節(jié)能環(huán)保視域下針對EPS應(yīng)急電源與UPS不間斷電源區(qū)別分析

中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司 賈偉

一、應(yīng)用范圍

使用這種設(shè)備的主要目的是為了讓供電的電能質(zhì)量更好，讓電源可靠性更高，具體的應(yīng)用是在電源發(fā)生故障時(shí)（例如：突然中斷、電網(wǎng)的波形畸變、電網(wǎng)的瞬時(shí)電壓升高或者降低等）UPS不間斷電源裝置還能保證用電的可靠。

EPS應(yīng)急電源裝置（Emergency Power System）是由儲(chǔ)能裝置（蓄電池）、電力變流器、和切換開關(guān)（電子式或機(jī)械式）等組合而成的一種電源設(shè)備。

EPS應(yīng)急電源裝置結(jié)構(gòu)非常簡單，當(dāng)市電電源正常時(shí)，市電就會(huì)直接輸出。同時(shí)蓄電池也會(huì)由市電進(jìn)行充電。當(dāng)市電發(fā)生故障失電的情況下，EPS裝置會(huì)通過投切裝置，由蓄電池組進(jìn)行供電，當(dāng)然電流需要經(jīng)過整流-逆變器變換后向負(fù)載供電。

UPS適用于向用戶的關(guān)鍵設(shè)備，如互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、銀行的清算中心、民航鐵路的售票系統(tǒng)、衛(wèi)星地面站等提供高質(zhì)量電壓頻率、波形的無時(shí)間中斷的交流電源。UPS還適用于為醫(yī)院的重要設(shè)備，如危重病人的呼吸機(jī)、手術(shù)室中維持生命安全的設(shè)備、急診搶救室的搶救設(shè)備、檢驗(yàn)科的大型生化儀器、重癥監(jiān)護(hù)室、早產(chǎn)兒室的監(jiān)護(hù)搶救設(shè)備、血液透析室的血透設(shè)備提供電源保證。

二、UPS不間斷電源分類

（一）后備式UPS

在市電正常的情況下，可以由市電直接向負(fù)載供電，但是如果市電發(fā)生故障或者由于其他原因停止供電，后備式UPS可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)換，由設(shè)備的電池通過逆變（直流-交流）供電。后備式UPS因?yàn)橐韵绿攸c(diǎn)深受市場歡迎：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低。但它也有一些缺點(diǎn)，導(dǎo)致其市場應(yīng)用受限，例如：輸入電壓范圍相對較窄、輸出電壓穩(wěn)定性存在一點(diǎn)欠缺、電源之間切換也需要一點(diǎn)切換時(shí)間等。

后備式的UPS因?yàn)槠綍r(shí)蓄電池一直充電，如果發(fā)生了突然停電的情況，裝置內(nèi)的逆變器接收到失電的信號就會(huì)切換到工作狀態(tài)，逆變器會(huì)將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，也是因?yàn)檫@些原因，后備式的UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS切換時(shí)間一般在2至10毫秒之間，其實(shí)不適合于對于切換時(shí)間要求特別高的供電場所（例如：計(jì)算機(jī)中心、存儲(chǔ)中心等對切換時(shí)間特別敏感的場所）。此外，后備式UPS的供電時(shí)間也比較短，一般只能保證幾分鐘到十幾分鐘的持續(xù)供電。

（二）在線互動(dòng)式UPS

在線互動(dòng)式UPS是在后備式UPS的基礎(chǔ)上的改良，在線互動(dòng)式UPS會(huì)監(jiān)測市電的電壓、電流、波形的情況，如果市電正常，那么系統(tǒng)會(huì)短接UPS裝置，直接由市電向負(fù)載供電；如果市電發(fā)生電壓波動(dòng)，電壓升高可降低，在線互動(dòng)式UPS監(jiān)測到信號后通過內(nèi)部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出較為穩(wěn)定的電源。

如果在線互動(dòng)式UPS監(jiān)測到市電異常，這種異常通常是指的停電，在線互動(dòng)式UPS則會(huì)通過內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，由內(nèi)部的蓄電池供電，蓄電池的供電通過內(nèi)部的逆變整流電路輸出相對穩(wěn)定的波形。在線互動(dòng)式UPS也有其自身的特點(diǎn)相對離線式UPS可以獲得較寬的輸入電壓，而且整個(gè)產(chǎn)品的噪音較低，體積也相對較小，而且還擁有較強(qiáng)的保護(hù)功能，輸出的電壓波形很好，是較為完美的正玄波。但是在切換時(shí)間上，在線互動(dòng)式UPS也同樣存在問題，其同樣不適用于對切換時(shí)間要求特別高的供電場所。

（三）在線式UPS電源

在線式UPS電源，顧名思義這種UPS時(shí)刻在線工作，其輸出是由市電或者蓄電池的輸出通過整流、調(diào)制、濾波等一系列的過程后再由逆變器輸出的較為完美的正弦波供電，為負(fù)載提供非常干凈的交流電源。而且在線式UPS是時(shí)刻工作，市電與蓄電池的切換時(shí)間幾乎為零，所以在線式UPS相對前面兩種更能提供純凈的正弦波交流電源，可以滿足許多重要場所的需求。

通常我們使用的是在線式UPS，其工作原理見圖1。

EPS應(yīng)急電源裝置一般用于保障消防電源用電和人防的自備電源上，功能也一般比較注重能夠持續(xù)供電。雖然有廠家描述自身的產(chǎn)品逆變切換時(shí)間極短（小于10ms），可在部分場所替代UPS，在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51348-2019中對EPS的使用有用作應(yīng)急照明系統(tǒng)的備用電源的表述。因此在國內(nèi)的應(yīng)用來看，UPS與EPS的功能、適用范圍都是不同的，不能互相替代，互相混用。

EPS應(yīng)急電源裝置的選用要根據(jù)所帶負(fù)荷的性質(zhì)來選擇，因此EPS應(yīng)急電源裝置如果按照輸出的形式，一般可以分為直流制式與交流制式，交流制式EPS應(yīng)急電源裝置應(yīng)與感性或混合性負(fù)載配合；直流制式的EPS應(yīng)急電源裝置應(yīng)與照明負(fù)載或者純阻性的負(fù)載相互配合。EPS可按照所帶負(fù)載不同分為不可變頻應(yīng)急電源和可變頻應(yīng)急電源。

三、轉(zhuǎn)換時(shí)間

根據(jù)前文的分析，在線式UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間最短；轉(zhuǎn)換時(shí)間為零；而離線式UPS與在線互動(dòng)式UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間是幾個(gè)毫秒。這是因?yàn)殡x線式與在線互動(dòng)式UPS在轉(zhuǎn)換過程中都有轉(zhuǎn)換開關(guān)在轉(zhuǎn)換，但是在線式UPS是沒有這個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)的，它時(shí)刻都在進(jìn)行整流-逆變-輸出的過程，不存在任何的轉(zhuǎn)換動(dòng)作，因此在線式UPS的轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。

EPS的應(yīng)急切換時(shí)間各個(gè)廠家不盡相同，但是基本都在0.1-0.25s內(nèi)，《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51348-2019中也明確要求了EPS裝置的切換時(shí)間，如下：

（1）用作安全照明電源裝置時(shí)，不應(yīng)大于0.25s。

（2）用作人員密集場所的疏散照明電源裝置時(shí)，不應(yīng)大于0.25s，其他場所不應(yīng)大于5s;

（3）用作備用照明電源裝置時(shí)，不應(yīng)大于5s；金融、商業(yè)交易場所不應(yīng)大于1.5s。

（4）當(dāng)需要滿足金屬鹵化物燈或HID氣體放電燈的電源、切換要求時(shí)，EPS的切換時(shí)間不應(yīng)大于3ms。

四、供電時(shí)間

（一）UPS的供電時(shí)間應(yīng)按下列條件選擇

（1）在數(shù)據(jù)機(jī)房、重要的設(shè)備機(jī)房，突然停電會(huì)造成設(shè)備的損壞，機(jī)房內(nèi)的設(shè)備需要按照一定的操作順序進(jìn)行停機(jī)處理，這需要花費(fèi)一段時(shí)間來保證設(shè)備按照工藝操作要求停機(jī)，那么我們的UPS的供電時(shí)間要按照工藝的要求要選用，一般選用8～15min。

（2）如果我們的供電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有柴油發(fā)電機(jī)作為系統(tǒng)的備用電源時(shí)，那么UPS設(shè)置就是為了保證在市電停電后，在柴油發(fā)電機(jī)組尚未啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定的輸出之前，這段時(shí)間的供電連續(xù)性，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的能力，快速啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定的輸出一般都可以控制在15min之內(nèi)，因此UPS的供電時(shí)間可以考慮選取15min。

（3）如果我們的供電系統(tǒng)設(shè)置另外一路市電作為供電系統(tǒng)的備用電源時(shí)，那么UPS設(shè)置就是為了保證在主市電停電后，備用市電倒閘投切完成之前的這段時(shí)間的供電連續(xù)性，根據(jù)電源情況及電源倒閘投切的操作規(guī)程，這個(gè)時(shí)間一般在30min左右。因此UPS的供電時(shí)間可以考慮選取30min。

當(dāng)然，不同的項(xiàng)目不同的工藝對UPS的供電時(shí)間有不同的要求，選用UPS還是要根據(jù)具體情況考慮，不可一概而論。

（二）選型計(jì)算

UPS給電子計(jì)算機(jī)供電時(shí)，UPS的額定輸出功率應(yīng)大于電子計(jì)算機(jī)各設(shè)備額定功率總和的1.2倍。對其他用電負(fù)荷供電時(shí)，為最大計(jì)算負(fù)荷的1.3倍。

（三）EPS的計(jì)算

EPS應(yīng)急電源所帶負(fù)載為混合時(shí)，EPS容量選擇詳表1。

表1 EPS額定輸出功率

EPS容量=所有負(fù)載功率之和，詳表2。

在工程中的常用選擇方式（見表3）

五、結(jié)語

EPS與UPS在工程中的應(yīng)用越來越廣，各行各業(yè)均有涉及，在應(yīng)用時(shí)，我們不僅要根據(jù)國家規(guī)范選擇使用，也要關(guān)注行業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)品的更新，了解工程的實(shí)際需求，以便能選擇更合適的產(chǎn)品設(shè)備。