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电源供电保护产品的技术发展与走势

发布时间:2017-09-26 14:59:13点击率:
  随着各种电力电器设备的使用及普及,UPS随之出现和发展,总的来说UPS是一个相对较新的行业领域。到目前,其经过了大约40余年的发展,而最近10余年随着计算机和通信设备的快速发展,UPS更是得到前所未有的迅猛发展和普及。UPS已成为包括当代很多先进技术在内的综合产品,而且还在继续发展之中。

1、在功能方面:

  UPS除了其三大基本功能(稳压、滤波、不间断)外,还逐步增加了自我监控功能、对外(打电话、寻呼、发短信息)告警功能、集中监控功能、环境监测功能、自动开关机功能、联网功能、电池自动补偿和检测功能、低功率损耗功能、直接并机功能、对供电电网呈现线性负载功能、对非线性负载和线性负载具有同等输出的功能以及并机时可共用电池或分用电池功能等等。

  由于各行各业网络的不断建立,对UPS的监控也提出了更高的要求,集中监控就是UPS要有联网集中监控的功能,不但要求将远在千里之外的监控对象尽收眼底,而且要求同时在一个屏幕上出现所有被监控的对象,这就要求监控的数目要多,现在一些功能强大的软件可同时监控上千个对象。并具有对每一个对象的多项运行状态参数细则进行监控、记录、打印、传输和按故障的重要程度依次排序的功能。甚至出现语音监控功能可使无UPS知识的人也可了解电源的运行状况等。

  由于当今作为负载的设备输入功率因数在逐渐被补偿或校正,要求UPS输出功率的能力越来越强。因此,UPS的负载功率因数在由单值向复值发展,比如,有些UPS的负载功率因数可以在–0.6~1~+0.9的范围内变化,并出现了VA=W的强带载能力的设备等。

2.可用性方面:

  在1990年以前,UPS的主要作用是保护用户的硬件设备;1992年以后,随着计算机应用的普及和数据量的加大,用户对数据保护的要求开始重视;1994年以后,随着大型数据中心的建立,系统正常运行的重要性越来越突出,对可用性的要求与日俱增,有的设备不允许供电有丝毫的中断。因为断电必然会造成用电设备宕机,从而造成一连串的损失,这些损失有时非常巨大。比如:一个网站宕机:一个潜在的用户在8秒钟内离开而转向它站;一个路由器宕机:局域网上可能有几百个用户无法工作;一个光纤室宕机:可能有几千个用户断开网络连接……
    由此可见,目前UPS系统单具有可靠性指标已经不够用了,当前的发展方向是可用性,用户对可用性的要求与日俱增。所谓可用性,是指在规定时间内UPS系统利用率的百分比,目前比较重要的数据中心,要求可用性A不要低于0.99999,也就是说,一年中的机器不可用时间T不能大于:
T = 一年的小时数(1-A)=36524(1-0.99999)5分钟 
    如果要求可用性指标是0.9999999,那么一年中允许停机的时间就是3秒,这些值才是用户真正需要的结果。因为可用性不但包括了UPS在内的硬件设备可靠性指标,而且还涉及到了人的因素、工作程序、环境因素和供电的基础设施等。因为这些因素也同样可导致可用性的降低。

为了提高可用性,UPS的解决方案在结构上又有了重大突破,这就是模块化结构。这种结构包括了数个N+1模块化的UPS,它实现了可扩充性、可管理性和可维修性,代表了一种新型的电源体系,它采用系统化的方法,利用标准化的预装组件来建造数据中心的电源系统,提供从市电入口到负载端的全套解决方案(又称端到端解决方案)。

3.在UPS电路技术方面:

  由于多年来采用的传统双变换串联调整式UPS暴露出一些缺点,比如输入功率因数低、效率低、带载能力差等,影响了可用性的进一步提高。当然,为了解决这些问题,制造商也采取了一系列措施,比如针对输入功率因数低的现状,采取了加前置谐波滤波器或改6脉冲整流器为12脉冲整流器的方法,针对系统效率低的问题,还增加了所谓ECO运行方式,在市电电压范围稳定在一个可接受的范围时,可将系统效率提高到97%以上。

  在线互动式技术可以提高效率,但在其它指标上比起传统在线式来又稍逊一筹,再加之目前功率也不容易做大,其市场多集中在中小规模计算中心,这是一个广大的市场,当然在这个领域中也做出了很大贡献,同样收到了很好的效果。

  尤其值得注意的是,工频机UPS仍然受到不少用户的欢迎。部分用户在标书中明确规定供应商必须提供工频机UPS。

4.在UPS工艺结构方面:

用户对可靠性和可用性的要求越来越高,可用性A=MTBF/(MTBF+ MTTR),从公式中,MTBF是设备的平均无故障时间,以小时(h)表示;MTTR是设备故障的平均修理时间,以小时(h)表示。从公式中可以看出,平均修理时间MTTR越小越好,换句话说,要求发现故障快,处理故障快。发现故障快的关键是监控完善的智能化,处理故障快的关键是模块化,不间断处理故障的关键是冗余化和热插拔。因此,可以热插拔的N+X冗余的模块化结构已开始为各制造商所重视,并已推出了各种容量的功率模块,甚至1min就可将模块更换完毕。

提高可靠性的另一个手段是并联冗余,目前的并联技术在成熟的基础上取消了并联柜,并机信号除了电压信号通信,还有光纤通信;除了已成熟的有线并机(可9台并联),又出现了无线并机。无线并机又分“下垂法”和“T”型并机法,目前的“下垂法”还只能做到两台并联,“T”型并机法虽然可以多台并联,但由于还处在试验阶段,若付诸实际还需一段时间。

5.UPS品种方面:

  由于UPS的地位越来越重要,在以往原有的一般商用UPS、变频UPS、工业用UPS的基础上,为了适应市场的需要,又出现了专为某种使用而推出的UPS。
(1)小灵通UPS 
  这是一种专为移动通信区域化设计的功率为100~200VA的小功率UPS。这个领域对电源环境可靠性的要求比较苛刻,由于这些UPS大都被安装在户外电线杆上、屋顶上、凉台上等无人照顾的地方,所以要求可用性高、防偷性强、输入电压范围大、耐寒、耐热、防风沙雨雪等,而且修理方便。该电源的容量虽小,但用量相当大,而且会越来越大。

(2)有线电视UPS电源CATV UPS
  这是一种用于宽带双向综合信息传输网的电源,比如用同轴电缆传输的有线电视信号,在一个城市或一个区域有很多个节点,对接受到的信号进行放大后,再分配到最终用户。因此,每个节点的放大器就要配备一台专用UPS,该电源大致有两种规格:60VAC/15A, 60VAC/9A。作为国家三网中最有可能成为组建“三网合一”的第二代高速因特网技术平台,许多地方的CATV网都在进行建设,并对网络的管理提出了进一步的要求,当然首当其冲的是决定网络安全可靠、连续运行的供电系统。因此,要求电源系统首先要有自我监控和联网集中监控功能,以便随时掌握整个供电网络的运行情况。

(3)应急电源EPS(Emergency Power Supply)
  这也是一种使供电不间断的应急电源,UPS虽然也有应急的意思,但二者也有不同之处:EPS完全是一种后备式的UPS,对电源输出品质不是很苛刻,容量可以做得很大,应带的负载性质和范围要宽;而UPS则不然,大部分UPS的负载功率因数为一个单值,带载能力差,而目前后备式UPS普遍都在1KVA以下。

  目前我国市场上的EPS也在起步,还多限于小功率,而且还比较单调,比如早期多用于应急照明来代替原来的应急灯。随着各种设备和系统的电源后备需求,这种电源也开始有了越来越多的市场,既可以满足家庭需用,又可以满足大型工矿企业设备。由于目前大容量的EPS一般不像UPS那样市场广大,还处在一个以销定产的阶段。

(4)直流UPS
  早在上个世纪80年代后期和90年代初,就有人提出了直流UPS,并做出了产品,如YX-3000就是当时的一种功率为3000W、输出直流电压为300V的直流UPS;接着又有人做出了针对计算机工作电压的多输出直流UPS;更有人将一个12V的小容量“薄片”电池与PC机电源构成了PC机内置式直流UPS。近些年还不断有各种各样的直流UPS专利产品出现。

(5)变频UPS
  这种UPS使用面很窄,所以产品的品种也不多,一般是根据用户的要求定制。大概由于从经济角度出发,有不少使用变频UPS的地方更倾向于使用变频器。值得注意的是,这区别于使用变频技术的UPS(如力迅V8系列),后者采用变频技术使UPS的性能和可靠性得到提高,但归根结底还是普通型UPS,而变频UPS则完全属于另一类产品。

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