EPS和UPS的技术应用

摘要：采用EPS和UPS做应急电源，看到很多人都说UPS才能满足转换时间，其实早在2006年就已有了完全满足电脑转换时间的EPS，采取的是高速响应可控硅装置。它俩之间都作为后备电源在社会上的应用越来越广，存在很多相似的地方和差异地方

关键词：EPS和UPS应用的领域； 工作原理； 功能和结构不同

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：

1、在国内为了确保重要监控系统、应急照明、消防、计算机,尤其冶金行业中的重要设备的不间断供电,一般都配置了专用的UPS和EPS，EPS电源主要用于消防行业用电设备，强调能够持续供电这一功能。而UPS电源一般用于精密仪器负载（如电脑、服务器等IT行业设备），要求供电质量较高，强调逆变切换时间、输出电压、频率稳定性、输出波型的纯正性等要求.一般由单个应急灯集中照明电源具备电力保障和消防安全的应急电源高可靠的应急电源系统的发展过程。

在欧美等发达国家，其电网为并网供电，电力充足而且制度完善，供电质量好，为了节能而在许多非要害场合并不推行使用双变换在线式UPS电源，而是倡导推行使用节能工作模式下的UPS，即CPS（CPS为EPS设计初期的雌形，基本原理一至）。

2、 EPS电源与UPS电源两者都具有市电旁路及逆变电路，在功能上的区别是：EPS电源具有持续供电功能，一般对逆变切换时间要求不高，特殊场合的应用具有一定要求，有多路输出且对各路输出及单个蓄电池具有监控检测功能。日常着重旁路供电，市电停电时才转为逆变供电，电能利用率高。UPS电源如在线式仅有一路总输出，一般强调其三大功能：（A）稳压稳频（B）对切换时间要求极高的不间断供电（C）可净化市电。日常着重整流/逆变的双变换电路供电，逆变器故障或超载时才转为旁路供电，电能利用率不高（一般为80%-90%）。不过在国外如欧美国家电网及供电较完善的国家，为了节能，部分使用UPS的场所已被逆变切换时间极短（小于10ms）的EPS取代。EPS电源品牌主要有北京龙康EPS、柏克EPS（切换时间小于1.8ms）、北京动力源EPS、创统EPS等。EPS电源逆变器冗余量大，进线柜和出线柜都在EPS内部，电机负荷有变频启动。机壳和导线有阻燃措施，有多路互投功，可与消防联动。UPS电源的逆变器冗余相对来说较小，与消防无关，无须阻燃，无互投功能。EPS电源负载一般是感性和阻性的，能够带电机、照明、风机、水泵等设备，为应急消防产品，是集中应急供电的专用应急消防照明电源。UPS电源负载属于容性负载，主带设备一般是计算机，主要用于大型机房，确保不间断供电和稳压的。 有人认为：EPS（电子部分）=整流/充电器+逆变器+输出转换开关（互投装置）+控制单元等部件就能构成应急电源。不错，EPS的基本单元是由上述部分组成，但是为了满足整机可靠性（mtbf），各基本单元的可靠性如何分配才是最合理呢？ EPSmtbf=（整流/充电器）mtbf+（逆变器）mtbf+（转换开关）mtbf+（控制单元）mtbf告诉我们，EPS整机的mtbf是由各大部件的mtbf叠加而成，因此EPS整体设计需要详细研究、分析、计算各大部件的mtbf，提高薄弱部件的mtbf，从EPS整体安全生命周期的需要来配置各大组成部件的安全生命周期。由于EPS应急电源在消防相对来说还是一个新产品项目，正式面向市场时间不长，建筑电气设计部门的部分设计人员对该产品还不是完全熟悉，因此，在现实的EPS建筑规划设计中会存在一些EPS电源设计上的不足或不合理的地方。

如：1）逆变照明型EPS功率在5kW以下的，应尽可能设计为单相型的，照明用途的三相型EPS最大的好处是负载总功率较大时可以平均分配到三相输出上，实际应用中一般在6kW以上可综合比较考虑三相型的选用。2）没有考虑灯具的功率因数与EPS逆变输出功率因数的匹配：有的灯具功率因数很低，只有0.4，甚至更低，设计确定EPS的功率时，应加大常规EPS功率匹配的裕量（即EPS需降功率使用），既需满足有功功率还需满足无功功率的匹配需要。3）EPS的输出回路必须是全封闭式，不应在EPS输出的终端设计备用的插座、插销等。即使需设计备用照明回路，也只需在EPS输出的配电排上预留。否则，就会存在一定的安全隐患4）动力型EPS输出回路中不应再设置减压起动柜等之类缓起动器设备；5）EPS输入/输出端的供电设计不应加装任何形式的漏电开关或节电器，否则存在较大的安全隐患（人逃生的重要性远远大于轻微的漏电保护）6）EPS的逆变切换时间不是越小越好，要看具体的负载或场合的实际需要所需！。

3、 采用的EPS在试验转换时确实对市电无影响，主要是转换时间比较短逆变切换时间是由EPS的逆变切换设计方式决定的。大功率逆变器具备软起动特性，且功率越大，起动越慢。毫秒级（ms）的切换时间只能采用晶闸管固态切换开关，且逆变器要处于热备份状态并保持与市电锁相。对切换时间无苛刻要求的应用场合一般采用机械切换开关进行切换，功率较小的EPS一般采用功率继电器，功率较大的EPS一般采用互锁的交流接触器或自动互投开关。与交流接触器相比，自动互投开关动作较慢，但由于互投开关具有机械自保持特性，对于不频繁切换而言，在长期运行的可靠性方面更具优势。设计方式一般有几种。

（1）ATS双电源机电转换设计：转换时间一般在1~3s，市电正常时逆变器不工作，处于待起动的冷起（也叫冷备份）状态。

（2）接触器式的常规转换设计：转换时间一般在1~3s，市电正常时逆变器不工作，处于待起动的冷起状态。

（3）晶闸管式的静态高速转换设计：转换时间一般在ms级以内，市电正常时逆变器工作不带载，处于热备份的待切换状态。

（4）零切换：相当于在线式UPS电源（或常规变频器）的双变换式电路设计。

上述第一、二种设计一般采用高可靠机械互锁交流接触器或互投开关，切换时间决定于逆变器的起动时间（小功率一般零点几秒，大功率一般为1~3秒）为何UPS电源一般均采用晶闸管式静态高速转换设计而少出问题呢？那是因为UPS配带的一般是计算机类弱容性负载，采用高速切换运行模式一般是没有问题的。⑤雷电等浪涌电流容易造成快速切换电路的损坏。用晶闸管固态切换开关实现市电与逆变器输出之间的快速切换技术已在UPS电源领域应用较久，其在EPS应急电源设计应用中同样可行。关键是要实现逆变器的锁相运行和对市电异常的快速检测。实践证明：当检测时间小于2ms时，其检测可靠性会明显下降，因此，小于2ms的切换时间对整机来说是不可靠的。

综合以上结论是：①低速转换方式是最可靠的EPS应急转换方式，主要是由EPS的复杂的负载特性决定的。②快速转换方式是以牺牲逆变部分和蓄电池的寿命来换取的。③高速转换方式是以逆变器产生环流、浪涌、短路、起动冲击等导致的高故障率来换取的。④转换时间每提高一个级别，EPS寿命和可靠度就下降一个层次。⑤在某些毫秒级或零切换的特殊要求场合，建议使用在线式UPS不间断电源。

4、总结：人们关心节电这个永恒的主题以及高可靠性两大因素，大多数情况下EPS是优于UPS的。如果电网质量良好，供电可靠，用电设备规范，在我国许多场合下有可能用EPS取代双逆变在线式UPS，而不是用UPS代替EPS。当然，在某些非常关键的设备，仍需用双逆变在线式UPS。

参考文献: [1] 《高层民用建筑设计防火规范》 中国计划出版社， 2005

[2]海川.海川论坛 第二篇

[3]刘凤君.串并联补偿在线UPS的型式的原理与控制方式.《UPS应用》，2002

[4]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计基础措施-电气.2009；12

[5]李成章《应急电源用的EPS和UPS》