概述

傳統(tǒng)雙變換器UPS不間斷電源，雖然已經(jīng)應(yīng)用了30多年，得到了人們的普遍認(rèn)可，但傳統(tǒng)雙變換UPS電源的整流器-逆變器-變壓器結(jié) 構(gòu)，已經(jīng)成為當(dāng)前UPS發(fā)展趨勢(shì)的阻力。一方面其變壓器的存在，增大了設(shè)備的功耗；另一方面輸入功率因數(shù)只有0.6~0.8，諧波電流高達(dá) 30%~60%，對(duì)電網(wǎng)及周邊設(shè)備造成很大的諧波危害。

通常，解決電力電子裝置和其他負(fù)載的無(wú)功功率和諧波污染問(wèn)題的基本思想有兩種：一 種是被動(dòng)式，即裝設(shè)無(wú)功功率與諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，如有源無(wú)功補(bǔ)償與濾波器（APF）、靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC）等；另一種是主動(dòng)式，即對(duì)電力電子裝置 本身進(jìn)行技術(shù)變革或改造，使其不產(chǎn)生諧波且功率因數(shù)可控制為1，這一條是諧波治理的根本。

解決UPS電源無(wú)功功率和諧波污染問(wèn)題的辦法也是這兩種。

（1） 被動(dòng)式。即當(dāng)采用6脈沖相控整流電路的低輸入功率因數(shù)和高達(dá)40%以上THDI等無(wú)功和諧波缺陷不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，采用被動(dòng)的不就措施是：6脈沖相控整 流器＋無(wú)源濾波器；6脈沖相控整流器＋有源濾波器；12脈沖相控整流器＋有源濾波器。這些被動(dòng)的方式，終不能達(dá)到網(wǎng)測(cè)單位功率因數(shù)及THDI值小于3% 的高標(biāo)準(zhǔn)要求，是治標(biāo)不治本的辦法。

（2）主動(dòng)式。三相或單相二極管整流＋BOOST斬波型功率因數(shù)校正器；采用三相PWM型全I(xiàn)GBT整流器的 雙變換型高頻機(jī)UPS；采用全I(xiàn)GBT整流/逆變串聯(lián)結(jié)構(gòu)的在線UPS既delta變換型UPS。這幾種UPS是未來(lái)UPS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是屬于綠色節(jié) 能環(huán)保型UPS電源。

綠色環(huán)保型UPS整流器的環(huán)保指標(biāo)

由于傳統(tǒng)的UPS電源采用可控或不可控橋式整流電路做AC/DC變換，其整流器本身就是個(gè)大地諧波源，這顯然與當(dāng)今的綠色環(huán)保、低碳能源的國(guó)際大環(huán)境相違背。

那么，怎樣的整流技術(shù)才符合綠色環(huán)保型UPS的要求呢？符合節(jié)能綠色環(huán)保性UPS不間斷電源設(shè)備必須具備如下的技術(shù)指標(biāo)。

（1） 性能指標(biāo)滿足客戶要求，產(chǎn)品性能安全可靠。

（2） 輸入功率因數(shù)在0.95以上或接近單位功率因數(shù)，

（3） 輸入電流THDI值＜5%.

（4） 電源效率大于95%以上。

（5） 輸入電壓范圍至少在±15%以上。

（6） 低碳生產(chǎn)，耗銅量小。

（7） 高性價(jià)比。

為 達(dá)到上面的環(huán)境指標(biāo)增加的產(chǎn)品成本，應(yīng)該少于3年內(nèi)收回增加部分的成本。以上幾條，缺一不可，缺少一項(xiàng)，都不能稱為是綠色環(huán)保型UPS電源，比如關(guān)于12 脈沖整流器，其輸入功率因數(shù)可達(dá)0.9以上，輸入電流THDI值也可以達(dá)到10%左右，但其效率低，浪費(fèi)電能，其體積龐大的輸入相移變壓器和多組閘管整 流器帶來(lái)的成本增加，已經(jīng)使這兩項(xiàng)指標(biāo)的改善與綠色節(jié)能環(huán)保毫無(wú)相關(guān)，甚至是相違背。

顯然，UPS不間斷電源是否能夠達(dá)到綠色節(jié)能環(huán)保的要求，其整流器的技術(shù)方案起決定性的作用。我們已經(jīng)知道，整流技術(shù)經(jīng)歷了從早期的不控整流到相控整流，及PWM全控整流的過(guò)程。

傳統(tǒng)UPS整流技術(shù)

1、單相全橋不控整流電路在中型UPS電源中的使用

常用的單進(jìn)單出UPS，其整流電路采用的就是單相全橋不控整流。這種UPS的整流電路，由于采用不控整流，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要控制電路，并且具有很高的可靠性，但它也存在很大的問(wèn)題：

①由于采用的事降壓整流，所以對(duì)逆變后的交流輸出電壓需要經(jīng)過(guò)一個(gè)變比為100/230的工頻變壓器進(jìn)行升壓才能滿足220V交流輸出的要求，因此被稱為工頻機(jī)UPS，整機(jī)效率低，通常在90%以下；

② 由于濾波電容的使用，使得輸入端電流為一個(gè)幅值很大的脈沖電流，其輸入電流的諧波分量很大，因而輸入功率因數(shù)很低，輸入電流的THDI高達(dá)100。經(jīng)過(guò) EMI輸入濾波器和輸入電感濾波后，輸入功率因數(shù)可以達(dá)到0.65左右但不會(huì)高于0.7，輸入電流THDI值仍然大于50%。綜合上述指標(biāo)，從電源的環(huán)保 等級(jí)來(lái)看，屬于可用型的黃標(biāo)電源。

2、三相全橋6脈沖整流電路和12脈沖整流電路及其在UPS中的應(yīng)用

（1）三相6脈沖整流電路。6脈沖指以6個(gè)晶閘管組成的全橋整流，由于有6個(gè)開關(guān)脈沖對(duì)6個(gè)晶閘管分別控制，所以叫6脈沖整流。

（2）三相全橋12脈沖整流電路。12脈沖是指在原有6脈沖整流的基礎(chǔ)上，在輸入端增加移相變壓器后再增加一組6脈沖整流器，使直流母線電流由12個(gè)晶閘管整流完成，因此又稱為12脈沖整流。

3、相控整流電路產(chǎn)生諧波的特點(diǎn)

相控整流電路產(chǎn)生諧波可分為整流直流電壓諧波和電源側(cè)的電流諧波，對(duì)于脈沖相控整流電路，可以得到如下結(jié)論。

·對(duì)于直流側(cè)電壓。

（1）電路的總脈沖數(shù)越多，在直流端電壓波形中諧波抵消的越多，直流側(cè)電壓波形越好。

（2）在系統(tǒng)直流側(cè)電壓中出現(xiàn)的諧波頻率為電壓脈沖數(shù)的整數(shù)倍，諧波級(jí)次n＝pm。例如6脈沖電路，電壓諧波頻率為6m的輸入頻率。

（3）諧波次數(shù)越低，諧波幅值越大。

·對(duì)于交流側(cè)電路

a) 理想的P脈沖整流器，在交流側(cè)的波形電流次數(shù)為n=pm±1，式中m=1、2、3……。各個(gè)諧波電流分量的幅值為基波電流的1/n。例如，對(duì)于6脈沖整流 裝置，線電流中只有5、7、11、13、17、19、……奇次諧波，其中5、7次諧波幅值分別為基波電流的1/5和1/7；對(duì)于12脈沖裝置，線電流中只 有11、13、23、25……奇次波形，其幅值也顯著減小。

b)增加整流器的脈沖p對(duì)減小交、直流兩側(cè)的諧波分量有決定性影響。所以，構(gòu)成脈沖數(shù)盡可能大地系統(tǒng)式整流裝置減少交、直流兩側(cè)諧波電流和諧波電壓的根本措施，因而也就有了12脈沖UPS。

4、相控12脈沖UPS整流器

基 于三相6脈沖整流電路功率因數(shù)低，輸入THDI值過(guò)大的這些缺點(diǎn)，工頻機(jī)UPS的解決辦法是采用12脈沖整流器。這樣可將UPS的輸入功率因數(shù)提高到 0.75以上，THDI值減小到10%左右。某市局系統(tǒng)250KVA工頻12脈沖UPS，開機(jī)帶有30負(fù)荷運(yùn)行6個(gè)月，一切正常，后增加負(fù)荷帶載 200A工作一個(gè)月后，導(dǎo)致UPS斷電，終的原因就是輸入電感選擇過(guò)小，導(dǎo)致了UPS在66%負(fù)載的情況下輸入電感因過(guò)載而燒毀。所以這種6脈沖和12 脈沖整流技術(shù)在選擇電感時(shí)，要充分考慮到功率因數(shù)的惡劣情況才能使設(shè)備可靠工作。