高頻UPS效率較高的原因及劣勢

高頻UPS效率較高的原因

高頻UPS效率較高，是由多方面的原因造成的，有的可以定量說明，有的只能定性說明。在這些原因當(dāng)中不管定量還是定性說明，節(jié)能控制法都應(yīng)該是最主要的原因。如果沒有把開關(guān)損耗減少50%的節(jié)能控制，即是高頻UPS具有很多的提高效率的有利條件，也不能把UPS的效率提高到0.95。

高頻UPS采用的是IGBTBoostSPWMPFC高頻整流器，其輸出直流電壓

，在直流母線上并接的儲能蓄電池是67節(jié)，而工頻UPS的直流母線上并接的儲能蓄電池是34節(jié)，電壓為408V。這就說明高頻UPS的直流母線電壓比工頻UPS高倍。大約可以使UPS得線路損耗減少0.55%。

前面已經(jīng)說過，高頻UPS中沒有設(shè)置工頻變壓器，一般大功率工頻變壓器的效率為97%～99%，故可以減小大約2%的電能損耗。

一般高頻UPS的效率受負(fù)載率的影響較小，如圖10所示，大約當(dāng)負(fù)載率≥30%時(shí)UPS的效率就可以達(dá)到0.94以上，比工頻UPS要高一些。

為了提高UPS的效率，把蓄電池直接并聯(lián)在直流母線上，節(jié)省了Buck/Boost變換器，減少了Buck/BoostDC/DC變換器的開關(guān)損耗。

高頻UPS的市電輸入功率因數(shù)高，市電輸入電流的THDI小，減少了UPS輸入側(cè)設(shè)備如開關(guān)、電纜等所消耗的總電能。

此外，高頻UPS是一種電能可以雙向流動的UPS電路，因此輸入側(cè)的Boost儲能電感上所消耗的無功電能，可以由市電或負(fù)載側(cè)雙向供給，故市電輸入功率因數(shù)可以等于1，減少損耗。

圖10高頻UPS的效率與負(fù)載率的關(guān)系曲線

綜合以上各種節(jié)能的因素，可以使高頻UPS的效率比工頻UPS大約可以提高（3～4）%。

節(jié)能控制能克服高頻UPS零地電壓的缺點(diǎn)

高頻UPS有兩個(gè)大的缺點(diǎn)

1、開關(guān)損耗大

2、零地電流大

節(jié)能控制除了可以克服高頻整流器開關(guān)損耗大的缺點(diǎn)外，還可以克服零地電壓大的缺點(diǎn)。

所謂零地電壓，就是在零線中流過的工作電流（包括三相不對稱電流和零序諧波）在零線阻抗上產(chǎn)生的電壓降造成的。高頻UPS在按照常規(guī)的SPWM控制時(shí)，是按照圖2工作波形上部upa、upb、upc所示波形進(jìn)行控制的，由于波形中含有零序諧波，故upa+upb+upc≠0，而是等于如圖2中upa+upb+upc所示的數(shù)值較大的零序諧波電壓，因此高頻整流器必須采用三線四線制輸入，而且在零線中必然會流過數(shù)值較大的零序諧波電流，此電流就會在零線上產(chǎn)生出數(shù)值較大的零序諧波電壓，使零地線之間出現(xiàn)數(shù)值較大的“零地電壓”，這是老式高頻UPS的一個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)采用圖2下部所示的線電壓（upab、upbc、upca）進(jìn)行節(jié)能控制時(shí)，因?yàn)椴ㄐ问侨鄬ΨQ的，不在含有零序諧波，因此可以不用零線，故高頻UPS中高頻整流器會增大零地電壓的缺點(diǎn)也就被克服掉了。

提高工頻整流器性能Udc-PWM控制

當(dāng)前工頻UPS與高頻UPS相比具有如下的缺點(diǎn)：

1、市電輸入功率因數(shù)較低，只能達(dá)到0.85

2、電能變換效率低，只能達(dá)到92%

3、對市電電壓波動的適應(yīng)能力差，只能達(dá)到±15%

4、負(fù)載率對UPS效率的影響較大

通過以上2～7節(jié)的分析已經(jīng)找到了，工頻UPS缺點(diǎn)的根源是采用了半控器件SCR的相控整流控制方式，也找到了高頻UPS優(yōu)點(diǎn)的根源是采用了全控器件的SPWM控制。面前已經(jīng)說過，控制方式是決定UPS性能的關(guān)鍵。因此為了提高高頻UPS的性能，克服上述缺點(diǎn)，可以仿照高頻UPS對其進(jìn)行改造，方法是把開關(guān)管SCR改換成GTO，把相控改成Udc-PWM控制，這樣就可以消除位移因數(shù)及非線性的影響，并使其具有了PFC功能，因此就可以把工頻整流器的性能提高到高頻整流器的性能，把工頻UPS的性能提高到高頻UPS的水平。而且還具有比高頻整流器的開關(guān)損耗小

倍的低耗能特性。因此用不著再采用節(jié)能式SPWM控制方式，只需用一般的Udc-PWM控制即可，簡化了控制電路。

下面以12脈波工頻整流器為例進(jìn)行介紹，其主電路如圖11所示。其中圖（a）為主電路圖，圖中電流ia1的波形如圖（b）所示，電流ia2的波形如圖（d）所示，市電輸入電流ia=ia1+ia2的波形如圖（e）所示，是一種等階