九开关变换器较以往的三相四线PFC整流器和三相四线逆变器相比,使用的开关管数量减小了,从而降低了系统的造价,如图6所示。另外,通过现代控制技术的应用,其性能有望能达到现有PFC整流器和逆变器的水平。
图6 九开关变换器
新型开关单元变换器具有提高输入输出等效开关频率,降低电感量需求,提高并联均流效果等优势,也将给UPS的整流器和逆变器拓扑带来机会,如图7所示。
图7 新型开关单元变换器
在通讯电源、DC/DC变换器等领域,软开关技术已经得到了广泛的应用。在中大功率UPS上这一技术的应用可以降低功率器件的损耗,提高可靠性,提高系统效率,提高EMC/EMI性能。
图8给出了一种可以应用在中大功率UPS中的软开关拓扑,ARCP(Auxiliary Resonant Commutated Pole)结构。
图8 ARCP软开关变换器
3 新系统解决方案的应用
随着水冷、液冷等技术在其他电力电子产品中的应用普及,中大功率UPS也即将进入此项技术的应用领域。
从图9可以看出,左侧的传统风冷功率模块占地面积大、体积大、金属用量多、功率密度低,而右侧的液冷模块就可以解决上述这些缺点。在当今的高端机房中,功率密度的要求已经越来越高,对于单机的容量需求越来越大,给UPS提供的安装空间却越来越小。因此,研制出体积小、单机容量大的产品势在必行。
图9 新型液冷功率模块
PFC整流器技术在中大功率UPS中也得到了广泛的应用,200kVA以下的UPS很多厂商都已经推出了PFC整流的产品。相对应于传统的6脉冲或者12脉冲整流器,PFC整流带来的技术优势是显而易见的,提高了输入功率因数,降低了UPS输入侧的电流谐波,使UPS实现了绿色化的理念。在不久的将来,PFC整流将有机会往更大功率等级上发展。
大功率PFC整流器结构,如图10所示,一些国外厂家已经开始尝试将其功率做到600kVA以上。大功率PFC整流对于提高大型UPS系统性能、降低造价、提高可靠性等方面都具有非常大的积极意义。
图10 大功率PFC整流器结构
4 其他行业技术的嵌入应用
现代的中大型UPS供电系统已经融合应用了其他行业的大量技术。移动通信以及互联网技术的嵌入式应用,使得用户可以实时地对分布于全球的UPS系统进行监控。先进的电池检测技术可以检测到每块电池的健康状况并给出预测报警。先进的故障检测与预警系统可以预测出UPS中各子系统的运行状况,给出分析报告,防患于未然,提高系统可靠性和可用性。
5 结束语
作为信息设备的守护神,UPS系统承载着巨大的责任。大量的应用需求驱动着其技术不断革新换代。可以预见,随着金融、通讯、IT等高端市场需求的不断增长,更多、更广泛的新技术将应用到中大功率UPS系统中去,UPS系统将朝着智能化、大型化、绿色化、节能化等方向不断发展。