张振毅,航天科技集团710研究所高级工程师。长期从事柴油发电机组的研究与技术工作,具有深厚的理论基础和丰富的实践经验。现为中国电源学会交流电源专业委员会委员,本刊编委。
张老师,请您对飞轮式UPS的应用领域、工作方式及市场前景进一步加以分析。
张振毅:同步发电机和电动机(在飞轮式UPS技术的翻译文稿中,亦译作同步补偿机)共用一个特制的转子，它不仅具有发电机转子和电动机转子应有的磁电功能，而且更具有高速转动的飞轮的功能。可称其为:转子—飞轮。将这样的同步发电机与电动机制作成一体，就是飞轮式UPS的基本构成。飞轮质量大，其外形与材质都使其具有良好的磁电转换性能。它转动得越快则获得的动能和惯性越大，因而是动态UPS的能量转换核心。
有市电时,电能通过动态UPS内的辅助电路,一路直接供给负载,一路输向同步发电机/电动机。电动机励磁绕组产生的交变磁场驱动转子—飞轮高速旋转,为使其得到最大的动能,转速通常在每分钟5000转到8000转。市电突然中断,则转子—飞轮依靠已有的动能惯性地继续旋转。其磁场使得同步发电机的电枢绕组输出电能,通过辅助电路使用电设备得以不间断供电。
然而,毕竟转子—飞轮储备的动能是有限的。如果单独用飞轮UPS做不间断供电,则其标准动能缓冲时间(相当于静态UPS的后备支持时间)与其所带的负载量有很大的关系。一般负载量为100%时,其后备时间为15s;75%负载时,后备时间为20s;50%负载时,后备时间为30s;25%负载时,后备时间为56s。这与利用蓄电池作为储能设备的普通静态UPS相比,其延迟(后备)时间太短。
飞轮UPS是依靠机械装置储能及能量转换,所以从成本和市场竞争力考虑,其容量不可能制造得太小。常见的输出功率在200～1600kVA左右。这就限制了飞轮UPS的适用范围。
而在电力、化工、能源、大型数据中心等负载量较大的行业领域,飞轮UPS的优越性就尤为突出。它完全摒弃了大容量、大数量的蓄电池组。既可节省机房面积又可减少维护工作量,还有利于环保节能。虽然飞轮UPS在100%负载情况下,仅能支撑15s。但这点时间已经可以满足现代柴油发电机组从起动到输出电压稳定之所需。
至于飞轮UPS的市场前景,我认为飞轮UPS成套性比较完整,都采用了业界先进的机电一体化技术和智能调控系统。以其500kVA的飞轮UPS单机与延时15min500kVA普通静态UPS单机的市场价格相比;两者并无太大的差异。而从长远上看,飞轮UPS的可靠性、可用性、环保效益是最佳选择的考虑因素。因此,在大功率UPS市场中,飞轮UPS的前景是十分明朗的。
飞轮UPS虽不是新生事物,甚至可以说是静态UPS的鼻祖。然而它与现代科技结合后以崭新的面貌重新展现出来,为高端大功率不间断电源系统的建设提供了新鲜的元素。
