王鸿藻,石油勘探开发科学研究院高级工程师。长期从事电气自动化专业的工作以及电机生产与科研工作。从事UPS技术工作20余年,曾发表多篇有关文章。现为本刊编委。
王老师,您作为UPS行业专家,请您谈谈传统UPS面临的问题以及磁悬浮飞轮UPS的主要工作原理。
王鸿藻:UPS的应用已经有几十年的历史了,UPS的技术发展变化也是很大的。但是无论UPS怎样变化,一般都离不开蓄电池。因而人们认为没有蓄电池的UPS就不能称之为UPS。其实这种看法是片面的。
当前在UPS供电系统中大量使用蓄电池,也带来一些问题:蓄电池在制造和再生恢复的生产过程中,造成对环境的污染。蓄电池是UPS供电系统中最薄弱的环节,其故障率是最高的,70%以上UPS系统的故障是由蓄电池造成的。轻则不能放电,重则蓄电池着火,都会造成重大损失。蓄电池系统运行成本高,主要有两点:一是蓄电池寿命短,更换周期短;二是蓄电池对环境温度要求较苛刻,导致空调耗电费用高。另外蓄电池组的摆放需要占用较大的空间。
飞轮UPS就是要摆脱使用蓄电池的问题,是一种应运而生的新型UPS。它是用飞轮储能,在无市电时,将飞轮储存的能量释放出来,转换为电能,给逆变器供电,使得逆变器能够继续供电一段时间,这就代替了蓄电池。
飞轮式UPS的核心部件是飞轮装置,飞轮可以理解为是一个电动机/发电机装置。在有市电时,它是由逆变器给电磁线圈供电，使之成为一个电动机，悬浮的飞轮在真空中高速旋转，达到7700转/分。在没有市电时,它是由高速旋转的飞轮释放能量，成为一个发电机给逆变器供电。因而整个UPS继续运行向负载供电达到不间断电源的要求。
目前人们对于飞轮式UPS还有一些疑虑,飞轮给逆变器送电,逆变器继续供电,能够维持多长时间呢?按负载满载计算,可以供给15s。这短短的15s够用吗?这就决定于供电电源系统。一般UPS供电系统的电源至少有两路,备用一路可能是另外一路电源,也可能是柴油发电机组。如果是另外一路电源,用ATS自动转换,转换时间也就1s左右,飞轮的备用时间足够。若备用一路是柴油发电机组,从柴油发电机起动到逆变器跟踪同步锁相投入,也不超过12s,所以15s的备用时间也足够了。可以不必有太多顾虑。
磁悬浮式飞轮储能UPS的性能也是比较先进的。其输出电压稳定度、过载能力、输入电流谐波含量、输入功率因数等指标也是先进的,另外,其效率和占地面积等指标也是很好的,可以称之为绿色电源。
磁悬浮式飞轮储能UPS可以并联运行,特别适合于大容量的系统运行。在大型IT系统、工业自动控制系统、制造业等都有很多应用案例。在这些领域将有广阔的发展前途。据悉,目前,谷歌、微软、雅虎等国际知名公司均已采用磁悬浮式飞轮储能UPS系统。它融合了最新的磁悬浮技术、电力电子技术、新材料技术、真空技术,进一步减小了运行能量损耗。作为一种新型的电能储存方式,它与传统蓄电池相比所具有的优势和市场潜力,引起人们的高度关注。
在当今的UPS供电系统中,常用的是两路电源加柴油发电机的电源系统,两路UPS双母线供电系统。使用飞轮式UPS更加可靠,它将会有更广泛的应用。
