科華模塊化UPS電源/工頻UPS電源/高頻UPS電源對比

UPS不間斷電源發(fā)展到現(xiàn)在，市場上有著各種各樣的機型，其中工頻機、高頻機、模塊化機型是目前UPS市場上最常見的三種機型，本文從基本原理及應(yīng)用特點介紹這3種機型，進行各項指標對比，以供用戶選型參考。

在說工頻機高頻機之前，我們先明確下高頻機、工頻機的定義。國外沒有高頻機工頻機的說法，他們定義有變壓器型和無變壓器型UPS，即Transformer UPS和Transformer-less UPS。國內(nèi)以整流器的調(diào)制頻率來區(qū)分，整流器的調(diào)制頻率為工頻(50Hz)調(diào)制的，定義為工頻機，整流器采用高頻(上千Hz)調(diào)制的，定義為高頻機。

另外UPS從外形結(jié)構(gòu)上來區(qū)分的話，有機架式(Rack type UPS)、模塊化(Modular UPS)和塔式(Tower type UPS)機型。這個相對比較好理解，便于安裝在標準服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)機柜里面結(jié)構(gòu)的UPS稱為機架式UPS，功率單元、旁路切換單元采用模塊化結(jié)構(gòu)組成的機型稱為模塊化UPS，整流逆變均是按規(guī)定功率設(shè)計的整體機型稱為塔式機型。通常所說的高頻機和工頻機指塔式機型,機架式UPS只是把小功率(小于20KVA)的塔式機型的物理結(jié)構(gòu)調(diào)整以適合機架安裝，本文不對機架式UPS進行對比分析。


一、工頻機

工頻UPS即基于變壓器輸出的UPS,使用SCR晶閘管器件作為整流器元件，整流器調(diào)制工作頻率與電網(wǎng)頻率(50Hz)一致，這種機型稱為工頻機。工頻UPS由整流器、逆變器、靜態(tài)旁路、維修旁路、輸出變壓器組成。輸出變壓器是UPS的必要組成部分,起升壓作用。因為UPS的整流、逆變的兩次變換均為降壓環(huán)節(jié)(SCR的管壓降),所以在UPS輸出之前必須有一個環(huán)節(jié)用于升壓,這個輸出變壓器就是用來實現(xiàn)這一功能的。

常見工頻機有2種機型，6脈沖工頻整流和12脈沖工頻整流機型。

12脈沖整流工頻機是在6脈沖的基礎(chǔ)上再增加1個6脈沖整流器和一個移相變壓器，這樣能夠帶來更優(yōu)的整流參數(shù)指標，與比6脈沖整流相比，12脈沖整流在輸入功率因數(shù)和諧波電流THDi參數(shù)指標上有明顯優(yōu)勢。

目前工頻機在市場上逐漸萎縮，特別是在數(shù)據(jù)中心和通訊機房，已經(jīng)逐漸被高頻機、模塊化UPS所代替。工頻機也有其自身特點，在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是石油石化、化工、高端制造等行業(yè)，工頻機仍然是主角，在整個UPS行業(yè)，工頻機市場占有率保持在30%以上。

二、高頻機

高頻機又有3種常見類型，在90年代后期，一種在SCR整流后端增加BOOST升壓斬波電路，將直流提升到UPS輸出所需的電壓，從而省掉了輸出變壓器?？梢院唵卫斫鉃橐灾绷魃龎喝〈酥肮ゎlUPS變壓器的交流升壓，這樣不但成本更低，把UPS體積和重量大大降低，可以說是UPS內(nèi)業(yè)重大技術(shù)革新。這種無變壓器的UPS,雖然整流器的前半部分仍然SCR器件，但其整流后半部分包含IGBT高頻升壓斬波電路，從國內(nèi)的定義上來看，這也屬于高頻機。目前這種BOOST升壓斬波高頻機型已越來越少，只有一些中小功率UPS會繼續(xù)采用。

隨著電力電子功率器件和UPS控制技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)全IGBT機型和全IGBT+輸出隔離變壓器機型，即IGBT整流+IGBT逆變無變壓器機型和IGBT整流+IGBT逆變有變壓器機型，其整流器采用高頻調(diào)整方式，調(diào)制頻率一般都是上千Hz。

高頻機最大的特點是無變壓器，體積小重量輕，功率密度大，整機效率高，輸入諧波電流小，因此其發(fā)展前景更被看好，高頻化是電力電子發(fā)展的趨勢。但從應(yīng)用情況來看，高頻機在環(huán)境適應(yīng)性和抗沖擊能力上仍然不及成熟度更高的工頻機。

隨著社會供電環(huán)境對綠色電源和節(jié)能降耗的產(chǎn)品需求不斷增加,高頻IGBT整流UPS技術(shù)有了很大發(fā)展,IGBT器件的可靠性和穩(wěn)定性也有了很大的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)越來越多的用戶選擇高頻機，特別是在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域、金融、通訊領(lǐng)域高頻機已是用戶首選機型。

三、模塊化機型

模塊化UPS是把高頻UPS的功率部分單獨做成一個個功率模塊，然后每個模塊并聯(lián)輸出，另外旁路切換模塊和控制單元也做成模塊單元，這樣整臺UPS就是一個個模塊疊加而成。模塊化UPS最大的特點是，功率部分很容易實現(xiàn)冗余功能，只要UPS帶載功率富余量大于單個模塊功率，UPS功率部分即可實現(xiàn)“N+1”冗余，從而提高UPS供電的可靠性。模塊化UPS還有個好處就是可用性高，當某個模塊故障時，直接更換模塊，維修時間非常短，維修非常方便。另外，模塊化UPS還經(jīng)常提到“邊成長邊投資”的模式，即用戶可以在初始建設(shè)時購買較少的功率模塊，在業(yè)務(wù)增長用戶設(shè)備增加后再購買功率模塊進行UPS擴容。

在高頻機出現(xiàn)不久后，模塊化UPS就應(yīng)運而生，模塊化UPS從理論上來說也是高頻機的一種，只是其結(jié)構(gòu)與普通高頻塔式機型差別較大。模塊化UPS對并聯(lián)控制技術(shù)要求比較高，早期的模塊化UPS故障率偏高，每次維修更換模塊成本不低，因此選擇模塊化UPS的用戶很少，不是市場的主流。但隨著并聯(lián)控制技術(shù)逐漸成熟，模塊化UPS可靠性逐漸提高，而其高效率和高可用性的特點逐漸被市場認可，尤其是華為攜模塊化UPS重現(xiàn)UPS市場，迅速帶動模塊化UPS高速發(fā)展，其市場占有率直線上升，特別是在IDC信息機房、金融等領(lǐng)域，已和高頻塔式機不分上下。

四、三種機型的比較

工頻機、高頻機、模塊化UPS三種機型各有各的特點，我們從成熟度高、可擴展性、冗余性、整機效率、輸入諧波、PF指標、占地面積、快速維修等多方面進行比較：

工頻UPS電源、高頻UPS電源、模塊化UPS電源是目前UPS市場上最常見的三種機型，其各有各的特點，滿足不同類型的客戶。不同類型的用戶，有其自身的應(yīng)用環(huán)境特點及其負載特性，作為廠家我們站在客戶應(yīng)用的角度來選擇適合用戶的機型，而不是單純從技術(shù)層面看哪種機型技術(shù)先進。