大功率UPS工頻機(jī)和高頻機(jī)性能對比

　　從圖5可知，UPS輸入是三相四線（相線+零線），整流器為四橋臂變換器。A、B、C三相和零線均通過IGBT整流。此種變換器存在先天缺陷：零線在主路工作時不能斷開。當(dāng)A、B、C三相閉合，零線斷開時，如果UPS輸出端接不平衡負(fù)載，當(dāng)零點(diǎn)參考點(diǎn)突然消失，將造成嚴(yán)重的UPS輸出零偏故障，進(jìn)而導(dǎo)致UPS后端負(fù)載設(shè)備的損壞，輸出閃斷等重大故障。如果A、B、C、零線同時中斷，這種情況往往會發(fā)生在市電和發(fā)電機(jī)切換過程，此種拓?fù)涞母哳l機(jī)因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作，在特定工況下（電壓過零點(diǎn)，非同步切換）可能造成負(fù)載閃斷的重大故障。而工頻機(jī)因整流器不需要零線參與工作，在零線斷開時，UPS可以保持正常供電。

　　（2）零地電壓抬升和電池架帶電問題。

　　從圖4和圖5可以看到，大功率三相高頻機(jī)零線會引入整流器并做為正負(fù)母線的中性點(diǎn)。此種結(jié)構(gòu)不可避免的造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上，抬升零地電壓，造成負(fù)載端零地電壓抬高，很難滿足IBM，HP等服務(wù)器廠家對零地電壓小于1V的場地需求。

　　某型號高頻UPS的電池變換器采用高頻Buck/Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變換器缺少必要的濾波裝置。因此充電電壓和電流耦合大量高頻分量，在現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 某型號高頻UPS電池變換器現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)圖

　　可以明顯看到頻率12.5kHz的高頻分量，實測電池正極與大地浮置電壓為325V，斷開電池架接地，電池架與大地間有大于100V的浮置電壓。接通電池架與大地，電池架與大地漏電流高達(dá)110mA（見圖6）。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（GB13870.1-93《電流通過人體的效應(yīng)》），50mA的電流就可以致人死亡。該型號UPS在電池架未與大地短接時，人體觸摸到電池架有明顯被電擊的感覺。原因是充電回路中高頻分量通過人體與大地形成通路，造成人體觸電。同時，此高頻諧波嚴(yán)重干擾了外置的UPS電池單體電壓監(jiān)控系統(tǒng)，使電池電壓監(jiān)控測試儀無法正常工作。

　　（3）可靠性降低。

　　自1947年底首個晶體管問世，隨后不到十年，可控硅整流器（SCR，現(xiàn)稱晶閘管）在晶體管漸趨成熟的基礎(chǔ)上問世，至今SCR已歷時半個多世紀(jì)的發(fā)展和革新，耐受高電壓，大電流SCR技術(shù)已非常成熟，其抗電流沖擊能力非常強(qiáng)。SCR是半控器件，不會出現(xiàn)直通，誤觸發(fā)等故障。相比而言，80年代初問世的IGBT（絕緣柵雙極晶體管）有許多優(yōu)點(diǎn)，其開關(guān)頻率可在幾kHz至幾百kHz之間，是目前高頻UPS主要功率器件。但是，IGBT工作時有嚴(yán)格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力有限。在可靠性方面，IGBT一直比SCR差。根據(jù)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SCR的整流器故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IGBT整流器的故障率，前者大約為后者的1/4。

　　工頻機(jī)通常采用SCR整流器，而高頻機(jī)多采用IGBT整流器。因此，工頻機(jī)在可靠性方面優(yōu)于高頻機(jī)。而大功率UPS可靠性是用戶關(guān)注的第一要素。目前市面上銷售的多款國際知名品牌工頻機(jī)產(chǎn)品在用戶端都有很好的口碑，并通過了長時間和復(fù)雜電網(wǎng)的實際驗證。

　　高頻大功率UPS存在諸多缺點(diǎn)，詳見附件。

3 結(jié)語

　　通過以上分析可知，UPS工頻機(jī)和高頻機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。就目前技術(shù)發(fā)展和成熟度而言，大功率高頻機(jī)有許多缺點(diǎn)還需要進(jìn)一步技術(shù)優(yōu)化和升級。某些廠商推出的大功率高頻UPS仍在試用階段。在可靠性第一原則下，使用在重要場合的大功率UPS，仍然以工頻機(jī)為首選。