应急电源用的EPS和UPS电源

摘要：　　绿色奥运、科技奥运是举世瞩目的2008年北京奥运会所追求的主题之一。能向大型体育体设施提供高效、节能和不间断的电源的应急电源是确保奥运会能顺利地运行所必备的电源设备之一。应急电源用的EPS和UPS电源的主要负载为电阻性照明设备和电感性的电机负载。对EPS 和按ECO模式工作的UPS的主要技术要求是：对各种不同功率因数的负载的适应能力强、供电系统的运行效率高和执行"市电供电"转"逆变器供电"的"切换操作时间"短。本文详细分析它们在带各种负载时的工作特性。当市电供电不正常时，UPS同EPS相比，它具有切换时间短、可靠性高和产品的生产"成熟性"高的优势。

Abstract：　　The major loads of the ESP and UPS for emergency source are lighting installation of the resistance property and electrical motor of the inductive property. Technical requirements for both of them are as followings: The adaptability for variety of the loads with different power factors should be strong; The efficiency of the power source should be high; The time of the transfer operation should be shorter. The operation characteristics and related technical parameters of both of EPS and UPS under driving various loads are analyzed and discussed.　Both of them have the advantages of high efficiency andthe capacity for reducing the energy resources and for driving a variety of the loads with different power factors, if the mains supply is normal.　As compared with EPS, UPS operated under ECO mode has the following advantages: shorter time of the transfer operation, higher reliability and higher maturity of the UPS production technology, if the mains supply is outage.

(1)应急电源是确保电力供电系统和消防系统安全运行的技术保障

　　当代社会生活对市电电网供电可靠性的依赖度之高是人所共知的。近年来，随着我国工农业生产的高速增长及人民生活水平的提高所需求的电力供应量也隨之迅猛地增长。近年来、由于电力工业所能提供的电力供应的增长量低于国民经济增长所需用电量, 缺电、"拉闸限电"等现象成为制约国民经济能否持续增长的重要制约因素之一。此外，为确保位于现代办公大楼、大型商业和服务业、大型体育场馆及演出场地、医院手术照明、地铁应急照明、机场照明系统、工业厂房等重要区域中的应急照明系统、电梯、水泵、消防喷淋泵和监控系统等关键设备在遇到"因故停电"时、也能正常运行。为此，国内外的部份UPS厂家推出一种高效、节能的EPS(Emergency Power Supply)型应急电源, 以便在市电电网"停电"时、能确保用户的各项关键业务不间断地、顺利地运转着。EPS电源能在上述领域逐渐被釆用的技术背景是：
　
　　在某些办公和居民区、无法寻找到能适合于安装柴油发电机"备用电源"的安装场地。这是因为它可能带来如下比较棘手的安装和维护问题：強烈机械震动/严重嗓音的扰民问题、柴油发电机组的日常维护及燃油的安全储存问题等。此外，由于发电机的开机启动时间往往长达几秒—几十秒。这样一来，对某些不允许"瞬间供电中断"时间长的负载而言，就会带来不必要的工作麻烦。

　　当用户的主要负载是电阻性的照明设备及电感性的电动机类的一般负载时，对于这种负载而言，除了对输入电源能否消除"供电中断"故障、输入电源的电压是否有严重的"过压/欠压"等电源问题有较高的要求。一般说来，对电网的其它供电质量(例如：频率波动、各种电磁干扰和"零—地电位"偏高等电源问题)的要求较低。在此条件下，容易对在线式UPS 能否被用作应急电源之一产生如下误解：

　　(a)处于逆变器供电条件下的双变换、在线式UPS的系统效率仅为：89%--94%左右,难于将其系统效率提高到97%以上(注：UPS电源的输出功率越高、其系统效率也越高)。显而易见：供电电源的系统效率越高、其节能效果也越显著。
　
　　在此需说明的是：部份厂商有时为了突出EPS的高效节能效果、在进行EPS与 UPS的性能比较时，提出传统UPS的效率仅80-90%, 其电能的损耗高达10-20% 的数据。显然,这是与绝大多数的UPS产品的性能不相符合的。

　　(b)同市电电源相比，对于主要为带计算机型"非线性负载"所设计的双变换、在线式UPS来说, 由于它的最佳的输出功率因数为0.7/0.8(滯后)。因此，对于可能同时需要带容性、感性和阻性负载的设备而言， UPS电源无论是在对上述负载的适应性上、还是在承受电机/电容负载在启动时所产生的瞬态浪涌电流的"带载能力"上，都显得较弱。
正是在上述背景下，作为既能获得较好的节能效果、又能同时驱动容性、感性和阻性等多种不同性质负载的"应急电源"之一的EPS电源就应运而生了。

(2)EPS 电源的工作原理及它对不同Cosф值负载的带载能力

(2.1)EPS电源的工作原理

　　1台典型的EPS电源的系统控制框图被示于图1中。对于熟悉UPS电源的人士来说,可以把它理解为：一台由交流旁路供电通道、逆变器电源供电通道和能自动执行市电供电←→逆变器电源供电切換操作的"转換开关"所组成的中、大型后备式(off-line )UPS电源。它的逆变器电源供电通道主要是由充电器、蓄电池和逆变器所组成(注：根据各EPS厂家的不同设计，有的EPS电源配置有内置的充电器。然而，有的EPS电源的充电器部则是属于外置的选配件)。传统的后备式UPS电源的输出功率较小、一般仅为0.5-2KVA左右。然后，当今的EPS的输出功率的"复盖范围"却可宽达1-400KVA左右。单相EPS的输出功率(功率因数cosф=0.8)为：1—40KVA左右, 常见的电池组电压有：24Vdc、48Vdc、110Vdc 和 220Vdc。三相EPS的输出功率(cosф=0.8)为：5—500KVA左右, 常见的电池组电压有：220Vdc、480Vdc、600Vdc 和 1000Vdc。基于上述原因，当用户在选购大功率EPS电源时、宜选用电池组电压为：220V/480Vdc的EPS产品。不宜选用电池组电压为：1000Vdc的EPS产品。因为过高的DC工作电压必然会对用户的安装设备的绝缘电阻、防静电保护、人员的操作安全及保护带来相当严格的要求，从而增大投资成本和维护的难度。