高频UPS效率较高的原因及劣势

高频UPS效率较高的原因

高频UPS效率较高，是由多方面的原因造成的，有的可以定量说明，有的只能定性说明。在这些原因当中不管定量还是定性说明，节能控制法都应该是最主要的原因。如果没有把开关损耗减少50%的节能控制，即是高频UPS具有很多的提高效率的有利条件，也不能把UPS的效率提高到0.95。

高频UPS采用的是IGBTBoostSPWMPFC高频整流器，其输出直流电压

，在直流母线上并接的储能蓄电池是67节，而工频UPS的直流母线上并接的储能蓄电池是34节，电压为408V。这就说明高频UPS的直流母线电压比工频UPS高倍。大约可以使UPS得线路损耗减少0.55%。

前面已经说过，高频UPS中没有设置工频变压器，一般大功率工频变压器的效率为97%～99%，故可以减小大约2%的电能损耗。

一般高频UPS的效率受负载率的影响较小，如图10所示，大约当负载率≥30%时UPS的效率就可以达到0.94以上，比工频UPS要高一些。

为了提高UPS的效率，把蓄电池直接并联在直流母线上，节省了Buck/Boost变换器，减少了Buck/BoostDC/DC变换器的开关损耗。

高频UPS的市电输入功率因数高，市电输入电流的THDI小，减少了UPS输入侧设备如开关、电缆等所消耗的总电能。

此外，高频UPS是一种电能可以双向流动的UPS电路，因此输入侧的Boost储能电感上所消耗的无功电能，可以由市电或负载侧双向供给，故市电输入功率因数可以等于1，减少损耗。

图10高频UPS的效率与负载率的关系曲线

综合以上各种节能的因素，可以使高频UPS的效率比工频UPS大约可以提高（3～4）%。

节能控制能克服高频UPS零地电压的缺点

高频UPS有两个大的缺点

1、开关损耗大

2、零地电流大

节能控制除了可以克服高频整流器开关损耗大的缺点外，还可以克服零地电压大的缺点。

所谓零地电压，就是在零线中流过的工作电流（包括三相不对称电流和零序谐波）在零线阻抗上产生的电压降造成的。高频UPS在按照常规的SPWM控制时，是按照图2工作波形上部upa、upb、upc所示波形进行控制的，由于波形中含有零序谐波，故upa+upb+upc≠0，而是等于如图2中upa+upb+upc所示的数值较大的零序谐波电压，因此高频整流器必须采用三线四线制输入，而且在零线中必然会流过数值较大的零序谐波电流，此电流就会在零线上产生出数值较大的零序谐波电压，使零地线之间出现数值较大的“零地电压”，这是老式高频UPS的一个缺点。当采用图2下部所示的线电压（upab、upbc、upca）进行节能控制时，因为波形是三相对称的，不在含有零序谐波，因此可以不用零线，故高频UPS中高频整流器会增大零地电压的缺点也就被克服掉了。

提高工频整流器性能Udc-PWM控制

当前工频UPS与高频UPS相比具有如下的缺点：

1、市电输入功率因数较低，只能达到0.85

2、电能变换效率低，只能达到92%

3、对市电电压波动的适应能力差，只能达到±15%

4、负载率对UPS效率的影响较大

通过以上2～7节的分析已经找到了，工频UPS缺点的根源是采用了半控器件SCR的相控整流控制方式，也找到了高频UPS优点的根源是采用了全控器件的SPWM控制。面前已经说过，控制方式是决定UPS性能的关键。因此为了提高高频UPS的性能，克服上述缺点，可以仿照高频UPS对其进行改造，方法是把开关管SCR改换成GTO，把相控改成Udc-PWM控制，这样就可以消除位移因数及非线性的影响，并使其具有了PFC功能，因此就可以把工频整流器的性能提高到高频整流器的性能，把工频UPS的性能提高到高频UPS的水平。而且还具有比高频整流器的开关损耗小

倍的低耗能特性。因此用不着再采用节能式SPWM控制方式，只需用一般的Udc-PWM控制即可，简化了控制电路。

下面以12脉波工频整流器为例进行介绍，其主电路如图11所示。其中图（a）为主电路图，图中电流ia1的波形如图（b）所示，电流ia2的波形如图（d）所示，市电输入电流ia=ia1+ia2的波形如图（e）所示，是一种等阶