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高頻機型UPS“電池壽命縮短”論的誤區

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年06月24日  

在某次會議后,某先生在介紹會議內容時說:會上由某君提出一個對高頻機型UpS自以為是重磅炸彈的新問題來說明高頻機型UpS的“致命弱點”。這個問題的提出的確令參會者一時摸不到頭腦。本人聽了后也不覺黯然:在這個時代,在這個深入討論技術的高水平會議上,竟有人提出這樣的低層次問題怎不令人吃驚!為了以正視聽和與某君商榷一點技術問題,的確要從頭說起。


一、UpS的出現與責任


UpS已有近50年的歷史,高頻機型UpS也有10年以上的歷史。作為計算機孿生兄弟的UpS從出生的那天起就負起了保護數據的責任。早期的計算機輸入系統并不像現在這樣方便,其輸入的數據必須首先轉換成0和1的2進制布爾代數形式。比如1就用01表示,3就用11表示等,然后將這些數字在紙帶上穿孔,如圖1所示的樣子,一般在紙帶上沿寬度方向有8個穿孔位置,在這個位置上有孔就是1,無孔就是0。紙帶在穿孔機上打完孔以后就送到光電機向計算機內輸入,打過孔的的紙帶在燈光的照射下移動,有孔的地方透光,就被對面的光電管接收,就是1,無孔的地方不透光就是0…就這樣非常復雜地將題目輸入計算機。但在計算過程中一旦市電故障,整個計算就完全變成空白,下一次市電恢復后,整個光電輸入過程還得重新來過,相當麻煩!于是就有人就提出,假如在市電斷電時給計算機一個信號,然后再供5s的電,讓計算機將現場計算結果保存起來,等下一次市電恢復后再接著上次的結果運算下去。于是第一代UpS就肩負著這個保護數據的、不間斷供電的使命問世了。


第一代UpS是個什么樣子呢?比如我國1967年隨1900計算機進口的20kVAUpS就是在一臺電動發電機的同軸上安裝了一個5T重的大飛輪,當市電斷電后借助于飛輪的慣性帶動同軸上的發電機再維持5s的供電時間。以后又發展到將市電整流后給蓄電池組充電和驅動直流電動機旋轉,從而帶動同軸的交流發電機,這樣一來不間斷供電的時間就可以延長了,這也是電池組首次進入UpS作為不間斷能源。到了上個世紀70年代,半導體得到了發展,可控硅的出現就將原來旋轉發電機式UpS發展成靜止變換式電路,但電池組仍作為不間斷能源被保留下來。于是UpS開始朝著兩個方向發展:旋轉發電機式UpS和靜止變換式UpS,目前旋轉發電機式UpS已有3000kVA的產品,靜止變換式高頻機型UpS也有了1200kVA的單機產品。


二、UpS的現狀與發展


開始靜止變換式電路是工頻機型UpS,而且整流器和逆變器電路都是由可控硅構成,并且輸入輸出都有變壓器。因為當時的UpS電路技術還是全橋電路,并且輸出端的電壓是交流電,即輸出線都是火線,無法滿足計算機廠家要求的UpS輸出零線接地的愿望,所以只好加裝輸出隔離變壓器,這不但可以實現輸出接地的要求,也給逆變器前面的蓄電池靈活配置帶來了方便。但這樣一來也增大了UpS的重量、體積和功耗。隨著電子元器件和IT技術的發展,數據中心開始紛紛建立,這些中心的機房開始成為用電大戶。工頻機型UpS的另一個弱點暴露出來了,那就是輸入功率因數低。這重要是由于輸入電路采用的可控硅所致,由于可控硅整流濾波輸入電路(俗稱6脈沖)對電網電壓的破壞用途使其輸入功率因數只有0.8。換言之,假如UpS是300kVA的容量,只能有效利用市電240kW的有功功率,而有180kvar的無功功率占用了電網的線路,不僅如此,還對外形成干擾。假如前面加配發電機,則發電機的容量至少為UpS的3倍,即至少900kVA,這就給用戶帶來了很大的負擔。為此必須提高UpS的輸入功率因數,其方法是前面要配置有源濾波器或把6脈沖整流升為12脈沖整流,最好再加11次諧波濾波器,這樣一來又增大了UpS的負擔。比如某6脈沖整流的300kVA容量UpS升為12脈沖整流再加11次諧波濾波器后,就新增了600kg,重量從原來的1.6噸新增到2.2噸,這又是一筆不小的花費。


電子元器件的發展又為UpS的更新換代打開了通道,目前某輸入功率因數為0.99以上的300kVA高頻機型UpS的重量才0.8噸左右,而且效率也比前者提高了近5個百分點。順利地解決了上述的困難,給數據中心帶來了福音。這就是工頻機型UpS的換代產品。


三、兩種機型的爭論


我國有句諺語,叫做“舊的不去新的不來”。這里的問題是新的來了舊的還沒有去。究其原因不外乎是舊的不愿意去。既然不愿去就得說出不愿去的理由,最好的辦法就是以攻為守,指責高頻機型UpS的不足。當然那種指責高頻機型UpS沒有變壓器、IGBT可靠性不高和問世較晚等“論點”已被各方批駁的失去了銳氣,因為那些所謂的論點都是其本身對UpS的基本功能認識模糊,所以站不住腳。無奈之下又提出了新的攻擊目標:說什么高頻機型UpS在整流器功率不足時,就要從電池中索取能量去補充,結果導致電池壽命縮短。


這個論點在外行看來無疑是一顆重磅炸彈,但對稍有UpS知識的人來說,只好搖頭嘆息:因為這又是一個基本概念問題。UpS為何稱為不間斷電源?這個不間斷功能是靠誰來實現的?從前面的敘述中已經清楚,開始是利用飛輪的儲能--動能。后來就是利用化學能,那就是蓄電池。沒有電池的電路就不能稱其為UpS,只能算作交流穩壓器或穩壓穩頻源(CVCF)。


不間斷用途的。不管什么原因:輸入市電斷電也好、輸入電壓不穩造成的整流能量不足也好,只要是影響到間斷供電的事情,電池組都要管。某君說:在整流器功率不足時,就要從電池中索取能量去補充,結果導致電池壽命縮短。這是電池的職責所在,壽命縮短也得干,不然要它干什么!這是第一個誤區:不了解電池的基本用途


第二個誤區是,按照某君的說法,在工頻機型UpS的整流器功率不足時,其電池組為了不縮短壽命,就不補充能量。那怎么辦呢?要么讓UpS停機,要么就把這些不足的能量直接送到負載,管它負載工作正常不正常!工頻機型UpS決不會是如此工作的。


所以,在整流器功率不足時,就要從電池中索取能量去補充,結果導致電池壽命縮短這一條不論對工頻機型UpS還是高頻機型UpS都會存在,而且也必須都這樣做。問題是某君卻只說高頻機型UpS,卻忘了說工頻機型UpS。這不但是概念不清問題,也兼有認識模糊之嫌。


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