剖析UPS与EPS

作者:广州柏克 来源:柏克电源广东办事处 发布时间:2010-4-8 9:37:11

          一、UPS与EPS简介
         UPS 是Uninterruptible Power Supply的缩写,就是我们经常所说的UPS 不间断电源。市场上常见的UPS 电源主要有在线式(On  Line )和后备式(off  Line )两种。
         在线式UPS ,市电正常时它的输出经过整流/逆变过程,同时对蓄电池浮充,市电中断时由蓄电池经逆变器向负载供电,即UPS 的逆变器一直处于工作状态。后备式的UPS只有当市电中断时或电压低于17OV时才启用逆变电路,正常时由市电直接输出,通常容量小于3KVA 。后备式的电压输出有较大的波动,在17OV --260V之间,采用高速继电器实现市电和蓄电池之间的转换,转换时间小于10 毫秒。在线式始终使用逆变电路工作,其电压的稳定性高,基本上在220V ±5%范围内,对蓄电池基本不存在转换时间;与市电旁路转换采用静态开关,转换时间可以达到微秒级。UPS输出精度高、转换时间快,同时造价较高(约为EPS 的两倍),平时能耗大(在线式),主机寿命较短(8--10 年)。

        EPS 应急电源系统是Emergency Power Supply 的缩写。是现代建筑安全保障设施的重要组成部分。一般情况是作为消防或生产在紧急情况下使用的电源。例如在高层建筑、商场、医院、地下防空工程等地方人多、出口少、自然光源有限,一旦出现火灾或电网受到破坏的时候,光源消失一片漆黑,同时人多出口少,带来的后果将不堪设想。同时消防队伍会因为缺少电源供应而无法施展救助工作,如此更加重了灾害的程度。如果拥有应急电源,将会减少极大的损失,因此应急电源对现代社会的安全发挥越来越重要的作用。
        EPS有点类似于后备式的UPS,平时逆变器不工作,市电断电时才投入蓄电池。一般不对电源进行恒流、恒压处理。通常采用接触器转换,切换时间均为0.1 --0 .25S。其优点是结构较简单,造价较低,平时能耗小无噪音,主机寿命长(15 --20年),可适应于电感性、电容性及综合性负载,需要时可实现变频软启动。
       在欧美先进国家,由于并网供电,电力充足,同时供电质量良好,加上用电设备规范,不会在电网上造成电网污染,互相干扰。因此,许多场合并不建议使用双逆变在线式UPS ,而是推荐使用节能ECO ( Economy Control Opera-tion )工作状态下的UPS ,即平常由市电供应负载,在市电不正常时,再由蓄电池经逆变器逆变输出供电。在欧洲,此类具有节能工作状态的UPS 称作CPS ( Center Power Supply ) ,广泛采用的原因是:双逆变工作方式的在线UPS ,在市电正常时,其AC→DC→AC的能量转换效率约为90 % ,而节能工作状态下的UPS ( CPS , EPS )在市电正常时,其能量转换效率高达99 % ,而且并网市电的可用率可达99 . 99%以上,即只有0 . 01 %的停电机率,因此使用CPS ( EPS ) 供电,其节能效果是非常显著的。同时,EPS 的逆变器是处于启动状态,但不输出功率,类似休眠状态,EPS 逆变器比UPS 的逆变器连续输出功率能大大延长寿命。其实,EPS 的高端产品就是休眠状态下的UPS 。
       二、EPS与UPS的工作原理
        1. EPS 的工作原理
         如图1, EPS主要由充电器、电池、逆变器和转换开关等组成。
         当市电正常时,市电由转换开关直通供给负载,不经过任何处理。同时,充电器工作并对电池充电。
        当市电异常(超出220±15%、频率波动、停电时,逆变器会自动启动(或人工启动),然后转换开关切换到逆变器这一端,由逆变器对负载供电直至市电恢复,此时充电器停止工作。所以EPS由市电供电转为逆变器供电时,中间有个切换时间,切换时间决定于控制电路的检测速度、启动速度及转换开关的切换速度。
        如果市电恢复,转换开关将切换到市电的这一端,由市电直接给负载供电;同时充电器给电池充电。
        2.UPS的工作原理
        UPS属于高精密的电力电子设备,它由输入开关、输入滤波板及保护电路、整流器、逆变器、静态开关、旁路开关、隔离变压器、输出滤波板、及电池组等部分组成。在市电正常时,UPS通过整流器将交流市电整流成直流电,并将市电中携带的各种杂讯都过滤干净;整流后的直流电,经过逆变器作SPWM正弦波脉冲宽度调制,形成纯净、稳定的正弦波交流电。
        当市电异常时(超出220±25%、停电),蓄电池会自动给逆变器供电,UPS输出不会O中断,即便是电压也基本不变化。
        如果UPS超载、温度过高、保护等动作,UPS 将自动切换到旁路状态供电,由逆变到旁路供电的切换时间很短,在4ms 以内。
       三、EPS与UPS的比较
        这二种设备在以下方面有所不同:
        ①我国EPS的发展是起源于电网突发故障时,为确保电力保障和消防联动的需要,它能即时提供逃生照明和消防应急,保护用户生命或身体免受伤害,其产品技术要求受公安部消防认证监督,并接受安装现场消防验收。而UPS 是用来保护用户设备或业务免受经济损失,其产品技术要求受信息产业部认证。两者适用的安全规范明显不同,因而具有不同的价值观。
        ②EPS和UPS均能提供两路选择输出供电,UPS为保证供电优质,是选择逆变优先;而EPS是为保证节能,是选择市电优先。
        ③UPS由于是在线式使用,出现故障可以及时报警,并有市电作后备保障,使用者能及时掌握故障并排除故障,不会对事故造成更大的损失。而EPS是离线式使用,是最后一道供电保障,因而其可靠性设计要求更高,不能简单理解为后备式UPS,否则就把EPS的重要性一笔勾销了。如果EPS在市电故障时,不能通过蓄电池应急供电,则EPS如同虚设,造成的后果将不堪设想。
        ④UPS供电对象是计算机及网络设备,负载性质(输入功率因数)差别不大,所以国标规定UPS输出功因为0.8。而EPS供电对象则是电力保障及消防安全,负载性质为感性、容性及整流式非线性负载兼而有之,其输出功率因数就不能设定为0.8( EPS国标将规定其数值),而且有些负载是停市电后才投入工作的,因而要求EPS能提供很大的冲击电流,EPS需要输出动态特性要好,抗过载能力更强.因此EPS与UPS各组成部分的技术设计指标分配是不同的。