卫星地面站工频及高频UPS不间断电源适用性技术分析

1 卫星地面站UPS不间断电源作用及意义

卫星地面站是重要的航天测控地面设施，其测控及天线驱动等重要用电设备，对供电质量和可靠性的要求较高，目前都采用UPS不间断电源供电系统作为电源保障。UPS的作用除了保证供电电源的不间断切换，还可以消除或减小电源侧电压波动、谐波干扰、频率突变等电能质量问题，给测控及天线驱动等设备提供高品质稳定的电源。作为卫星地面站测控和天线驱动等重要设备供电保障的UPS不间断电源就成了供配电系统设备的重中之重，适用性和可靠性尤为重要。

2 UPS不间断电源的种类

目前国内生产和使用的UPS不间断电源内部结构主要包括整流模块、直流电池组、逆变模块组成。按其整流模块设计电路工作频率来区分通常分为工频机结构UPS和和高频机结构UPS两种。工频机结构UPS是以传统的模拟电路原理设计，由可控硅SCR（晶闸管）整流器、IGBT（绝缘栅双极晶体管）逆变器、和工频升压隔离变压器组成，因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。内部结构由IGBT高频整流器、IGBT的高频直流升压环节、IGBT逆变工作方式，整流的频率一般在20kHz以上的UPS称为高频结构UPS。

3 工频结构及高频结构UPS电源的技术区别

工频机结构UPS和和高频机结构UPS虽然都是将交流电源整流为直流电源再逆变为交流提供给负载，但其采用技术和内部结构不太一样，对负载和上级电源系统的适应性也存在着区别，这两种结构的UPS在卫星地面测控站供电系统中如何使用应进进行适应性分析。

3.1 工频内部结构

工频结构UPS电源的三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压，通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。SCR属于半控器件，控制系统控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤消，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，由于SCR整流器属于降压整流，所以直流母线电压经IGBT逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，在逆变输出端需要增加升压隔离变压器，如图1所示。

图1 工频UPS内部结构图

3.2 高频UPS内部结构

UPS主回路结构将交流输入通过整流桥全波整流为直流后，采用IGBT元件组成的DC/DC电路直流升压到一个较高的恒定直流电压，与可控硅整流的效果相反，通过这种IGBT整流可以得到一个高于全波整流输出电压的恒定直流电，并将其作为直流母线，为电池充电电路同时为逆变输出部分提供电能。由于直流母线电压一般在+400V～-400V之间，电压足够高，无须在加一个升压环节，经过IGBT高频逆变调整后，可直接得到恒定的逆变输出电压，不需增加输出升压变压器。由于高频结构UPS的整流、逆变技术都采用IGBT技术，也叫全IGTB技术UPS（图2）。

图2 高频UPS内部结构图

3.3 工频UPS和高频UPS的技术性能区别

从内部结构来看，主回路结构区别之一是整流技术不同，工频机采用的SCR（晶闸管）调制脉宽整流技术；而高频UPS采用的IGBT整流技术。还有一个明显的区别，工频UPS在逆变输出端必须配置升压变压器；高频UPS逆变输出端可根据负载需要选配隔离变压器。

3.3.1 谐波电流、功率因数的技术性能区别

工频机整流的可控硅是半控型器件，对导通角的大小控制，最大缺点就产生谐波，功率因数相对较低，污染电网。目前工频整流技术分为可控硅6脉冲整流和12脉冲整流，6脉冲整流输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大，以5次谐波和7次谐波为主；12脉冲整流输入功率因数不超过0.9，谐波电流有30%之大，以11次谐波和13次谐波为主。为提高输入功率因数，满足电网对功率因数0.95以上的技术要求，在工频UPS前面应增加谐波滤波装置。

如果工频UPS电源是两台或两台以上并联运行的话，电网的谐波含量就会更高，功率因数更低，通常工频UPS机前端会配一个无源滤波器，滤波效果随着输出负载的减小而变差,当负载为零时,无源滤波器会呈现由电容量决定的纯容性特性。市电掉电油机启动后,将面临纯容性负载切换，当配置工频机UPS时,需要的油机容量显然大很多,只为UPS供电为2～4倍,为整个数据中心供电为大于或等于1.5～2倍系统总用电量,特别需要强调的是,油机容量与UPS是否冗余有直接关系,在UPS冗余配置时,只为UPS供电为3～5倍,为整个数据中心供电为大于或等于2倍系统总用电量。

高频机在一个正弦周期中有成千上万个整流电流脉冲，所以任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99甚至以上，总谐波电流小于5%，有的可以到3%，由于高频机输入功率因数高,不需要配置无源滤波器,当系统需要配置柴油发电机时,发电机容量与负载的容量比,只为UPS供电为1.3倍,为整个数据中心供电为大于或等于系统总用电量,特别是,这个配比与UPS是否冗余无关。

3.3.2 输出端变压器技术性能区别

看来纪委或是检察院和她约好了日期，他感到脊背的寒意已涌遍全身，让他一阵阵寒颤，似乎听到了死神得意的狞笑。二十年牢狱生涯，耗尽了他的美好年华，对于一个如此光鲜的人来说，和死又有什么分别呢？

教育背景：福州，育英学校，1910-1912年上海圣玛利医院，1912-1916年芝加哥培训学校，1918年1月至1920年10月

输出变压器是工频UPS不可缺少的构成部分，其中一个最重要的作用就是升压，工频UPS从整流输入到逆变输出的过程中,每个环节都是降压环节，此种结构的UPS逆变器中,输出变压器起着电压匹配和提升的作用,将逆变器输出的电压升到合理的范围，最终提供了恒定的220/380V输出。根据厂家技术数据，输出变压器实际升压比应该是1：1.8左右。

工频UPS输出变压器还有一个重要的作用就是产生负载供电侧需要的中性线，工频机UPS采用的是全桥变换器，这种变换器输出的不是一根火线和一根零线，而是两根火线。但一般的UPS负载要求有零线，如果没有输出隔离变压器，将一根火线硬性接成零线，当在输出端增加了变压器后，就可以在变压器的次级（负载输入端）连接市电的零线，于是就构成了一个可靠的供电系统。

在UPS供电系统中,UPS设备的一个至关重要的功能是当输出过载或者UPS逆变器故障时,自动转静态旁路供电。另外,在系统中还设置了维护旁路,当UPS需要维护时可手动转维护旁路向负载供电。执行这两个操作时,都是由旁路输入三相四线电压直接向负载供电,所以系统的零线要与负载端的零线必须短接在一起，这就决定了带输出变压器的UPS的变压器次级新产生的零线也必须连接到输入电源系统的零线上,所以说UPS机内的变压器没有系统隔离的功能。

高频UPS输出端加变压器作为可选配置，为一些有特殊要求的用户配置。其功能也主要是适应现场特殊电力状况，例如现场输入电为三相角形输入时，采用输入角/星变压器可使UPS在角型输入的现场得以应用；再如现场要求UPS必须为单相输出，且功率数较高时（一般容量大于20KVA时，UPS很少有单相输出的标准形式，都采用三相输出形式），可采用输出的三相/单相变压器，提供供电形式转换，满足用电要求。还有一些用电场合要求输入电与输出电的全隔离，可在UPS输出一测配置隔离变压器，可有效抑制共模躁声。

3.3.3 其它技术性能区别

在野外作业一天，实在太疲劳了，再加上一天只吃了一顿冷饭，个个都渴望吃顿可口的饭菜，洗个澡，然后美美地睡一觉。可是工地上，质量检查小组这时还在认真地逐段检查。他们突然发现，由于工序衔接不好，有一处防腐接头没有进行胶带缠绕就下沟埋土了，必须挖土返工。

在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节，使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。在同样是100kW的容量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电。工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易，而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化，这又大大延长了电池的寿命。工频UPS的机械噪声和电噪声比高频机都大，易形成对设备和对人的伤害。

1.3.5 下肢静脉血栓形成患者护理。肺栓塞患者应随时警惕预防下肢静脉血栓的形成。观察患者双侧足背动脉搏动情况，观查患者双下肢皮肤颜色、温度、肿胀情况。每班测量并记录双下肢腿围，膝盖髌骨上缘15 cm，髌骨下缘10 cm，发现异常及时报告。下肢静脉血栓发生者应抬高下肢，使患肢高于心脏水平20～30cm，膝关节屈曲10°～15°，患肢制动，注意保暖[8]，告知患者和家属严禁按压、按摩或热敷患肢，保持皮肤清洁干燥。给予硫酸镁湿敷，用50%硫酸镁浸湿无菌纱布后包绕患肢，用透明保鲜膜包裹，每3～4小时更换一次，每天3～6次。

3.4 适应性分析

卫星地面站需用UPS来负责用电的是测控设备机柜或控制后台等重要的IT设备，不但对供电连续性要求高，且对供电质量特别是谐波电流要求也很高，一般都配有柴油发电机组，UPS一般采用2N模式或N+1模式多台并联冗余运行方式。通过对工频UPS和高频UPS技术性能差别分析，非常明显的看到无论是内部结构还技术性能，以及在与油机容量匹配、多台UPS运行方式上高频UPS更适应卫星地面站供电系统运用。

上样流速对AB-8大孔树脂吸附效果的影响：称取0.1 g冻干粉末，用蒸馏水稀释至100 mL，520 nm下测其浓度 C0。然后取 100 mL的稀释粗提液流经AB-8树脂柱，分别采用不同的流速（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL/min），待样品液全部通过树脂柱后，测定流出液的浓度 C1，通过（C0-C1）/C0×100%计算吸附率。

例如某国外卫星外站在建站过程中选用的是12脉冲工频UPS，其总谐波电流THDi%为25%，高于当地标准THDi＜10%的标准（法国标准），从测试报告上看，主要是11次和13次谐波，明显是工频UPS产生的，需要额外增加有源滤波装置才能满足THDi＜10%的标准。虽然目前工频UPS在国内外还有一定市场，但随着高频UPS技术日益完善和不断发展，国内外银行、金融系统、军工等方面基本都采用高频UPS，如伊顿9395系列高频UPS已成为美国军方指定产品,也在我国航天发射场使用多年并收到良好效果。