器軟/硬件復合控制。多處理器實現在線優化控制的同時，實時監控系統運行狀態，完成遠程通信功能；為了實現裝置高可靠性，各種控制操作采用軟/硬件冗余方式，有效提高抗干擾能力，整機運行效率大于92%。
  2．三相獨立逆變主回路。采用相序同步的三相獨立逆變主回路，各相逆變工作狀態是獨立的，相間負載不平衡不影響輸出特性。在相間負載100%不平衡情況下，輸出三相電壓不平衡度小于 1.2 % 。
  3．輸入/輸出超隔離設計。無論在逆變運行狀態，還是在市電旁路運行狀態下，始終實現輸入/輸出超隔離。從電力線路傳導的各種干擾被有效阻斷，對于此類干擾信號的衰減能力達到 120 dB；負載零線與大地之間等電位使得接入的網絡設備之間不存在電位差，可有效消除通常存在的公地干擾，增加設備運行的穩定性能，確保各種信道暢通。
  4．寬電網電壓適應范圍。逆變器采用變結構控制策略，可實現低直流工作電壓（Vdc>= 295V）下穩定運行，同時消除電池組不正常放電現象，從而具有極寬的電網電壓適應范圍 （+/- 22%），使得電池組壽命得到有效延長。
  5．模塊化結構設計。整流器、逆變器、靜態開關和主控部件采用模塊化結構設計，可實現現場快速維護。
  6．可選擇語言顯示界面（中文、英文）及遠程網絡監控功能。LCD顯示界面可以實時顯示 UPS 運行狀態和歷史數據。附加遠程監控模塊通過RS-485與UPS連接(可連接距離大于1000公尺)，在故障狀況發生時有蜂鳴器告警，使用者可以通過遠程監控模塊實現遠距離UPS開機和關機操作；通過SNMP 協議，網絡計算機可以訪問處于遠距離運行的UPS 裝置。