一般UPS的規(guī)劃初衷是維護(hù)要害IT類(lèi)設(shè)備，在電路結(jié)構(gòu)上就首要依據(jù)IT類(lèi)設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。比方現(xiàn)在IT設(shè)備的首要是運(yùn)用開(kāi)關(guān)電源，而且歐盟法規(guī)規(guī)定75W以上的設(shè)備都要具有功率因數(shù)校對(duì)。因而UPS首要面對(duì)的就是帶有功率因數(shù)校對(duì)的負(fù)載，在一般狀況下其特性是一個(gè)功率因數(shù)挨近于1的恒功率負(fù)載。在大功率電氣設(shè)備方面，還有一些舊的設(shè)備在運(yùn)用，這些設(shè)備一般是依據(jù)6脈波整流或許12脈波整流技能，特點(diǎn)是一個(gè)恒功率的非線性整流負(fù)載。
不管是帶有PFC的開(kāi)關(guān)電源，仍是脈波整流電源，其功率的實(shí)部都只能是正的，能量不會(huì)反灌回市電，因而在UPS的規(guī)劃中愈加重視的是在恒功率負(fù)載下的牢靠性，以及在帶有非線性的整流性負(fù)載時(shí)的諧波控制才能，以及電壓穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)康復(fù)速度，而不會(huì)特別要求具有能量回饋的才能。特別是在UPS帶有許多智能化的規(guī)劃之后，往往會(huì)把能量從負(fù)載回饋到UPS的直流母線作為一種毛病狀況來(lái)對(duì)待。因而在帶有電機(jī)類(lèi)負(fù)載的時(shí)分，電機(jī)再生發(fā)電發(fā)作的能量很簡(jiǎn)略觸發(fā)UPS的維護(hù)條件。
另一方面，UPS在電路架構(gòu)上常用的結(jié)構(gòu)是整流+電池升壓+逆變器的結(jié)構(gòu)，很大一部分UPS的整流和電池升壓部分都是運(yùn)用Boost或許變形的電路，能量?jī)H能從市電和電池活動(dòng)到直流母線上，而不能反向活動(dòng)。這樣即使軟件上答應(yīng)能量回饋，可是當(dāng)發(fā)作能量回饋時(shí)，因?yàn)槟芰慷假A存在直流母線上，形成直流母線升高，最終依然會(huì)導(dǎo)致UPS跳脫維護(hù)。
電機(jī)負(fù)載的特性與IT設(shè)備常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源徹底不同，表現(xiàn)為具有發(fā)動(dòng)/制動(dòng)等許多作業(yè)狀況，而且隨著電機(jī)后邊所帶負(fù)載的不同會(huì)有十分大的差異，徹底不像IT類(lèi)開(kāi)關(guān)電源那樣只需帶載/卸載。因而詳細(xì)的處理方案也需求考慮電機(jī)后邊所帶負(fù)載的狀況別離進(jìn)行處理。
電機(jī)在發(fā)動(dòng)時(shí)有很高的瞬態(tài)沖擊，假如沒(méi)有額定的輔佐辦法，就需求UPS電源能夠在瞬時(shí)供給十分大的功率。針對(duì)IT設(shè)備規(guī)劃UPS一般僅僅是依據(jù)短時(shí)刻內(nèi)2倍功率規(guī)劃，而有的UPS則是僅有1.5倍。關(guān)于再大功率的負(fù)載，軟件限流算法或許硬件的限流線路就會(huì)發(fā)作效果，然后影響電機(jī)發(fā)動(dòng)。不過(guò)好在UPS一般都規(guī)劃有Line Support功能，當(dāng)負(fù)載功率大時(shí)能夠經(jīng)過(guò)旁路供電來(lái)處理?？墒窃陔姵匦问较?，無(wú)法經(jīng)過(guò)旁路分擔(dān)功率，就存在電機(jī)發(fā)動(dòng)進(jìn)程異常的可能。為此關(guān)于瞬間供給電流的才能十分要害的場(chǎng)合，就需求挑選更大功率的UPS。
電機(jī)在制動(dòng)時(shí)具有能量再生，此刻回饋的能量并不僅是電機(jī)自身貯存的能量，還可能包括了電機(jī)后邊銜接的負(fù)載所具有的慣性以及勢(shì)能所貯存的能量。以電梯為例，當(dāng)電梯上升時(shí)需求電機(jī)供給能量，而當(dāng)電梯下降時(shí)假如電梯的分量超越下降進(jìn)程中的阻力，就會(huì)成為一個(gè)發(fā)電設(shè)備，帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，這樣再生出來(lái)的電力就有可能反灌回UPS。
此外，在帶有電機(jī)的運(yùn)用中還有別的一個(gè)要素需求加以考慮，就是變頻調(diào)速設(shè)備。不同的變頻調(diào)速設(shè)備關(guān)于UPS體系的影響也是不一樣的。
在輸入端是一個(gè)六脈波整流以及附加的直流或許溝通側(cè)濾波器，而在直流母線上銜接有制動(dòng)電阻。當(dāng)電機(jī)發(fā)作能量回饋時(shí)，變頻器的直流母線會(huì)被充高。在直流母線到達(dá)預(yù)設(shè)的電壓點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)注冊(cè)制動(dòng)電阻控制來(lái)耗費(fèi)掉回饋的能量。這種做法是現(xiàn)在工業(yè)界最遍及的辦法，其長(zhǎng)處是簡(jiǎn)略牢靠，而且關(guān)于UPS來(lái)說(shuō)變頻器就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非線性整流負(fù)載，與IT類(lèi)負(fù)載十分挨近。當(dāng)然其缺點(diǎn)則是電機(jī)回饋的能量被轉(zhuǎn)換成熱量耗費(fèi)掉，沒(méi)有從頭運(yùn)用。
為了節(jié)約能源，部分高端變頻器選用了背靠背的結(jié)構(gòu)，而一般變頻器也能夠經(jīng)過(guò)增加能量回饋模塊來(lái)把電機(jī)回饋的能量回來(lái)輸入端。見(jiàn)下圖所示。
關(guān)于這類(lèi)變頻器來(lái)說(shuō)，電機(jī)再生的電能依然會(huì)回饋到UPS里邊，使得UPS面對(duì)與直接銜接電機(jī)相似的問(wèn)題。
還有一類(lèi)特別的變頻器運(yùn)用了矩陣變換器的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)下圖所示。因?yàn)槠溟g沒(méi)有儲(chǔ)能元件，一切的能量都直接在輸入輸出端傳遞，關(guān)于UPS來(lái)說(shuō)與直接銜接電機(jī)也沒(méi)有差異。
當(dāng)然，假如UPS直流母線具有足夠大的容量，電機(jī)回饋的能量導(dǎo)致的直流母線充高在能夠接受的范圍內(nèi)，那么因?yàn)榻o電機(jī)供給的均勻能量依然是正的，UPS就依然能夠定心運(yùn)用。可是一般狀況下UPS都沒(méi)有那么大的直流母線電容，因而有必要考慮別的的辦法來(lái)處理電機(jī)負(fù)載能量回饋問(wèn)題。出于簡(jiǎn)略起見(jiàn)，這兒僅評(píng)論UPS單機(jī)下的處理方案，在并聯(lián)體系里邊的負(fù)功率維護(hù)問(wèn)題牽涉到許多其他的并聯(lián)體系模塊規(guī)劃的問(wèn)題，并不僅僅是電機(jī)再生能量的處理。
部分UPS在電路架構(gòu)上是運(yùn)用徹底雙向的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)下面圖中所示。其間PFC，逆變甚至電池DC/DC都能夠確保能量雙向活動(dòng)。
從原理上來(lái)說(shuō)，只需軟件上解除在PFC級(jí)和逆變器的復(fù)功率約束，這種UPS徹底能夠作業(yè)在雙向形式下：當(dāng)電機(jī)發(fā)作能量回饋時(shí)，在市電形式下，經(jīng)過(guò)PFC把能量反應(yīng)回市電;在電池形式下，經(jīng)過(guò)雙向DC/DC把能量反應(yīng)回電池?？墒沁@兒邊有一些有必要考慮到的要素，比方：
電網(wǎng)是否答應(yīng)能量回饋?
能量回饋電網(wǎng)需求滿(mǎn)足那些標(biāo)準(zhǔn)?
電池答應(yīng)的充電功率有多大?
首要的問(wèn)題是電網(wǎng)方面是否答應(yīng)再生能量回饋。不同地方的電網(wǎng)對(duì)此的要求可能會(huì)不一樣，關(guān)于一些功率特別大的負(fù)載，電網(wǎng)出于穩(wěn)定性考慮可能不希望能量回饋。假如輸入端運(yùn)用的是一般的柴油發(fā)電機(jī)，那么是不能回饋能量的。
在答應(yīng)能量回饋電網(wǎng)的前提下，有必要考慮此刻面對(duì)的安全問(wèn)題，這是太陽(yáng)能發(fā)電體系現(xiàn)已面對(duì)過(guò)的。當(dāng)能量向電網(wǎng)回饋，而電網(wǎng)因?yàn)榇丝虜嚯姷脑?，就?huì)呈現(xiàn)所謂的孤島效應(yīng)問(wèn)題。而電網(wǎng)假如在回饋進(jìn)程中呈現(xiàn)短時(shí)刻低電壓等異常狀況，UPS的能量回饋也應(yīng)當(dāng)正常作業(yè)一段時(shí)刻。為此適用于可再生能源發(fā)電的技能，比方孤島檢測(cè)，低電壓穿越等技能就業(yè)需求裝備在UPS上。
在電池形式下，常用的鉛酸蓄電池在充電和放電時(shí)所答應(yīng)的電流是不同的，充電時(shí)的最大電流要小得多。這就意味著假如負(fù)載回饋能量很大時(shí)，充電電流就也會(huì)很大，為此在電池形式下兼容電機(jī)負(fù)載就需求運(yùn)用足夠多的蓄電池組來(lái)分?jǐn)偝潆婋娏?。別的一方面，一般UPS的充電功率是依據(jù)常見(jiàn)電池組的容量來(lái)裝備的，假如要加大充電的功率，這部分電路也需求特別規(guī)劃。
關(guān)于其他電路架構(gòu)的UPS，比方下面一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，其電池升壓和PFC都是單向作業(yè)的，這就意味著電機(jī)再生能量是無(wú)法反灌到市電或許電池的，有必要?jiǎng)e的想辦法。
在市電形式下，最簡(jiǎn)略的辦法不外乎選用旁路處理。只需發(fā)現(xiàn)負(fù)載回饋的能量過(guò)大，就把UPS轉(zhuǎn)到旁路形式下，經(jīng)過(guò)旁路來(lái)吸收電機(jī)再生能量。不過(guò)這一辦法只需在旁路真正是市電，而且正常狀況下能夠運(yùn)用，因而其運(yùn)用是有一些局限性的。假如要求UPS不論在市電仍是電池形式下仍是運(yùn)用發(fā)電機(jī)做輸入都能搭配電機(jī)負(fù)載作業(yè)，就有必要還要有其他的辦法。
別的一種不受市電和電池形式約束的簡(jiǎn)略辦法就是像變頻器一樣加入制動(dòng)電阻來(lái)耗費(fèi)剩余的能量。這一規(guī)劃在變頻器上現(xiàn)已十分老練，能夠很方便的移植到UPS上運(yùn)用。因?yàn)閭鹘y(tǒng)上UPS并不具有專(zhuān)門(mén)為制動(dòng)運(yùn)用的IGBT，所以需求把制動(dòng)電阻和制動(dòng)IGBT單獨(dú)規(guī)劃為一個(gè)模塊，依據(jù)需求來(lái)作為可選的附件來(lái)運(yùn)用。
能量回饋模塊也是變頻器上老練的技能，當(dāng)然也能夠用到這兒?？墒悄芰炕仞伳K的原理也是把電機(jī)回饋的能量轉(zhuǎn)成溝通回來(lái)給市電，為此在電池形式，或許在輸入是發(fā)電機(jī)的狀況下，能量回饋模塊也是不能運(yùn)用的。
在UPS的充電器規(guī)劃中，一種常用的做法是從直流母線取電，經(jīng)過(guò)電路降壓后給電池充電。在這種辦法下，就給電機(jī)能量回饋的處理供給了一個(gè)變通的辦法：不管在市電形式仍是在電池形式下，都經(jīng)過(guò)充電器把剩余的能量轉(zhuǎn)給電池貯存。當(dāng)電池充到某一個(gè)程度時(shí)就轉(zhuǎn)到電池形式，把能量釋放到一個(gè)相對(duì)低的水平。這樣經(jīng)過(guò)略微下降一點(diǎn)電池后備時(shí)刻，能夠換來(lái)電機(jī)負(fù)載問(wèn)題的處理。這個(gè)進(jìn)程見(jiàn)下圖所示。
在市電形式下，能量是從市電Mains，經(jīng)過(guò)PFC，DC BUS，INV發(fā)作溝通電壓輸出供給給負(fù)載，一起充電器從DC BUS取電，給電池充電。在電池形式下，電池能量經(jīng)過(guò)DC/DC，DC BUS和INV供給給負(fù)載。
當(dāng)電機(jī)發(fā)作能量回饋時(shí)，能量流向就會(huì)發(fā)作改變。在市電形式下，假如BUS電壓因?yàn)榛仞伳芰慷涓邥r(shí)，就需求停止市電供電，而由充電器把能量轉(zhuǎn)移到電池端。
當(dāng)能量回饋完畢時(shí)，需求先查看電池是否現(xiàn)已充溢，假如現(xiàn)已充溢，則需求以電池形式把電力釋放掉一部分，認(rèn)為下一次電機(jī)能量回饋留出空間。
之后再?gòu)念^轉(zhuǎn)回市電形式作業(yè)。在市電形式下，充電器也要確保不把電池充溢，而是預(yù)留下貯存回饋能量的空間。
在電池形式下則比較簡(jiǎn)略，只需BUS因?yàn)槟孀兤鲝?fù)功率而沖高，就封閉電池DC/DC，翻開(kāi)充電器，直到電機(jī)能量回饋完畢，再轉(zhuǎn)回電池DC/DC作業(yè)。這種處理方案的好處是電機(jī)回饋的能量只會(huì)回來(lái)到電池，然后在后續(xù)合適的機(jī)遇再釋放出來(lái)，而不會(huì)回來(lái)到市電，然后避免了相似太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電辦法帶來(lái)的問(wèn)題。
很明顯，這個(gè)進(jìn)程與混合動(dòng)力轎車(chē)的原理是十分共同的。相同的，智能的電池能量的辦理在這兒也是很要害的。假如充電的閾值設(shè)得太高，電池有可能被充壞;假如放電的閾值設(shè)得太低，可能會(huì)影響斷電時(shí)的后備時(shí)刻。相同的，充電器的容量以及電池答應(yīng)的最大充電電流也是規(guī)劃時(shí)要考慮的重要要素。
定論：
在UPS運(yùn)用中，當(dāng)負(fù)載是會(huì)發(fā)作再生能量的電機(jī)時(shí)，一般UPS體系比較簡(jiǎn)略因?yàn)殡姍C(jī)制動(dòng)能量回饋到UPS的直流母線的問(wèn)題而發(fā)作逆變器負(fù)功維護(hù)或許直流母線高壓維護(hù)。為了兼容這種類(lèi)型負(fù)載，UPS體系需求附加額定的功能模塊來(lái)到達(dá)牢靠作業(yè)的意圖。
最為牢靠和簡(jiǎn)略的辦法是為UPS裝備可選的制動(dòng)模塊，其間包括電阻和開(kāi)關(guān)管。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，從電機(jī)回饋的能量能夠運(yùn)用制動(dòng)模塊加以耗費(fèi)。
為了進(jìn)一步提高能源運(yùn)用功率，能夠經(jīng)過(guò)恰當(dāng)調(diào)整蓄電池容量和充電器功率，挑選電池儲(chǔ)能辦法來(lái)收回制動(dòng)再生的能量。經(jīng)過(guò)智能的電池能量辦理，保持電池組總有接受下一次能量回饋的空間，能夠讓UPS在電機(jī)負(fù)載條件下牢靠作業(yè)，而且愈加節(jié)能。
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