在電力系統(tǒng)的火電廠、變電所中，直流系統(tǒng)是十分重要的。直流系統(tǒng)供電的可靠性和質(zhì)量，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。直流電源種類的選型在《火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中3．2．1款指出，“火力發(fā)電廠、變電所宜采用固定型防酸式鉛酸蓄電池；在技術(shù)經(jīng)濟合理時，也可采用中倍率鎘鎳蓄電池�！痹凇痘鹆Πl(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的11章第4節(jié)中，也有相應(yīng)條款對該類型蓄電池配置作了規(guī)定，幾十年來，雖然固定型防酸式鉛酸蓄電池也在不斷地改進完善，有了較成熟的制造技術(shù)和系列化產(chǎn)品，運行單位也具備豐富的使用維護經(jīng)驗，但在實際應(yīng)用中仍存在著許多缺點。如，電池體積大，占據(jù)較大的蓄電池室；運行中有酸霧逸出，污染環(huán)境；蓄電池須安裝在制殊要求的場所，裝設(shè)通風設(shè)備和調(diào)酸加液設(shè)備；需由專門的運行維護人員進行復(fù)雜繁瑣的日常維護。而鎘鎳蓄電池由于制造工藝水平提高甚慢，爬堿、滲漏等問題一直沒有得到有效解決，而且尚需定期換液，這些問題直接影響到直流電源的穩(wěn)定可靠運行，同時其產(chǎn)品價格大大高于普通鉛酸蓄電池，所以也未能在火電廠廣泛采用。
機房UPS主機的性能很重要，也不能忽略了對機房UPS蓄電池的選擇，因為蓄電池和UPS是配套使用的。那么UPS蓄電池有哪些種類嗎？各自的優(yōu)缺點又有哪些？
蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個UPS系統(tǒng)的可靠程度，然而蓄電池卻又是整個UPS系統(tǒng)中平均無故障時間（MTBF） 短的一種器件。如果用戶能夠正確使用和維護，就能夠延長其使用壽命，反之其使用壽命會大大縮短。
蓄電池的種類一般可分為閥控式密封鉛酸蓄電池、膠體電池等。UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性。目前，在線運行的蓄電池基本上是這兩種，不屬于鉛酸蓄電池。
因其體積較小、密封性能好、絕少維護而被廣泛應(yīng)用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內(nèi)部電解液流動有兩種技術(shù)方法:一種是將 酸電解液與SiO2，膠體混合后充滿電池內(nèi)部，制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產(chǎn)品產(chǎn)量較低，約占VRLA電池總量的15%!。(MISSING)另一種是利用超細玻璃棉將電解液不飽和地吸附住，制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能，在UPS系統(tǒng)中較多采用，國內(nèi)廠家也大多生產(chǎn)AGM蓄電池。
2、膠體電池
膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類， 簡單的做法，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。近期已有實驗室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率，據(jù)非公開資料表明可達到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應(yīng)用范例。膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從 初理解的電解質(zhì)膠凝，進一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。其 重要的特點為：用較小的工業(yè)代價，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質(zhì)的電池，其放電曲線平直，拐點高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%!以(MISSING)上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。
選配機房UPS過程慮容量問題時,應(yīng)該列舉決定容量大小的相關(guān)因素,并具體說明各因素與容量的具體關(guān)系。確定UPS容量大小應(yīng)參考因素主要有:實際負載容量、負載的類型、容量使用率、環(huán)境條件、UPS的類型及實際負載能力、潛在擴容需求等。
1、實際負載容量:這是決定UPS容量大小的最根本因素。UPS的輸出能力必須達到或超過負載需要才能保證正常供電。實際應(yīng)用中要考慮UPS是采用集中式供電還是分布式供電。采用集中式供電的負載總量應(yīng)是將機房所有由UPS供電負載的功率累計。采用分布式供電的則根據(jù)每臺UPS所帶負載不同確定。
2、負載的類型:不同類型的負載其有功功率和無功功率的比例不同,但UPS需向負載同時提供足夠的有功功率
和無功功率,則實際輸出能力受負載類型所限制。以功率因數(shù)為0.7的UPS為例,一般地計算方法是:阻性負載的VA值=W值÷0.7;感性負載的VA值=W值÷0.3。
3、UPS容量使用率:對于大功率UPS,一般建議容量使用率控制在0.6～0.8。
4、環(huán)境條件:UPS的工作溫度一般應(yīng)控制在0～40℃范圍內(nèi)。海拔超過1000m后每升高1000m,UPS應(yīng)降額5%使
用。
5、UPS的類型及實際負載能力:不同類型的UPS其帶載能力有所不同。工頻機的輸出能力較好,而高頻機的實際
帶載能力只有工頻機的0.9倍。
6、設(shè)備的潛在擴容需求:配置UPS容量應(yīng)考慮設(shè)備今后擴容需要,留有一定余量。
三相大功率UPS電源主要運行在數(shù)據(jù)中心與關(guān)鍵電源兩種場景,目前在IDC、Colo、金融、電信、醫(yī)療、半導(dǎo)體、石油石化、機場、軌道交通、電力等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近三十年的市場推廣與實際使用,用戶對工頻機、高頻機、固定功率一體機、模塊化UPS等概念已經(jīng)有了深刻的理解。
近十年來,在大型及超大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體等行業(yè)需求的推動下,三相大功率UPS電源出現(xiàn)了很多新的理念與創(chuàng)新。本文對其中重要的五大新技術(shù)做簡單介紹。
三種運行模式
逆變器優(yōu)先運行模式(雙變換)
如圖1所示,工頻機高頻機從電氣變換技術(shù)角度來看,都是采用的雙變換在線式技術(shù),即能量經(jīng)過整流器逆變器兩次能量變換后,由逆變器提供電壓精度為1%、諧波含量小于5%的正弦波交流電給負載供電。這種運行模式也可以稱為:逆變器優(yōu)先運行模式(雙變換)。
逆變器優(yōu)先模式的優(yōu)勢是輸出電壓精度高達1%。劣勢是由于能量的兩次 轉(zhuǎn)換,在正常15%～60%負荷下,UPS整機效率較低僅88%～95%。同時電流每秒鐘都流經(jīng)整流器逆變器的功率器件,元器件疲勞老化嚴重,壽命降低,導(dǎo)致UPS可用性降低。而可用性才是用戶對UPS的最重要需求。
逆變器優(yōu)先模式(雙變換)本身就是一種低可用性的運行模式。這是這么多年以來才痛苦認識到的一個事實。
有沒有新的思路?小功率的后備式UPS和在線互動式UPS正常情況下是旁路市電輸出供電,不是也保護了IT負荷嗎?
仔細研究我們會發(fā)現(xiàn)兩點:
IT負荷其實對交流電的要求不高,允許電壓-20%/+10%,頻率40～70Hz,允許中斷時間10～20ms。逆變器優(yōu)先模式為驕傲的1%輸出精度其實沒有意義。
今天市電電網(wǎng)的可用性得到了很大提高,城市10kV電網(wǎng)可用性達到99.94%(見表1)。這兩個因素促使我們認識到三相中大功率UPS其實也可以和小功率UPS一樣選擇旁路優(yōu)先運行模式。事實上早在2010年,各廠家三相UPS就允許用戶選擇工作在旁路優(yōu)先模式,即ECO模式(經(jīng)濟模式)。
旁路優(yōu)先運行模式(ECO模式)
如圖2所示,在正常情況下,UPS優(yōu)先運行在靜態(tài)旁路,由市電直接給負載供電。當旁路電壓超出設(shè)定窗口范圍時,會切換到逆變器輸出模式。該模式的優(yōu)勢是效率高達99%。劣勢是由于市電直供,會產(chǎn)生雙向*,輸入功率因數(shù)輸入諧波電流指標較差。更重要的是,當旁路故障需要切換回逆變器模式時,會出現(xiàn)4～20ms的切換時間,某些情況下會造成負載運行中斷, 降低了UPS的可用性。
