伴隨生產(chǎn)企業(yè)自動化程度的提高，企業(yè)對于電源質(zhì)量的要求趨于嚴格。然而，由于工廠內(nèi)溫度過高或過低，灰塵過大等問題，既能滿足客戶要求又能適應環(huán)境的產(chǎn)品少之又少。

因為電源質(zhì)量引發(fā)的問題，在工業(yè)領(lǐng)域極為常見。尤其對于半導體行業(yè)，可以說電源質(zhì)量是生產(chǎn)的關(guān)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(yè)來說，生產(chǎn)用電質(zhì)量越來越接近信息領(lǐng)域水平?？紤]到用于工業(yè)行業(yè)中的負載具有關(guān)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(huán)境中運行且性能強健。

工業(yè)電源質(zhì)量和可靠性問題

美國電力研究所(EPRI)有關(guān)美國再發(fā)性電力問題的研究表明，有超過90%的生產(chǎn)設備受到過市電電壓超過20%驟降情況的影響。研究中也統(tǒng)計了電壓驟降幅度超過10%的發(fā)生次數(shù)，大約每年會發(fā)生30次。發(fā)生在電網(wǎng)的任何地方的自然現(xiàn)象和隨機事件都會引起電力干擾，結(jié)果會導致用電點輸入端發(fā)生電力干擾。在那些對電源有高可靠性要求的設備，其平穩(wěn)運行需要電力設施支持。如今的公共市電電網(wǎng)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(jīng)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(tǒng)的設計目標一直都很明確，即為惡劣的工廠環(huán)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(yōu)解決方案的典范，所以CleanSourceUPS選擇了精準的線性交換式轉(zhuǎn)換器。在這套系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換器可以持續(xù)運行，不斷地監(jiān)測輸入電源質(zhì)量。下面兩種方法可減緩發(fā)生的任何過壓瞬變現(xiàn)象。

電壓下降

EPRI關(guān)于電力干擾的報告指出，大部分電力系統(tǒng)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(xù)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(diào)速驅(qū)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(fā)生，集成飛輪UPS系統(tǒng)便能感知，然后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(tǒng)隨即會執(zhí)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?lián)p失的能量的速度是相當快的，20秒內(nèi)飛輪可以再次應付電力完全中斷情況。有別于傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池儲能技術(shù)，飛輪系統(tǒng)在能量釋放次數(shù)上沒有嚴格限制，也不會發(fā)生基于放電次數(shù)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(diào)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(diào)環(huán)境，可以被安裝在工廠廠房地面。

電壓浪涌

轉(zhuǎn)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(tǒng)何時從飛輪處獲取能量或何時啟動發(fā)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范圍的電源，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(fā)電機提供電能。對于從副周波到持續(xù)周波之間發(fā)生的任何干擾，負載電壓將一直保持在選定電壓值域內(nèi)。

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(fā)電機將作為首選電源被啟動。為了達到發(fā)電機的高可靠性，飛輪 UPS系統(tǒng)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(xù)監(jiān)測和控制飛輪系統(tǒng)，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(tǒng)鉛酸靜態(tài)雙轉(zhuǎn)換蓄電池系統(tǒng)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(tǒng)蓄電池系統(tǒng)，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(tǒng)可為某些經(jīng)常發(fā)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(zhuǎn)換UPS的有效率為92-94%，為了給用戶提供高于雙轉(zhuǎn)換UPS有效率的系統(tǒng)，集成飛輪UPS系統(tǒng)(有效率為98%)采用了線性交互式UPS技術(shù)，有效率高可以大大降低壽命周期的費用。系統(tǒng)的輸入端到輸出端沒有頻率隔離裝置。為保持電網(wǎng)處于連接狀態(tài)，市電必須保持極度穩(wěn)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(tǒng)運行。如果市電系統(tǒng)對小幅頻率偏移 (>0.1)不加處理，則可以引起整個電網(wǎng)癱瘓。更大幅度的頻率偏移通常是由自由運行的發(fā)電機或小廢熱發(fā)電工廠所導致的。盡管發(fā)電機和發(fā)電廠基本頻率具有良好的穩(wěn)定性，但是大的循環(huán)負載可引起頻率擺動，特別是在發(fā)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：

第一，使集成飛輪UPS的靜態(tài)轉(zhuǎn)換器和發(fā)電機大小相互兼容。

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(jīng)驗表明，工業(yè)環(huán)境中分支斷路操作多于商業(yè)或IT環(huán)境，這是導致工人錯誤操作幾率和動態(tài)機器故障幾率的主要原因。為使整個企業(yè)實現(xiàn)最高有效率，不降低其他關(guān)鍵負載點的輸出電源質(zhì)量，UPS系統(tǒng)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(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)，集成飛輪UPS在成功清除分支斷路器方面更加可靠。雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常會檢測到基于故障的過載情況，并立即轉(zhuǎn)移到旁路以提供清除故障的最大電流。集成飛輪UPS系統(tǒng)已經(jīng)同市電電網(wǎng)連接，所以不需要通過靜態(tài)開關(guān)切換負載。因此在評估雙轉(zhuǎn)換UPS故障清除功能時必須考慮到靜態(tài)開關(guān)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(xiàn)異常。因為生產(chǎn)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(xiàn)電壓下降及電壓浪涌等瞬變事件。在最糟糕狀況持續(xù)的情況下，未修正的低功率因數(shù)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(tǒng)的線性交互式轉(zhuǎn)換器不同于可控整流器，這個轉(zhuǎn)換器通常要穿過負載失真電流到達源頭。然而，工業(yè)行業(yè)中會迅速地朝功率因數(shù)校正負載趨勢發(fā)展，所以同標準的雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)相比，集成飛輪UPS系統(tǒng)中回流到市電電網(wǎng)較少的失真電流。

使用壽命期間的費用

集成飛輪UPS系統(tǒng)的主要優(yōu)點是其高效性。大多數(shù)雙轉(zhuǎn)換UPS的有效率為92%-94%之間，然而，集成飛輪系統(tǒng)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(jié)省105，120美元。這個數(shù)字還不包括UPS系統(tǒng)中減少的的制冷費用，雙轉(zhuǎn)換蓄電池UPS系統(tǒng)的制冷損耗占UPS損耗的25%.如果再考慮傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)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(yè)行業(yè)的整個周期費用節(jié)省來說，使用集成飛輪UPS系統(tǒng)是明智之選。

有益于環(huán)境的技術(shù)

集成飛輪UPS系統(tǒng)更令人稱道的一面是它減少了碳排放量，對環(huán)境有益。直流儲能是由鐵質(zhì)旋轉(zhuǎn)體發(fā)展而來的，并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(nèi)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(tǒng)僅消耗蓄電池雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)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(yè)行業(yè)的計算機化使批處理的生產(chǎn)理念轉(zhuǎn)向關(guān)鍵任務的生產(chǎn)理念。不管是造紙廠還是灌裝廠，在關(guān)鍵任務的環(huán)境中，即使小電力故障都會對工業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。

在工業(yè)工廠這樣的惡劣運行環(huán)境中，集成飛輪UPS系統(tǒng)顯示出了其重要益處。實際上，這套系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)對運行環(huán)境溫度沒有嚴格限制。其98%的高有效率，可以產(chǎn)生重要的經(jīng)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(zhuǎn)換蓄電池UPS系統(tǒng)相比，它還可減少75%的CO2排放量，對環(huán)境有益。