一、工頻機(jī)UPS被高頻機(jī)UPS替代是歷史趨勢

UPS原來分旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式和靜止變換式，靜止變換式工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)60年代后期，比旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式晚一些，毫無疑問在當(dāng)時(shí)屬尖端技術(shù)，幾十年間也為IT技術(shù)領(lǐng)域作出了不朽的貢獻(xiàn)，有口皆碑。然而任何技術(shù)的先進(jìn)性是針對某一個(gè)時(shí)期的，是相對而言的，即任何先進(jìn)的產(chǎn)品也有其一定的適用期。隨著IT技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，工頻機(jī)UPS逐漸暴露出它的許多缺點(diǎn)，比如體積大、重量大、功耗大、破壞電網(wǎng)和輸入功率因數(shù)低下等不利因素，這不但大大影響了數(shù)據(jù)中心的PUE（能耗比）和可靠性，而且對節(jié)能減排的社會(huì)效益也是背道而馳的。

在歷史發(fā)展中總是遵循這樣一個(gè)規(guī)律：每當(dāng)一種技術(shù)阻礙生產(chǎn)力發(fā)展時(shí)，就會(huì)有一種新的技術(shù)產(chǎn)生出來將其代替。毫不例外，新一代產(chǎn)品高頻機(jī)UPS技術(shù)問世了。為了區(qū)別以前的UPS，就起了一個(gè)高頻機(jī)UPS的名字。原來那種輸入輸出都工作在50Hz并且有輸出變壓器的老電路結(jié)構(gòu)就稱作工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS；而這種輸入輸出電路都工作在20kHz以上且沒有輸出變壓器的電路就稱之為高頻機(jī)或高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS。

高頻UPS除了具備工頻機(jī)UPS那些技術(shù)指標(biāo)外，另外還有著更高的性能和指標(biāo)，有些是工頻機(jī)UPS所望塵莫及的。

1、輸入功率因數(shù)高

工頻機(jī)UPS一般在400kVA以下的輸入電路都采用標(biāo)配了可控硅6脈沖整流，輸入功率因數(shù)不超過0.8，諧波電流有30%之大。如果前面接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的容量至少要3倍于UPS功率；如果是單相小功率UPS，發(fā)電機(jī)的容量至少要5倍于UPS功率。三相UPS為了提高輸入功率因數(shù)，就前面加無源或有源諧波濾波器，或做成12脈沖整流、24脈沖整流整流等，即在一個(gè)周期中有12個(gè)或24個(gè)整流電流脈沖。但同時(shí)也帶來了體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價(jià)格昂貴的問題。

而用IGBT整流的高頻機(jī)UPS，在一個(gè)周期中有成百上千個(gè)整流電流脈沖，所以任何容量的高頻機(jī)UPS在前面不加任何濾波器的情況下，它的輸入功率因數(shù)都可做到0.99甚至以上，諧波電流小于5%，前置發(fā)電機(jī)的容量理論上和UPS功率相同，大大縮減了投資和占地面積，也符合了節(jié)能減排的國策等。尤其是對市電的充分利用具有良好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。

2、本身功耗小

在同樣指標(biāo)下，比如要求輸入功率因數(shù)為0.95以上時(shí)，工頻機(jī)UPS就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說前面要增加一個(gè)設(shè)備，再加上輸出變壓器，就比高頻機(jī)UPS多了兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)，如圖1所示。由于此二者的影響，使得工頻機(jī)UPS的效率比高頻機(jī)UPS至少低5%。在同樣是100kW的容量時(shí)工頻機(jī)UPS每年要比高頻機(jī)UPS多消耗5萬度電！

圖1高輸入功率因數(shù)下的工頻機(jī)UPS和高頻機(jī)UPS結(jié)構(gòu)方框圖

3、對外干擾小

干擾有兩種，一種是聽得到的機(jī)械噪聲，一種是聽不到的電噪聲，這兩種噪聲工頻機(jī)UPS都有，形成了對設(shè)備和對人的傷害。電噪聲影響機(jī)器的穩(wěn)定度，機(jī)械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。而高頻機(jī)UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵聽不到的頻率，使工作環(huán)境安靜下來。又由于而高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)高達(dá)0.99以上，幾乎是線性的，所以對外干擾幾乎可以忽略。

4、體積小、重量輕

工頻機(jī)UPS由于有了輸出變壓器和適應(yīng)50Hz的電感電容等低頻器件使得體積重量都很大。比如某品牌6脈沖蒸餾輸入的300kVA工頻機(jī)UPS重1600kg，輸入功率因數(shù)僅0.8（實(shí)際測量大多數(shù)低于此值）為了將輸入功率因數(shù)提高到0.9以上，就升級到12脈沖整流加11次諧波濾波器，增加了600kg，變成了2200kg！而同是這個(gè)容量的300kVA高頻機(jī)UPS重量只有830kg，并且輸入功率因數(shù)比它還高。

5.全數(shù)字技術(shù)

工頻機(jī)UPS開始是模擬技術(shù)，現(xiàn)在一般為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機(jī)UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù)，不言而喻，可靠性是很高的。

（a）工頻機(jī)UPS的并聯(lián)方框圖

（b）高頻機(jī)UPS的并聯(lián)方框圖

圖2兩種UPS并聯(lián)方框圖

6.對電網(wǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)

工頻機(jī)UPS對于適應(yīng)輸入電壓±15%的變化已很不容易；而高頻機(jī)UPS甚至適應(yīng)輸入電壓±30%以上的變化，這又大大延長了電池的壽命。

7.能將并機(jī)環(huán)流衰減到幾乎為零

工頻機(jī)UPS的并聯(lián)就是變壓器的直接并聯(lián)，而變壓器的直接并聯(lián)由于其內(nèi)阻很小，再加之輸出電壓的不同，最容易產(chǎn)生環(huán)流，而且這個(gè)環(huán)流的路徑暢通無阻，如圖2（a）所示；高頻機(jī)UPS由于沒有輸出變壓器，它們的并聯(lián)如圖2（b）所示，可以看出這里的環(huán)流路徑上處處是障礙，小于2V的電壓差根本形不成環(huán)流，而工頻機(jī)UPS在此情況下就會(huì)形成很大的環(huán)流。

總之，高頻機(jī)UPS在性能上不但能完全替代工頻機(jī)UPS，而且還多出原來后者沒有的特點(diǎn)。

二、高頻機(jī)UPS與工頻機(jī)UPS的現(xiàn)狀

因?yàn)楦哳l機(jī)UPS對技術(shù)與工藝以及生產(chǎn)手段的要求非常嚴(yán)格，一般也不容易防制，20kHz以上的高頻機(jī)UPS容量目前都小于100kVA，只有少數(shù)幾個(gè)制造廠的技術(shù)真正過關(guān)，并且已顯示出強(qiáng)大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20kHz，但可以采用高頻機(jī)結(jié)構(gòu)，比如用IGBT高頻整流（相對于50Hz而言），頻率一般在15kHz以下，多數(shù)廠家已可做到200kVA，但也有佼佼者，比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA，GE、TMEC（三菱和東芝）、富士也已可以做到500kVA，伊頓9395更是突破了大容量的技術(shù)禁區(qū)，一舉將單機(jī)功率容量做到了1100kVA，并已成為美國的軍方指定產(chǎn)品。這說明高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)已經(jīng)成熟，接下來是普及問題。在我國軍方和金融等重要部門也已紛紛采用，并收到了良好的效果。

當(dāng)然工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在這種情況下的日子會(huì)越來越艱難，好在是還有那么一批廠家的高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS沒有過關(guān)，還得主推工頻機(jī)UPS，對用戶來說，有些用戶對工頻機(jī)尚有偏愛，一時(shí)思想還轉(zhuǎn)不過彎來，盡管國家三令五申號召節(jié)能減排，但這些用戶總能找出一些繼續(xù)用工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS的理由。這是個(gè)認(rèn)識問題，但不要認(rèn)為工頻機(jī)UPS技術(shù)永遠(yuǎn)不落后。從科學(xué)發(fā)展觀來說，以后一段時(shí)間內(nèi)無疑是高頻機(jī)UPS的市場。不可否認(rèn)，高頻機(jī)UPS同樣也有退出歷史舞臺的一天，當(dāng)然那是后話。

三、所謂兩個(gè)發(fā)展方向

現(xiàn)在有一種說法：高頻機(jī)UPS和工頻機(jī)UPS是兩個(gè)發(fā)展方向。這就使人糊涂了：

·難道效率低的產(chǎn)品也是發(fā)展方向？難道節(jié)能減排還允許其反向產(chǎn)品發(fā)展？

·在有了更好的替代品以后，難道耗費(fèi)資源和笨重的產(chǎn)品也是發(fā)展方向？

總之，這種觀點(diǎn)不外乎說：高頻機(jī)UPS與工頻機(jī)UPS并存；節(jié)能減排與浪費(fèi)能量和資源并存；先進(jìn)與落后并存…所謂技術(shù)上的并存應(yīng)該是不可替代的，比如自行車雖然比汽車跑得慢，但它們在一定程度上是互相不可替代的；而這里的UPS技術(shù)卻是在一條軌道上跑的車，可以完全替代。這就像蒸機(jī)車被燃油機(jī)車替代，燃油機(jī)車又將被電氣機(jī)車替代一樣那么自然，水到渠成。