《UPS谐波》.doc

摘要：本文简单介绍了UPS的基本结构，着重分析了UPS在使用中给电网及环境造成的污染及其原因，最后给出了几种当前较为先进的消除此类污染的环保技术措施。 关键词：UPS 污染 环保 电流谐波 功率因数 超导储能 飞轮储能 ? 　　1.引言　　UPS(Uninterruptible Power Supply)意为不间断电源系统，它能够为负载提供连续稳定的电能。随着计算机、精密电子仪器等用电设备的普及以及电信、医院、银行、体育场馆、机场等重要场所对供电质量要求越来越高， UPS得到了广泛的应用，已经逐步发展成为高可靠、高性能、高度自动化的局部供电中心。但是随着UPS的大量使用，UPS对电网及环境造成的污染也渐渐显现出来。在环保意识日益强烈的今天，人们不断研究开发新的环保技术替代原有技术，使UPS逐步成为真正的绿色电源。 2. UPS的基本原理 一般来讲，UPS由五大部分组成：整流电路、储能机构、逆变电路、旁路开关电路及测控电路。如图2.1所示：  图2.1 UPS结构框图 　　整流电路：将交流电变换为直流电，完成对储能机构充电，同时通过逆变器向负载供电　　储能机构：储能机构是UPS的核心部分，当市电正常时，储能机构从电网吸收能量储存起来；当市电中断时，储能机构将电能释放出来，供逆变器使用。　　逆变电路：将整流电路所得的直流电压或者储能机构的电压变换成交流电压。　　旁路开关：是市电旁路供电和逆变器供电的电气转换器件。　　测控电路：是 UPS的大脑，监测输入电压、电流的水平和控制输出的电压和电流精度；设置和控制整流器、逆变器；控制储能机构的充放电；控制主回路与旁路之间的转换。 3. UPS带来的污染 3.1. 对电网的污染　　一般UPS 的整流电路常采用晶闸管相控整流电路，常用的整流电路有三相全桥六脉冲整流电路、六相全桥十二脉冲整流电路等。相控整流电路结构简单控制技术成熟，但由于交流输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流，会对电网产生较大的污染。 3.1.1谐波含量高　　相控整流电路利用整流元件的导通、截止作用短接和断流，以达到改变输出电压的目的，这样就会产生谐波电流，当整流电路滤波电抗足够大，不计换相重叠角且控制角为零时，谐波次数和谐波电流（理论最大值）为式中 k-------整数1，2，3，………。p-------整流电路的相数或每周脉冲数In---n次谐波电流I1------基波电流常用整流器负荷电流的谐波次数、谐波电流、含量（理论最大值）、谐波畸变率见下表： 　　此外在UPS中，一般由交流市电输入整流，整流后大都采用大容量的电容器进行滤波以使输出电压平滑（在 UPS中还并联有蓄电池），只有电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，这就在电容充电期间形成了宽度很窄的脉冲电流，这种电流不仅严重滞后于电源电压，而且谐波分量很大。 3.1.2输入功率因数低　　中大型UPS一般都是双逆变在线式结构，输入整流器采用三相全桥六脉冲可控整流电路，其输入功率因数是由换相重叠角γ和控制角α来就决定的。换相重叠角γ是指三相整流电路中两相电压共同导通的时间；控制角α表示触发延时时间，即从正弦波过零开始到晶闸管触发导通之间这段晶闸管不导通的时间。相控整流电器的功率因数为如果换相重叠角γ很小,可以忽略不计时,则相控整流器的功率因数表达式为　　说明整流器的功率因数主要与控制角的余弦有关，控制角愈小，功率因数愈大；反之则功率因数愈小。　　实际上，在整流电路中，除了存在整流电压与整流电流之间相位差之外。还存在着由于高次谐波电流引起的电流波形畸变问题，可以用电流畸变系数μ进行计算。电流畸变系数μ如上式所示。考虑到高次谐波畸变因数后，整流器的功率因数PF可以表示为 高频开关整流电源由于是峰值整流形式，其输入电流为很窄的大电流脉冲波，谐波分量很大，电流畸变系数μ很低，故其功率因数PF也很低。 3.1.3高谐波含量、低功率因数的危害 大量谐波电流涌入电网后，会使线路的附加损耗增加，引起线路过热加速绝缘介质的老化，导致绝缘破损。另外谐波电流通过电网时会产生有功损耗，对电网的经济运行很不利。另外，电网中设置的并联电容器的容抗会随着谐波次数的增加而减小，因而会使电容器过电流发热导致绝缘击穿的故障增多。　　电力系统存在分布电容和功率因数补偿电容器，谐波电流有可能激发局部串联谐振或并联谐振，直接破坏整个系统的安全运行。 当选用柴油发电机组与UPS匹配使用时，UPS向柴油发电机组反射的大量高次谐波，特别是5次和11次谐波会对柴油发电机组产生严重的危害，使柴油发电机组的效率大大降低。　　大量的谐波会使用电设备运转不正常或者不能正常操作；谐波同时会干扰通信系统、降低信号的传输质量、破坏信号的正常传递，甚至损坏通信