伴隨生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化程度的提高，企業(yè)對(duì)于電源質(zhì)量的要求趨于嚴(yán)格。然而，由于工廠內(nèi)溫度過高或過低，灰塵過大等問題，既能滿足客戶要求又能適應(yīng)環(huán)境的產(chǎn)品少之又少。

因?yàn)殡娫促|(zhì)量引發(fā)的問題，在工業(yè)領(lǐng)域極為常見。尤其對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)，可以說電源質(zhì)量是生產(chǎn)的關(guān)鍵。瞬斷、諧波等問題會(huì)使整批材料辦成廢料，代價(jià)高昂。對(duì)這些企業(yè)來說，生產(chǎn)用電質(zhì)量越來越接近信息領(lǐng)域水平?？紤]到用于工業(yè)行業(yè)中的負(fù)載具有關(guān)鍵性和多樣性的特點(diǎn)，ActivePower公司的集成飛輪CleanSourceUPS，為這些負(fù)載提供電力支持的同時(shí)，能夠保證在各種復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)行且性能強(qiáng)健。

工業(yè)電源質(zhì)量和可靠性問題

美國電力研究所(EPRI)有關(guān)美國再發(fā)性電力問題的研究表明，有超過90%的生產(chǎn)設(shè)備受到過市電電壓超過20%驟降情況的影響。研究中也統(tǒng)計(jì)了電壓驟降幅度超過10%的發(fā)生次數(shù)，大約每年會(huì)發(fā)生30次。發(fā)生在電網(wǎng)的任何地方的自然現(xiàn)象和隨機(jī)事件都會(huì)引起電力干擾，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致用電點(diǎn)輸入端發(fā)生電力干擾。在那些對(duì)電源有高可靠性要求的設(shè)備，其平穩(wěn)運(yùn)行需要電力設(shè)施支持。如今的公共市電電網(wǎng)提供不了這種高可靠性的電源，而且，在將來，隨著例如對(duì)電力管制放松等因素的影響，市電的可靠性肯定會(huì)下降，人們已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到市電電源的可靠性問題。

集成飛輪UPS

集成飛輪UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)一直都很明確，即為惡劣的工廠環(huán)境而設(shè)計(jì)的不間斷電源，可提供從瞬變過壓、電壓驟降到整個(gè)電源中斷(沒有時(shí)間限制)情況下的全部電力保護(hù)。

電壓瞬變

因?yàn)镃leanSourceUPS是提供全面電源保護(hù)最優(yōu)解決方案的典范，所以CleanSourceUPS選擇了精準(zhǔn)的線性交換式轉(zhuǎn)換器。在這套系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換器可以持續(xù)運(yùn)行，不斷地監(jiān)測輸入電源質(zhì)量。下面兩種方法可減緩發(fā)生的任何過壓瞬變現(xiàn)象。

電壓下降

EPRI關(guān)于電力干擾的報(bào)告指出，大部分電力系統(tǒng)的問題是電壓比正常值下降10%到30%.在整個(gè)電力干擾期間，其持續(xù)時(shí)間從3個(gè)周波到30個(gè)周波不等。這些種類的干擾可引起調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制程序暫時(shí)被切斷或永久離線運(yùn)行。只要有電壓下降情況發(fā)生，集成飛輪UPS系統(tǒng)便能感知，然后立即開始從集成飛輪處釋放能量補(bǔ)償能量損失。如果檢測到30個(gè)周波的電力干擾這種最糟糕的情況，即電壓下降30%，系統(tǒng)隨即會(huì)執(zhí)行可控制的干預(yù)行為使其恢復(fù)到正常運(yùn)行模式，這種情況下飛輪釋放的能量不會(huì)超過總儲(chǔ)存能量的10%.回填電壓下降30%情況下?lián)p失的能量的速度是相當(dāng)快的，20秒內(nèi)飛輪可以再次應(yīng)付電力完全中斷情況。有別于傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)，飛輪系統(tǒng)在能量釋放次數(shù)上沒有嚴(yán)格限制，也不會(huì)發(fā)生基于放電次數(shù)的機(jī)械部件磨損。飛輪也有比鉛酸蓄電池更廣泛的運(yùn)行溫度(0-40℃)。蓄電池需要在空調(diào)條件下運(yùn)行，只有這樣才能達(dá)到其預(yù)期使用壽命和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，飛輪不需要嚴(yán)格的空調(diào)環(huán)境，可以被安裝在工廠廠房地面。

電壓浪涌

轉(zhuǎn)換器有檢測輸出電壓值域功能，通過軟件設(shè)置，可容易地適應(yīng)用戶特殊需求。UPS輸出端的可接受電壓值域(由用戶選擇)將確定系統(tǒng)何時(shí)從飛輪處獲取能量或何時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。電壓下降時(shí)為了能夠快速采取行動(dòng)會(huì)有快速反應(yīng)值域;電壓時(shí)高時(shí)低時(shí)會(huì)實(shí)施交替動(dòng)作，這時(shí)的反應(yīng)值域速度相對(duì)較慢。對(duì)于暫時(shí)超出程序設(shè)定的可接受范圍的電源，在短暫時(shí)間里，飛輪能夠"無縫"提供電能。在長時(shí)間斷電情況下，由發(fā)電機(jī)提供電能。對(duì)于從副周波到持續(xù)周波之間發(fā)生的任何干擾，負(fù)載電壓將一直保持在選定電壓值域內(nèi)。

電力損失

飛輪可提供從一個(gè)周波到14.5秒鐘(100%負(fù)載)的短時(shí)間電力供給或更長時(shí)間的電力供給。當(dāng)電力完全中斷時(shí)間超過飛輪儲(chǔ)能時(shí)間，柴油發(fā)電機(jī)將作為首選電源被啟動(dòng)。為了達(dá)到發(fā)電機(jī)的高可靠性，飛輪UPS系統(tǒng)增加了專門的冗余啟動(dòng)電源功能，這個(gè)功能使用來自于飛輪的24V啟動(dòng)電能。因?yàn)榭梢猿掷m(xù)監(jiān)測和控制飛輪系統(tǒng)，所以終端用戶可以獲取飛輪有效性的即時(shí)信息，即使在最糟糕的時(shí)候也不會(huì)遭到突然斷電的"襲擊".研究表明集成飛輪UPS同傳統(tǒng)鉛酸靜態(tài)雙轉(zhuǎn)換蓄電池系統(tǒng)相比幾乎有同樣的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)，但是卻省去了維修問題、磨損問題和蓄電池故障問題，所帶來的麻煩。對(duì)比傳統(tǒng)蓄電池系統(tǒng)，它新穎之處是：電力保護(hù)時(shí)間不僅限于15分鐘，而是取決于柴油燃料的供給。這個(gè)系統(tǒng)可為某些經(jīng)常發(fā)生的自然災(zāi)害情況提供長時(shí)間的電力保護(hù)。

頻率限制因素及有效性

雙轉(zhuǎn)換UPS的有效率為92-94%，為了給用戶提供高于雙轉(zhuǎn)換UPS有效率的系統(tǒng)，集成飛輪UPS系統(tǒng)(有效率為98%)采用了線性交互式UPS技術(shù)，有效率高可以大大降低壽命周期的費(fèi)用。系統(tǒng)的輸入端到輸出端沒有頻率隔離裝置。為保持電網(wǎng)處于連接狀態(tài)，市電必須保持極度穩(wěn)定的頻率，所以在市電正常時(shí)，沒有頻率隔離裝置不會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行。如果市電系統(tǒng)對(duì)小幅頻率偏移(>0.1)不加處理，則可以引起整個(gè)電網(wǎng)癱瘓。更大幅度的頻率偏移通常是由自由運(yùn)行的發(fā)電機(jī)或小廢熱發(fā)電工廠所導(dǎo)致的。盡管發(fā)電機(jī)和發(fā)電廠基本頻率具有良好的穩(wěn)定性，但是大的循環(huán)負(fù)載可引起頻率擺動(dòng)，特別是在發(fā)電機(jī)大小不適宜的情況下更加明顯。集成飛輪UPS通過兩種方法對(duì)此進(jìn)行了處理：

第一，使集成飛輪UPS的靜態(tài)轉(zhuǎn)換器和發(fā)電機(jī)大小相互兼容。

第二，UPS將對(duì)任何瞬變或浪涌電流負(fù)載的改變進(jìn)行檢測，通過使用飛輪能量可以防止瞬變對(duì)負(fù)載頻率的影響。

輸出電壓總諧波失真(THD)

經(jīng)驗(yàn)表明，工業(yè)環(huán)境中分支斷路操作多于商業(yè)或IT環(huán)境，這是導(dǎo)致工人錯(cuò)誤操作幾率和動(dòng)態(tài)機(jī)器故障幾率的主要原因。為使整個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)最高有效率，不降低其他關(guān)鍵負(fù)載點(diǎn)的輸出電源質(zhì)量，UPS系統(tǒng)必須具有能夠提供電路斷路器或保險(xiǎn)絲故障清除能量的功能。比起雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)，集成飛輪UPS在成功清除分支斷路器方面更加可靠。雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常會(huì)檢測到基于故障的過載情況，并立即轉(zhuǎn)移到旁路以提供清除故障的最大電流。集成飛輪UPS系統(tǒng)已經(jīng)同市電電網(wǎng)連接，所以不需要通過靜態(tài)開關(guān)切換負(fù)載。因此在評(píng)估雙轉(zhuǎn)換UPS故障清除功能時(shí)必須考慮到靜態(tài)開關(guān)的故障率因素。

輸入電流失真

在正常運(yùn)行模式中，UPS輸出電壓失真表明源頭電壓出現(xiàn)異常。因?yàn)樯a(chǎn)工廠通常會(huì)有增長需求的剛性、低阻抗配電連接，所以，通常正弦波失真的特點(diǎn)是出現(xiàn)電壓下降及電壓浪涌等瞬變事件。在最糟糕狀況持續(xù)的情況下，未修正的低功率因數(shù)電機(jī)控制器的非線性負(fù)載通常會(huì)引起5%到8%的電壓失真。線性交換式UPS的隔離電感器將會(huì)在上述失真水平上增加小幅的失真度，但是在大部分應(yīng)用中，失真水平應(yīng)該保持在10%以下。

集成飛輪UPS系統(tǒng)的線性交互式轉(zhuǎn)換器不同于可控整流器，這個(gè)轉(zhuǎn)換器通常要穿過負(fù)載失真電流到達(dá)源頭。然而，工業(yè)行業(yè)中會(huì)迅速地朝功率因數(shù)校正負(fù)載趨勢發(fā)展，所以同標(biāo)準(zhǔn)的雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)相比，集成飛輪UPS系統(tǒng)中回流到市電電網(wǎng)較少的失真電流。

使用壽命期間的費(fèi)用

集成飛輪UPS系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是其高效性。大多數(shù)雙轉(zhuǎn)換UPS的有效率為92%-94%之間，然而，集成飛輪系統(tǒng)的有效率為98%(其中還包括保持飛輪全速充電所需的電能)。舉個(gè)簡單的例子就可說明UPS運(yùn)行費(fèi)用問題，如一個(gè)為2000千瓦負(fù)載提供電源保護(hù)的UPS，每度電的費(fèi)用是0.10美元，6個(gè)點(diǎn)有效率的差別每年將會(huì)節(jié)省105，120美元。這個(gè)數(shù)字還不包括UPS系統(tǒng)中減少的的制冷費(fèi)用，雙轉(zhuǎn)換蓄電池UPS系統(tǒng)的制冷損耗占UPS損耗的25%.如果再考慮傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)中更換鉛酸蓄電池的成本(10年間他們需更換1-2次蓄電池)，對(duì)于工業(yè)行業(yè)的整個(gè)周期費(fèi)用節(jié)省來說，使用集成飛輪UPS系統(tǒng)是明智之選。

有益于環(huán)境的技術(shù)

集成飛輪UPS系統(tǒng)更令人稱道的一面是它減少了碳排放量，對(duì)環(huán)境有益。直流儲(chǔ)能是由鐵質(zhì)旋轉(zhuǎn)體發(fā)展而來的，并不是像化學(xué)蓄電池那樣使用鉛酸。就蓄電池更換而言，回收的鉛消耗掉了大量的能量，這個(gè)能量比單個(gè)蓄電池在它的使用壽命內(nèi)輸出的能量高出六到十倍。

6個(gè)點(diǎn)的效率差別會(huì)使集成飛輪UPS系統(tǒng)僅消耗蓄電池雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)所消耗電能的25%，這就等同于說2000千瓦的負(fù)載每年可減少160萬鎊的CO2排放。這些電能等于691個(gè)美國家庭平均每年的電力消耗量。工業(yè)行業(yè)的計(jì)算機(jī)化使批處理的生產(chǎn)理念轉(zhuǎn)向關(guān)鍵任務(wù)的生產(chǎn)理念。不管是造紙廠還是灌裝廠，在關(guān)鍵任務(wù)的環(huán)境中，即使小電力故障都會(huì)對(duì)工業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。

在工業(yè)工廠這樣的惡劣運(yùn)行環(huán)境中，集成飛輪UPS系統(tǒng)顯示出了其重要益處。實(shí)際上，這套系統(tǒng)可以被安置在任何地方，可以更貼近它所保護(hù)的設(shè)備，所以這套系統(tǒng)具有強(qiáng)大吸引力。因?yàn)椴恍枰褂没瘜W(xué)蓄電池，所以這套系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格限制。其98%的高有效率，可以產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)效益。隨著時(shí)間的推移，它不僅可以為投資本身獲得效益，而且，同雙轉(zhuǎn)換蓄電池UPS系統(tǒng)相比，它還可減少75%的CO2排放量，對(duì)環(huán)境有益。