一般UPS的規(guī)劃初衷是維護要害IT類設(shè)備，在電路結(jié)構(gòu)上就首要依據(jù)IT類設(shè)備的特點進行規(guī)劃。比方現(xiàn)在IT設(shè)備的首要是運用開關(guān)電源，而且歐盟法規(guī)規(guī)定75W以上的設(shè)備都要具有功率因數(shù)校對。因而UPS首要面對的就是帶有功率因數(shù)校對的負(fù)載，在一般狀況下其特性是一個功率因數(shù)挨近于1的恒功率負(fù)載。在大功率電氣設(shè)備方面，還有一些舊的設(shè)備在運用，這些設(shè)備一般是依據(jù)6脈波整流或許12脈波整流技能，特點是一個恒功率的非線性整流負(fù)載。
不管是帶有PFC的開關(guān)電源，仍是脈波整流電源，其功率的實部都只能是正的，能量不會反灌回市電，因而在UPS的規(guī)劃中愈加重視的是在恒功率負(fù)載下的牢靠性，以及在帶有非線性的整流性負(fù)載時的諧波控制才能，以及電壓穩(wěn)態(tài)精度與動態(tài)康復(fù)速度，而不會特別要求具有能量回饋的才能。特別是在UPS帶有許多智能化的規(guī)劃之后，往往會把能量從負(fù)載回饋到UPS的直流母線作為一種毛病狀況來對待。因而在帶有電機類負(fù)載的時分，電機再生發(fā)電發(fā)作的能量很簡略觸發(fā)UPS的維護條件。
另一方面，UPS在電路架構(gòu)上常用的結(jié)構(gòu)是整流+電池升壓+逆變器的結(jié)構(gòu)，很大一部分UPS的整流和電池升壓部分都是運用Boost或許變形的電路，能量僅能從市電和電池活動到直流母線上，而不能反向活動。這樣即使軟件上答應(yīng)能量回饋，可是當(dāng)發(fā)作能量回饋時，因為能量都貯存在直流母線上，形成直流母線升高，最終依然會導(dǎo)致UPS跳脫維護。
電機負(fù)載的特性與IT設(shè)備常見的開關(guān)電源徹底不同，表現(xiàn)為具有發(fā)動/制動等許多作業(yè)狀況，而且隨著電機后邊所帶負(fù)載的不同會有十分大的差異，徹底不像IT類開關(guān)電源那樣只需帶載/卸載。因而詳細(xì)的處理方案也需求考慮電機后邊所帶負(fù)載的狀況別離進行處理。
電機在發(fā)動時有很高的瞬態(tài)沖擊，假如沒有額定的輔佐辦法，就需求UPS電源能夠在瞬時供給十分大的功率。針對IT設(shè)備規(guī)劃UPS一般僅僅是依據(jù)短時刻內(nèi)2倍功率規(guī)劃，而有的UPS則是僅有1.5倍。關(guān)于再大功率的負(fù)載，軟件限流算法或許硬件的限流線路就會發(fā)作效果，然后影響電機發(fā)動。不過好在UPS一般都規(guī)劃有Line Support功能，當(dāng)負(fù)載功率大時能夠經(jīng)過旁路供電來處理。可是在電池形式下，無法經(jīng)過旁路分擔(dān)功率，就存在電機發(fā)動進程異常的可能。為此關(guān)于瞬間供給電流的才能十分要害的場合，就需求挑選更大功率的UPS。
電機在制動時具有能量再生，此刻回饋的能量并不僅是電機自身貯存的能量，還可能包括了電機后邊銜接的負(fù)載所具有的慣性以及勢能所貯存的能量。以電梯為例，當(dāng)電梯上升時需求電機供給能量，而當(dāng)電梯下降時假如電梯的分量超越下降進程中的阻力，就會成為一個發(fā)電設(shè)備，帶動電機發(fā)電，這樣再生出來的電力就有可能反灌回UPS。
此外，在帶有電機的運用中還有別的一個要素需求加以考慮，就是變頻調(diào)速設(shè)備。不同的變頻調(diào)速設(shè)備關(guān)于UPS體系的影響也是不一樣的。
在輸入端是一個六脈波整流以及附加的直流或許溝通側(cè)濾波器，而在直流母線上銜接有制動電阻。當(dāng)電機發(fā)作能量回饋時，變頻器的直流母線會被充高。在直流母線到達預(yù)設(shè)的電壓點時，經(jīng)過注冊制動電阻控制來耗費掉回饋的能量。這種做法是現(xiàn)在工業(yè)界最遍及的辦法，其長處是簡略牢靠，而且關(guān)于UPS來說變頻器就是一個標(biāo)準(zhǔn)的非線性整流負(fù)載，與IT類負(fù)載十分挨近。當(dāng)然其缺點則是電機回饋的能量被轉(zhuǎn)換成熱量耗費掉，沒有從頭運用。
為了節(jié)約能源，部分高端變頻器選用了背靠背的結(jié)構(gòu)，而一般變頻器也能夠經(jīng)過增加能量回饋模塊來把電機回饋的能量回來輸入端。見下圖所示。
關(guān)于這類變頻器來說，電機再生的電能依然會回饋到UPS里邊，使得UPS面對與直接銜接電機相似的問題。
還有一類特別的變頻器運用了矩陣變換器的結(jié)構(gòu)，見下圖所示。因為其間沒有儲能元件，一切的能量都直接在輸入輸出端傳遞，關(guān)于UPS來說與直接銜接電機也沒有差異。
當(dāng)然，假如UPS直流母線具有足夠大的容量，電機回饋的能量導(dǎo)致的直流母線充高在能夠接受的范圍內(nèi)，那么因為給電機供給的均勻能量依然是正的，UPS就依然能夠定心運用。可是一般狀況下UPS都沒有那么大的直流母線電容，因而有必要考慮別的的辦法來處理電機負(fù)載能量回饋問題。出于簡略起見，這兒僅評論UPS單機下的處理方案，在并聯(lián)體系里邊的負(fù)功率維護問題牽涉到許多其他的并聯(lián)體系模塊規(guī)劃的問題，并不僅僅是電機再生能量的處理。
部分UPS在電路架構(gòu)上是運用徹底雙向的結(jié)構(gòu)，見下面圖中所示。其間PFC，逆變甚至電池DC/DC都能夠確保能量雙向活動。
從原理上來說，只需軟件上解除在PFC級和逆變器的復(fù)功率約束，這種UPS徹底能夠作業(yè)在雙向形式下：當(dāng)電機發(fā)作能量回饋時，在市電形式下，經(jīng)過PFC把能量反應(yīng)回市電;在電池形式下，經(jīng)過雙向DC/DC把能量反應(yīng)回電池。可是這兒邊有一些有必要考慮到的要素，比方：
電網(wǎng)是否答應(yīng)能量回饋?
能量回饋電網(wǎng)需求滿足那些標(biāo)準(zhǔn)?
電池答應(yīng)的充電功率有多大?
首要的問題是電網(wǎng)方面是否答應(yīng)再生能量回饋。不同地方的電網(wǎng)對此的要求可能會不一樣，關(guān)于一些功率特別大的負(fù)載，電網(wǎng)出于穩(wěn)定性考慮可能不希望能量回饋。假如輸入端運用的是一般的柴油發(fā)電機，那么是不能回饋能量的。
在答應(yīng)能量回饋電網(wǎng)的前提下，有必要考慮此刻面對的安全問題，這是太陽能發(fā)電體系現(xiàn)已面對過的。當(dāng)能量向電網(wǎng)回饋，而電網(wǎng)因為此刻斷電的話，就會呈現(xiàn)所謂的孤島效應(yīng)問題。而電網(wǎng)假如在回饋進程中呈現(xiàn)短時刻低電壓等異常狀況，UPS的能量回饋也應(yīng)當(dāng)正常作業(yè)一段時刻。為此適用于可再生能源發(fā)電的技能，比方孤島檢測，低電壓穿越等技能就業(yè)需求裝備在UPS上。
在電池形式下，常用的鉛酸蓄電池在充電和放電時所答應(yīng)的電流是不同的，充電時的最大電流要小得多。這就意味著假如負(fù)載回饋能量很大時，充電電流就也會很大，為此在電池形式下兼容電機負(fù)載就需求運用足夠多的蓄電池組來分?jǐn)偝潆婋娏鳌e的一方面，一般UPS的充電功率是依據(jù)常見電池組的容量來裝備的，假如要加大充電的功率，這部分電路也需求特別規(guī)劃。
關(guān)于其他電路架構(gòu)的UPS，比方下面一種常見的結(jié)構(gòu)，其電池升壓和PFC都是單向作業(yè)的，這就意味著電機再生能量是無法反灌到市電或許電池的，有必要別的想辦法。
在市電形式下，最簡略的辦法不外乎選用旁路處理。只需發(fā)現(xiàn)負(fù)載回饋的能量過大，就把UPS轉(zhuǎn)到旁路形式下，經(jīng)過旁路來吸收電機再生能量。不過這一辦法只需在旁路真正是市電，而且正常狀況下能夠運用，因而其運用是有一些局限性的。假如要求UPS不論在市電仍是電池形式下仍是運用發(fā)電機做輸入都能搭配電機負(fù)載作業(yè)，就有必要還要有其他的辦法。
別的一種不受市電和電池形式約束的簡略辦法就是像變頻器一樣加入制動電阻來耗費剩余的能量。這一規(guī)劃在變頻器上現(xiàn)已十分老練，能夠很方便的移植到UPS上運用。因為傳統(tǒng)上UPS并不具有專門為制動運用的IGBT，所以需求把制動電阻和制動IGBT單獨規(guī)劃為一個模塊，依據(jù)需求來作為可選的附件來運用。
能量回饋模塊也是變頻器上老練的技能，當(dāng)然也能夠用到這兒。可是能量回饋模塊的原理也是把電機回饋的能量轉(zhuǎn)成溝通回來給市電，為此在電池形式，或許在輸入是發(fā)電機的狀況下，能量回饋模塊也是不能運用的。
在UPS的充電器規(guī)劃中，一種常用的做法是從直流母線取電，經(jīng)過電路降壓后給電池充電。在這種辦法下，就給電機能量回饋的處理供給了一個變通的辦法：不管在市電形式仍是在電池形式下，都經(jīng)過充電器把剩余的能量轉(zhuǎn)給電池貯存。當(dāng)電池充到某一個程度時就轉(zhuǎn)到電池形式，把能量釋放到一個相對低的水平。這樣經(jīng)過略微下降一點電池后備時刻，能夠換來電機負(fù)載問題的處理。這個進程見下圖所示。
在市電形式下，能量是從市電Mains，經(jīng)過PFC，DC BUS，INV發(fā)作溝通電壓輸出供給給負(fù)載，一起充電器從DC BUS取電，給電池充電。在電池形式下，電池能量經(jīng)過DC/DC，DC BUS和INV供給給負(fù)載。
當(dāng)電機發(fā)作能量回饋時，能量流向就會發(fā)作改變。在市電形式下，假如BUS電壓因為回饋能量而充高時，就需求停止市電供電，而由充電器把能量轉(zhuǎn)移到電池端。
當(dāng)能量回饋完畢時，需求先查看電池是否現(xiàn)已充溢，假如現(xiàn)已充溢，則需求以電池形式把電力釋放掉一部分，認(rèn)為下一次電機能量回饋留出空間。
之后再從頭轉(zhuǎn)回市電形式作業(yè)。在市電形式下，充電器也要確保不把電池充溢，而是預(yù)留下貯存回饋能量的空間。
在電池形式下則比較簡略，只需BUS因為逆變器復(fù)功率而沖高，就封閉電池DC/DC，翻開充電器，直到電機能量回饋完畢，再轉(zhuǎn)回電池DC/DC作業(yè)。這種處理方案的好處是電機回饋的能量只會回來到電池，然后在后續(xù)合適的機遇再釋放出來，而不會回來到市電，然后避免了相似太陽能并網(wǎng)發(fā)電辦法帶來的問題。
很明顯，這個進程與混合動力轎車的原理是十分共同的。相同的，智能的電池能量的辦理在這兒也是很要害的。假如充電的閾值設(shè)得太高，電池有可能被充壞;假如放電的閾值設(shè)得太低，可能會影響斷電時的后備時刻。相同的，充電器的容量以及電池答應(yīng)的最大充電電流也是規(guī)劃時要考慮的重要要素。
定論：
在UPS運用中，當(dāng)負(fù)載是會發(fā)作再生能量的電機時，一般UPS體系比較簡略因為電機制動能量回饋到UPS的直流母線的問題而發(fā)作逆變器負(fù)功維護或許直流母線高壓維護。為了兼容這種類型負(fù)載，UPS體系需求附加額定的功能模塊來到達牢靠作業(yè)的意圖。
最為牢靠和簡略的辦法是為UPS裝備可選的制動模塊，其間包括電阻和開關(guān)管。當(dāng)電機制動時，從電機回饋的能量能夠運用制動模塊加以耗費。
為了進一步提高能源運用功率，能夠經(jīng)過恰當(dāng)調(diào)整蓄電池容量和充電器功率，挑選電池儲能辦法來收回制動再生的能量。經(jīng)過智能的電池能量辦理，保持電池組總有接受下一次能量回饋的空間，能夠讓UPS在電機負(fù)載條件下牢靠作業(yè)，而且愈加節(jié)能。
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