简析模块化UPS电源

        随着自动化、信息化地不断发展,各行业对电力需求越来越旺盛,对电力保护要求越来越高,模块化UPS作为保障供电稳定性和连续性的重要设备,已广泛应用到各个领域。

      UPS发展到现在,市场上有着各种各样的机型,其中工频机、高频机、模块化机型是目前UPS市场上最常见的三种机型,本文从基本原理及应用特点介绍这3种机型,进行各项指标对比,以供用户选型参考。
 
在说工频机高频机之前,我们先明确下高频机、工频机的定义。国外没有高频机工频机的说法,他们定义有变压器型和无变压器型UPS,即Transformer UPS和Transformer-less UPS。国内以整流器的调制频率来区分,整流器的调制频率为工频(50Hz)调制的,定义为工频机,整流器采用高频(上千Hz)调制的,定义为高频机。
 
另外UPS从外形结构上来区分的话,有机架式(Rack type UPS)、模块化(Modular UPS)和塔式(Tower type UPS)机型。这个相对比较好理解,便于安装在标准服务器或网络机柜里面结构的UPS称为机架式UPS,功率单元、旁路切换单元采用模块化结构组成的机型称为模块化UPS,整流逆变均是按规定功率设计的整体机型称为塔式机型。通常所说的高频机和工频机指塔式机型,机架式UPS只是把小功率(小于20KVA)的塔式机型的物理结构调整以适合机架安装,本文不对机架式UPS进行对比分析。
 一、工频机
 工频UPS即基于变压器输出的UPS,使用SCR晶闸管器件作为整流器元件,整流器调制工作频率与电网频率(50Hz)一致,这种机型称为工频机。工频UPS由整流器、逆变器、静态旁路、维修旁路、输出变压器组成。输出变压器是UPS的必要组成部分,起升压作用。因为UPS的整流、逆变的两次变换均为降压环节(SCR的管压降),所以在UPS输出之前必须有一个环节用于升压,这个输出变压器就是用来实现这一功能的。
目前工频机在市场上逐渐萎缩,特别是在数据中心和通讯机房,已经逐渐被高频机、模块化UPS所代替。工频机也有其自身特点,在工业领域,尤其是石油石化、化工、高端制造等行业,工频机仍然是主角,在整个UPS行业,工频机市场占有率保持在30%以上。
二、高频机
高频机又有3种常见类型,在90年代后期,一种在SCR整流后端增加BOOST升压斩波电路,将直流提升到UPS输出所需的电压,从而省掉了输出变压器。可以简单理解为以直流升压取代了之前工频UPS变压器的交流升压,这样不但成本更低,把UPS体积和重量大大降低,可以说是UPS内业重大技术革新
高频机最大的特点是无变压器,体积小重量轻,功率密度大,整机效率高,输入谐波电流小,因此其发展前景更被看好,高频化是电力电子发展的趋势。但从应用情况来看,高频机在环境适应性和抗冲击能力上仍然不及成熟度更高的工频机。
随着社会供电环境对绿色电源和节能降耗的产品需求不断增加,高频IGBT整流UPS技术有了很大发展,IGBT器件的可靠性和稳定性也有了很大的发展,到现在已经越来越多的用户选择高频机,特别是在数据中心领域、金融、通讯领域高频机已是用户首选机型。
三、模块化UPS电源
模块化UPS是把高频UPS的功率部分单独做成一个个功率模块,然后每个模块并联输出,另外旁路切换模块和控制单元也做成模块单元,这样整台UPS就是一个个模块叠加而成。模块化UPS最大的特点是,功率部分很容易实现冗余功能,只要UPS带载功率富余量大于单个模块功率,UPS功率部分即可实现“N+1”冗余,从而提高UPS供电的可靠性。模块化UPS还有个好处就是可用性高,当某个模块故障时,直接更换模块,维修时间非常短,维修非常方便。另外,模块化UPS还经常提到“边成长边投资”的模式,即用户可以在初始建设时购买较少的功率模块,在业务增长用户设备增加后再购买功率模块进行UPS扩容。  
 
总而言之,工频机、高频机、模块化机型是目前UPS市场上最常见的三种机型,其各有各的特点,满足不同类型的客户。不同类型的用户,有其自身的应用环境特点及其负载特性,作为厂家我们站在客户应用的角度来选择适合用户的机型,而不是单纯从技术层面看哪种机型技术最先进。UPS解决的是用电可靠性,最先进不一定最合适。作为使用者,应该从自身的角度,来选择最优的方案,从而确定适合自己的UPS机型。