飞轮储能UPS由输入保险、输入接触器、静态开关、在线电感器、输出接触器、逆变器、滤波电感器、飞轮、旁路等组成。Active Power UPS核心技术为飞轮储能技术,拥有35项美国专利。飞轮和电机系统密封在真空容器内,能量蓄满时飞轮转速高达7700r/min,如图1所示。动态飞轮UPS可以提供优质电源,确保精密的仪器设备和生产线免受毫秒级电网波动的影响,减少数据通信中的高误码率。
图1 飞轮UPS的旋转部分
UPS在市电出现波动时,由于飞轮的惯性能补偿短时间的电压突变,保证了输出电压的稳定。在市电中断时,由于飞轮的惯性将动能转变为电能,满载时可维持额定电压12s,在此期间发电机自动起动带载,恢复对重要负载的正常供电。其不间断供电工作过程如图2所示。
图2 飞轮储能UPS的不间断供电工作过程
3 飞轮UPS的工作原理及运行模式
飞轮UPS内部的拓扑结构是目前市场上并不常见的在线互动式,具体结构如图3所示。在正常情况下,电源经过输入接触器在滤波电感的作用下滤除有害的高次谐波,然后直接通过输出接触器直接输出给负载,在此过程中对电压进行调节,保证满足负载要求。
图3 飞轮UPS工作原理和拓扑结构
Active Power UPS采用飞轮动态储能技术,能大大改善电能质量,完全零切换,电能回充时间短,特别适合防止瞬时波动。可应对电源的各种异常,保障设备正常工作。
4 各种电力意外情况下UPS工作过程
4.1 电压骤降和瞬时中断
(1)电压一旦骤降或中断,DSP能在瞬间测出。
(2)输入电压在220(l±l0%)之内时,不耗用飞轮能量。
4.2 谐波
(1)基于DSP技术测出负载的谐波电流,通过IGBT逆变器和滤波电感构成的电力有源滤波系统实时地向系统注入反向等量的补偿电流,以达到消除谐波和进行无功补偿的目的。
(2)负载谐波不会在输入侧出现。
(3)输入侧无需脉冲整流滤波器,便于和同容量的柴油发电机组整合使用。
4.3 功率因数及电压波动
(1)通过无功电流在输入侧以及在电感和逆变器之间的流动,将输出电压波动幅度控制在±2%之内,并使输入侧功率因数达0.99。
(2)在额定输入电压时没有有功电流的交换。
(3)负载的超前和滞后电流由市电逆变器提供(无功电流的大小取决于输入和输出的电压差)。
(4)负载的有功功率由市电输入提供。
4.4 浪涌、尖峰及其它毛刺干扰
(1)使用高能瞬态电压浪涌抑制器(TVSs)和大容量在线电感进行过滤。
(2)瞬态能量通过逆变器被直流电容吸收,从容应对6000V以上的瞬间高压。