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Active Power飛輪UPS在工業領域的應用

最後更新時間︰2013/8/8 2:47:35 - 閱讀次數︰

因為電源質量引發的問題,在工業領域極為常見。尤其對于半導體行業,可以說電源質量是生產的關鍵。瞬斷、諧波等問題會使整批材料辦成廢料,代價高昂。對這些企業來說,生產用電質量越來越接近信息領域水平。考慮到用于工業行業中的負載具有關鍵性和多樣性的特點,ActivePower公司的集成飛輪CleanSourceUPS,為這些負載提供電力支持的同時,能夠保證在各種復雜環境中運行且性能強健。
 
    工業電源質量和可靠性問題

    美國電力研究所(EPRI)有關美國再發性電力問題的研究表明,有超過90%的生產設備受到過市電電壓超過20%驟降情況的影響。研究中也統計了電壓驟降幅度超過10%的發生次數,大約每年會發生30次。發生在電網的任何地方的自然現象和隨機事件都會引起電力干擾,結果會導致用電點輸入端發生電力干擾。在那些對電源有高可靠性要求的設備,其平穩運行需要電力設施支持。如今的公共市電電網提供不了這種高可靠性的電源,而且,在將來,隨著例如對電力管制放松等因素的影響,市電的可靠性肯定會下降,人們已經普遍認識到市電電源的可靠性問題。
 
    集成飛輪UPS

    集成飛輪UPS系統的設計目標一直都很明確,即為惡劣的工廠環境而設計的不間斷電源,可提供從瞬變過壓、電壓驟降到整個電源中斷(沒有時間限制)情況下的全部電力保護。
 
    電壓瞬變

    因為CleanSourceUPS是提供全面電源保護最優解決方案的典範,所以CleanSourceUPS選擇了精準的線性交換式轉換器。在這套系統中,轉換器可以持續運行,不斷地監測輸入電源質量。下面兩種方法可減緩發生的任何過壓瞬變現象。
 
    電壓下降

    EPRI關于電力干擾的報告指出,大部分電力系統的問題是電壓比正常值下降10%到30%.在整個電力干擾期間,其持續時間從3個周波到30個周波不等。這些種類的干擾可引起調速驅動控制程序暫時被切斷或永久離線運行。只要有電壓下降情況發生,集成飛輪UPS系統便能感知,然後立即開始從集成飛輪處釋放能量補償能量損失。如果檢測到30個周波的電力干擾這種最糟糕的情況,即電壓下降30%,系統隨即會執行可控制的干預行為使其恢復到正常運行模式,這種情況下飛輪釋放的能量不會超過總儲存能量的10%.回填電壓下降30%情況下損失的能量的速度是相當快的,20秒內飛輪可以再次應付電力完全中斷情況。有別于傳統雙轉換UPS系統中的鉛酸蓄電池儲能技術,飛輪系統在能量釋放次數上沒有嚴格限制,也不會發生基于放電次數的機械部件磨損。飛輪也有比鉛酸蓄電池更廣泛的運行溫度(0-40℃)。蓄電池需要在空調條件下運行,只有這樣才能達到其預期使用壽命和運行標準,飛輪不需要嚴格的空調環境,可以被安裝在工廠廠房地面。
 
    電壓浪涌

    轉換器有檢測輸出電壓值域功能,通過軟件設置,可容易地適應用戶特殊需求。UPS輸出端的可接受電壓值域(由用戶選擇)將確定系統何時從飛輪處獲取能量或何時啟動發電機。電壓下降時為了能夠快速采取行動會有快速反應值域;電壓時高時低時會實施交替動作,這時的反應值域速度相對較慢。對于暫時超出程序設定的可接受範圍的電源,在短暫時間里,飛輪能夠"無縫"提供電能。在長時間斷電情況下,由發電機提供電能。對于從副周波到持續周波之間發生的任何干擾,負載電壓將一直保持在選定電壓值域內。
 
    電力損失

    飛輪可提供從一個周波到14.5秒鐘(100%負載)的短時間電力供給或更長時間的電力供給。當電力完全中斷時間超過飛輪儲能時間,柴油發電機將作為首選電源被啟動。為了達到發電機的高可靠性,飛輪UPS系統增加了專門的冗余啟動電源功能,這個功能使用來自于飛輪的24V啟動電能。因為可以持續監測和控制飛輪系統,所以終端用戶可以獲取飛輪有效性的即時信息,即使在最糟糕的時候也不會遭到突然斷電的"襲擊".研究表明集成飛輪UPS同傳統鉛酸靜態雙轉換蓄電池系統相比幾乎有同樣的平均故障間隔時間(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。對比傳統蓄電池系統,它新穎之處是︰電力保護時間不僅限于15分鐘,而是取決于柴油燃料的供給。這個系統可為某些經常發生的自然災害情況提供長時間的電力保護。
 
    頻率限制因素及有效性

    雙轉換UPS的有效率為92-94%,為了給用戶提供高于雙轉換UPS有效率的系統,集成飛輪UPS系統(有效率為98%)采用了線性交互式UPS技術,有效率高可以大大降低壽命周期的費用。系統的輸入端到輸出端沒有頻率隔離裝置。為保持電網處于連接狀態,市電必須保持極度穩定的頻率,所以在市電正常時,沒有頻率隔離裝置不會影響系統運行。如果市電系統對小幅頻率偏移(>0.1)不加處理,則可以引起整個電網癱瘓。更大幅度的頻率偏移通常是由自由運行的發電機或小廢熱發電工廠所導致的。盡管發電機和發電廠基本頻率具有良好的穩定性,但是大的循環負載可引起頻率擺動,特別是在發電機大小不適宜的情況下更加明顯。集成飛輪UPS通過兩種方法對此進行了處理︰
 
    o第一,使集成飛輪UPS的靜態轉換器和發電機大小相互兼容。

    o第二,UPS將對任何瞬變或浪涌電流負載的改變進行檢測,通過使用飛輪能量可

    以防止瞬變對負載頻率的影響。

    輸出電壓總諧波失真(THD)

    經驗表明,工業環境中分支斷路操作多于商業或IT環境,這是導致工人錯誤操作幾率和動態機器故障幾率的主要原因。為使整個企業實現最高有效率,不降低其他關鍵負載點的輸出電源質量,UPS系統必須具有能夠提供電路斷路器或保險絲故障清除能量的功能。比起雙轉換UPS系統,集成飛輪UPS在成功清除分支斷路器方面更加可靠。雙轉換系統通常會檢測到基于故障的過載情況,並立即轉移到旁路以提供清除故障的最大電流。集成飛輪UPS系統已經同市電電網連接,所以不需要通過靜態開關切換負載。因此在評估雙轉換UPS故障清除功能時必須考慮到靜態開關的故障率因素。
 
    輸入電流失真

    在正常運行模式中,UPS輸出電壓失真表明源頭電壓出現異常。因為生產工廠通常會有增長需求的剛性、低阻抗配電連接,所以,通常正弦波失真的特點是出現電壓下降及電壓浪涌等瞬變事件。

 

在最糟糕狀況持續的情況下,未修正的低功率因數電機控制器的非線性負載通常會引起5%到8%的電壓失真。線性交換式UPS的隔離電感器將會在上述失真水平上增加小幅的失真度,但是在大部分應用中,失真水平應該保持在10%以下。
 
    集成飛輪UPS系統的線性交互式轉換器不同于可控整流器,這個轉換器通常要穿過負載失真電流到達源頭。然而,工業行業中會迅速地朝功率因數校正負載趨勢發展,所以同標準的雙轉換UPS系統相比,集成飛輪UPS系統中回流到市電電網較少的失真電流。
 
    使用壽命期間的費用

    集成飛輪UPS系統的主要優點是其高效性。大多數雙轉換UPS的有效率為92%-

    94%之間,然而,集成飛輪系統的有效率為98%(其中還包括保持飛輪全速充電所

    需的電能)。舉個簡單的例子就可說明UPS運行費用問題,如一個為2000千瓦負載

    提供電源保護的UPS,每度電的費用是0.10美元,6個點有效率的差別每年將會節省

    105,120美元。這個數字還不包括UPS系統中減少的的制冷費用,雙轉換蓄電池UPS

    系統的制冷損耗佔UPS損耗的25%.如果再考慮傳統UPS系統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),對于工業行業的整個周期費用節省來說,使用集成飛輪UPS系統是明智之選。

    有益于環境的技術

    集成飛輪UPS系統更令人稱道的一面是它減少了碳排放量,對環境有益。直流儲能是由鐵質旋轉體發展而來的,並不是像化學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,這個能量比單個蓄電池在它的使用壽命內輸出的能量高出六到十倍。
 
    6個點的效率差別會使集成飛輪UPS系統僅消耗蓄電池雙轉換UPS系統所消耗電

    能的25%,這就等同于說2000千瓦的負載每年可減少160萬鎊的CO2排放。這些電能

    等于691個美國家庭平均每年的電力消耗量。工業行業的計算機化使批處理的生產理念轉向關鍵任務的生產理念。不管是造紙廠還是灌裝廠,在關鍵任務的環境中,即使小電力故障都會對工業產量產生重要影響。
 
    在工業工廠這樣的惡劣運行環境中,集成飛輪UPS系統顯示出了其重要益處。實際上,這套系統可以被安置在任何地方,可以更貼近它所保護的設備,所以這套系統具有強大吸引力。因為不需要使用化學蓄電池,所以這套系統對運行環境溫度沒有嚴格限制。其98%的高有效率,可以產生重要的經濟效益。隨著時間的推移,它不僅可以為投資本身獲得效益,而且,同雙轉換蓄電池UPS系統相比,它還可減少75%的CO2排放量,對環境有益。

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