储能系统技术及市场调研报告.doc

文件编号生效日期2009年11月xx日 技术及市场调研报告项目名称： 备用电源系统 编 制： 审 核： 批 准： *有限公司技术及市场调研报告文件编号生效日期2009年11月xx日页 码共 31 页 第 31 页1 概要当代社会生活对市电电网供电可靠性的依赖度之高是人所共知的。近年来，随着我国工农业生产的高速增长及人民生活水平的提高所需求的电力供应量也隨之迅猛地增长。近年来、由于电力工业所能提供的电力供应的增长量低于国民经济增长所需用电量, 缺电、”拉闸限电”等现象成为制约国民经济能否持续增长的重要制约因素之一。传统能源的日益匮乏和环境的日趋恶化，加速了这种矛盾，我国自2002年以来，已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况；在世界上的其他国家和地区，也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。系统供电能力，尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长，估计这种状况还会在一段时间内长期存在，对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。目前，电力系统还缺乏高效的有功功率调节方法和设备，当前采用的主要方法是发电机容量备用（包括旋转备用和冷备用），这使得有功功率调控点很难完全按系统稳定和经济运行的要求布置。某些情况下，即使系统有充足的备用容量，如果电网发生故障导致输电能力下降，而备用机组又远离负荷中心，备用容量的电力就难以及时输送到负荷中心，无法保证系统的稳定性。因此，在传统电力系统中，当系统中出现故障或者大扰动时，同步发电机并不总是能够足够快地响应该扰动以保持系统功率平衡和稳定，这时只能依靠切负荷或者切除发电机来维持系统的稳定。但是，在大电网互联的模式下，局部的扰动可能会造成对整个电网稳定运行的极大冲击，严重时会发生系统连锁性故障甚至系统崩溃。美国和加拿大2003年8月14日发生的大停电事故就是一个惨痛的教训。如果具有有效的有功和无功控制手段，快速地平衡掉系统中由于事故产生的不平衡功率，就有可能减小甚至消除系统受到扰动时对电网的冲击。在现代电力系统中，用户对于电能质量和供电可靠性的要求越来越高。冲击过电压、电压凹陷、电压闪变与波动以及谐波电压畸变都不同程度地威胁着用户设备特别是敏感性负荷的正常运行。为确保位于现代办公大楼、大型商业和服务业、大型体育场馆及演出场地、医院手术照明、地铁应急照明、机场照明系统、工业厂房等重要区域中的应急照明系统、电梯、水泵、消防喷淋泵和监控系统等关键设备在遇到”因故停电”时、也能正常运行，“需要是社会发展的第一推动力”，在这种背景下，备用电源系统应运而生，并伴随电力电子技术的发展，不断推陈出新，在十数年间，不仅造就了一个崭新的产业，而且随着时间的推移更将有蓬勃的发展和灿烂的前景。2 目的提供可行性的项目研究方向3 技术及市场背景3.1为什么要使用备用电源系统市电除了偶然发生的断电事故，并不是连续而且恒定的。市电系统作为公共电网，上面连接了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，造成市电电压波形畸变或频率漂移。另外意外的自然和人为事故，如地震、雷击、输变电系统断路或短路，都会危害电力的正常供给，从而影响负载的正常工作。根据电力专家的测试，电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有以下几种：a电涌（powersurges）：指输出电压有效值高于额定值110，而且持续时间达一个或数个周期。电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时，电网因忽然卸载而产生的高压。b高压尖脉冲（highvoltagespikes）：指峰值达6000v，持续时间从万分之一秒至二分之一周期（10ms）的电压。这主要由于雷击、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。c暂态过电压（switchingtransients）：指峰值电压高达20000v，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，只是在解决方法上会有区别。d电压下陷(powersags）：指市电电压有效值介于额定值的80至85之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期。大型设备开机，大型电动机启动，或大型电力变压器接入都可能造成这种问题。e电线噪声（electricallinenoise）：系指射频干扰(rfi)和电磁干扰（efi）以及其它各种高频干扰。马达的运行、继电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波辐射、以及电气风暴等，都会引起线噪声干扰。f频率偏移（frequencyvariation）：系指市电频率的变化超过3hz以上。这主要由应急发电机的不稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。g持续低电压（brownout）指市电电压有效值低于额定值，并且持续较长时间。其产生原因包括：大型设备启动和应用、主电力线切换、启动大型电动机、线路过载。h市电中断(powerfai1）：指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况。其产生原因有：线路上的断路器跳闸、市电供给中断、电网故障。鉴于以上情况，备用电源在各种行业各个场所得到广泛的应用。3.2备用电源的种类ups、eps、备用发电机等等。在现有的民用技术条件下的工程程项目应用设计上，均尽可能利用城市电网满足重要负荷的供电连续性。在自然灾害和事故性停电情况下，备用电源的设计就突显得尤其重要。我们常用的备用电源多为柴油发电机组+ups/eps的应用模式，这在近年来的工程应用设计上己普遍常见。3.3 upsups意思为“不间断电源”，是英语“uninterruptible power supply”的缩写。从工作原理上来讲， ups分为三类：离线式（off line）、在线式（on line）和在线互动式（on line interactive）。一般来说，这种ups主要有两种工作状态，分别工作于不同的市电环境下。当市电正常时，（指ups可以接受、认可的电压幅值、频率和波形比负载接受的范围要大），由市电通过ups给负载供电。ups对市电进行滤波、稳压和稳频调整后，提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时，ups通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当ups侦测到市电异常时，切换到电池供电，通过逆变器（inverter）把化学能转变为交流电能，供给负载，以保证对负载的不间断电力供应。这种ups还有一种旁路（bypass）工作状态，它在刚开机或机器故障时，可以把输入经高频滤波后直接输出，保障对负载的供电。3.3.1我国ups电源行业市场现状分析国外在不间断电源上起步于上世纪70年代，国内起步于80年代后期，起步差距十几年。国内ups行业经过20年的发展，虽然在中国市场上的市场份额被国外知名品牌占据大部分，但是，少数国内较大规模的厂家在市场份额、高端技术等方面已经十分接近国际知名品牌。ups电源企业总体规模与销售额分布：ups电源企业规模较大的销售额超过2亿元的企业有5家，1亿2亿元的企业有5家，5000万8000万元企业有1520家，2500万5000万元企业约有274家，500万2500万元企业有1380余家，其他有300多家。如右图：国内ups电源市场总容量：根据相关统计，2006年国内信息设备用ups电源市场总销售额达26.1亿元人民币，2007年总销售额达到27.4亿元人民币。工业动力ups电源系统设备中大功率ups年市场需求也达近30亿元人民币。我国ups电源年市场需求总容量应该在50亿60亿元人民币，市场需求巨大。国内中大功率ups电源市场容量：中大功率ups是不间断电源行业中的高端产品，据统计,2006年中国中大功率ups电源市场销售额为22.1亿元人民币,同比增长7.3%。2007年总销售额预计达到27.4亿元人民币。3.3.2中国ups市场电信行业规模电信行业市场一直以来都是ups市场上最大的消费市场之一，也是各大ups厂商的兵家必争之地。近三年来，由于电信重组方案未能确定以及3g牌照迟迟未能发布，电信行业的整体投资处于相对平稳的发展当中，ups在电信行业的增长同样处于平稳的增长态势。根据研究显示，2007年中国ups市场电信行业的销售额达到7.5亿元，占总体市场的26.6%，位于各大行业之首，其增长速度也保持在8%左右的稳定增长。2008年，中央部委的缩减合并，信息与工业化部的成立以及电信重组的方案确定，这些都将加快电信业发展的速度，促进3g在中国的发展，展开新一轮的电信投资热潮，进而推动电信行业相关设备市场的发展。在今后的三年内，ups电信行业市场会出现一个快速增长的时期，对今后五年的市场销售额预测如下。 中国ups市场电信行业2008-2012年市场销售额预测3.3.3工业动力设备用不间断电源市场需求在电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了稳步增长期间，有专业机构作出的调查表明，由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少，加上这两个行业的ups电源保有率较高，因此其ups电源需求不太可能出现大的增长，预计未来的市场份额将逐渐下降。相反，一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对ups电源的需求呈现出快速增长的势头，特别是制造业中，中小企业的大规模崛起，更成为带动ups电源市场增长的新动力源泉。工业动力用ups电源系统设备。工业动力ups电源系统设备主要应用于：工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域，作为所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备，保证工业自动化动力供给的可靠性。工业动力用不间断电源是不间断电源产品中的高端产品，涉及大功率(可能达到兆瓦级)能量变换的电力电子技术、数字化控制技术、交流电源并联冗余技术、有源谐波抑制技术、大功率产品制造技术等。显然，一般的电源企业无法进入该领域，只有已经拥有大功率电力电子技术和系列产品开发、生产、服务能力，并积累相应工业应用经验的企业，才能做好工业动力不间断电源系统的设计、生产、市场服务。传统ups厂家在这些地方采用的ups电源往往是具备适应工业自然环境的ups电源产品，而不是适应工业电气环境、感性动力负载特性的真正工业动力设备用不间断电源。工业动力ups电源系统设备市场销售额随着工业自动化成套设备和设备更新改造的飞速发展，工业动力大功率ups电源系统设备市场在2000年后开始发展，2003年出现加速，平均增长率达到16%，2006年1至9月更是达到18%。随着重工业化时期的来临，中国工业化、城市化进程加快，全球产业链加速向中国转移。依据相关统计数据，分析其数据特征，我们预测工业动力ups电源系统设备市场未来五年的销售额平均增长率将达到17.5%，潜力巨大。3.3.4 ups电源2009年行业综合评价从目前在中国市场上销售的品牌和厂家来看,按照厂家企业性质来划分,销售超过亿元规模的ups电源制造商主要有以下的三大集团：大陆本土品牌：科华、科士达；台商品牌：中达电通；国际品牌：伊顿-山特、apcmge、艾默生。 1、厦门科华恒盛科技有限公司(1)一直专注于具有自主知识产权的科华/kelong品牌的建设,拥有直接由公司总部统一财务和薪酬管理的、遍布全国各地的技术服务和销售网络,品牌稳定度高,是国家和行业标准的起草单位。(2)年销售额一直处于本土品牌中龙头地位的厂家,在国内市场上,销售额一直稳居国内品牌第一,尤其是在中大功率ups产品的技术、销售和市场占有率方面,排名本土品牌第一；从行业协会到企业现场调查结果看,科华有望在近几年再上一个台阶,成为国内首家走上国际化发展道路的厂家。(3)在近年大功率产品研发和销售上,取得了较好的业绩,具备对国际知名品牌在高端ups产品冲击的有利条件。特别是在工业动力的不间断供电保护领域,是国内企业的领先者。2.科士达科技发展有限公司(1)在小于3kva小功率的产品上有一定的优势,通过直销和经销商的方式,在小功率产品市场份额上取得本土品牌的排名第一,在小功率产品上具备对国际品牌形成冲击的条件。(2)针对快速发展的信息行业建设,拓展ups关联业务,成立了整机机房事业部,为客户提供整体机房系统集成业务。(3)从技术和销售额上看,是ups本土品牌中的重要厂家之一,在国内市场上,销售额排名国内品牌第二。3中达电通股份有限公司(1)中达电通股份有限公司在中大功率的ups市场上有较好的竞争力,占据可观的市场份额；(2)由于公司同时具备生产开关电源等其它电力电子产品,公司在客户需要综合电源解决方案时,有较好的市场竞争优势,尤其是整流开关电源和笔记本电源方面。4伊顿爱克赛电源有限公司/山特电子(深圳)有限公司伊顿爱克赛(1)是较早进入中国市场的国际品牌之一,有一定的品牌认知度；(2)公司拥有的热同步无线并联技术是ups业界内的一个技术亮点；(3)公司的优势主要集中在大功率产品上,在大功率ups上具有一定的市场份额。山特电子(1)山特公司是较早在中国设厂的台商ups品牌之一,在经销商销售模式上的品牌认同度较高。(2)由于在高频化ups产品上的成功研发和制造,在国内中小功率市场上已经取得了较高的品牌认知度和市场份额,且在小功率ups国际市场上已经具有较强的市场竞争力。(3)在继续巩固小功率ups市场优势的同时,企业正往高端大功率ups方向发展,以期待获得较好的大功率市场份额。5美国电力转换集团(apc公司)/梅兰日兰(中国)有限公司(mge) apc公司(1)apc公司借助于在国际市场上技术、制造、销售上的优势,在国内ups市场上取得了销售额第一的成绩；(2)在小功率ups上有规模上的优势,尤其是在网络技术快速发展时候成功进行的网络化ups销售更是ups业界一个成功的营销案例；梅兰日兰公司(1)是进入中国市场较早的国际品牌之一,在市场上的品牌稳定度相对较高；(2)市场销售主要采用直销和经销的方式,产品主要集中在高端大功率上,大功率产品具有较好的市场份额。6.艾默生网络能源有限公司(emerson)(1)艾默生公司近年在ups市场上销售额快速增长的国际品牌,在产品研发和市场销售上有良好的运行机制；(2)ups产品主要集中在高端大功率上,是重要的ups国际品牌厂商之一。(3)由于强调一体化电源解决方案和有丰富的其它电力电子产品,在电信系统市场有上较强的竞争优势,近几年的发展体现了较强的发展态势。3.4 eps全称为emergency（紧急）power（电力）supply（供给），是当今重要建筑物中为了电力保障和消防安全而采用的一种应急电源。它主要由输入输出单元、充电模块、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等部分组成。其原理为：在市电正常时，由市电经过输出切换装置给重要负荷供电，同时充电器为蓄电池进行充电或浮充；当市电断电后或电压超出供电范围，控制器启动逆变器，同时输出切换装置将市电供电状态立即切换到逆变器供电，为负荷设备提供应急供电；当市电恢复时，应急电源将恢复为市电供电。 eps是以解决应急照明、事故照明、消防设施等一级负荷供电设备为主要目标，提供一种符合消防规范的具有独立回路的应急供电系统，该系统能够在应急状态下提供紧急供电，用来解决照明用电或只有一路市电缺少第二路电源，或代替发电机组构成第二电源，或做为需要第三电源的场合使用。3.4.1 ups与eps之区别eps应急电源可以说是近两年才迅猛发展起来的一个新兴产业，相比于发展成熟的ups而言，有相同之处，也有不同之处。其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能，均采用了igbt逆变技术和脉宽调制(pwm)技术。不同之处是（1）我国eps的发展是起源于电网突发故障时，为确保电力保障和消防联动的需要，它能即时提供逃生照明和消防应急，保护用户生命或身体免受伤害，其产品技术要求受公安部消防认证监督，并接受安装现场消防验收。而ups只是用来保护用户设备或业务免受经济损失，其产品技术要求受信息产业部认证。两者适用的安全规范明显不同，因而具有不同的价值观。ups以维护信息传输畅通为主要目的，eps应急电源以防范重大灾难事故为主要目的。（2）eps和ups均能提供两路选择输出供电，ups为保证供电优质，是选择逆变优先；而eps是为保证节能，是选择市电优先。当然两者在整流/充电器和逆变器的设计指标上是有差异的。（3）ups由于是在线式使用，出现故障可以及时报警，并有市电作后备保障，使用者能及时掌握故障并排除故障，不会对事故造成更大的损失。而eps是离线式使用，是最后一道供电保障，因而其可靠性设计要求更高，不能简单理解为后备式ups，否则就把eps的重要性一笔勾销了。如果eps在市电故障时，不能通过蓄电池应急供电，则eps如同虚设，造成的后果将不堪设想。ups供电模式要求切换时间很短(010ms)，eps应急电源则相对较宽(04s)。（4）ups供电对象是计算机及网络设备，负载性质（输入功率因数）差别不大，所以国标规定ups输出功因为0.8。而eps供电对象则是电力保障及消防安全，负载性质为感性、容性及整流式非线性负载兼而有之，其输出功率因数就不能设定为0.8（eps国标将规定其数值），而且有些负载是停市电后才投入工作的，因而要求eps能提供很大的冲击电流，eps需要输出动态特性要好，抗过载能力更强。因此eps与ups各组成部分的技术设计指标分配是不同的。eps按配带负载类型基本分为三类：（一）照明型，（二）照明/动力混合型，（三）动力变频型。3.4.2 eps应急电源在国内的应用现状现在在eps市场占据前几名的生产企业基本集中在北方，例如东北的大连国彪、大连精密仪器、鞍山恒力等，华北的青岛创统、烟台华盛、北京动力源、合肥阳光、合肥联信等，这几家的市场份额基本就占据了整个国内eps生产的90%以上，而其余的武汉、上海、杭州等地的eps生产厂家，或者是把eps作为生产补充、或者虽然把eps作为主要产品生产，但是由于没有技术及市场的积累，刚投入这个行业3年左右。消防联动控制系统gb16806-2006 于2007年4月1日正式实施。在国标中4.5条款中详细规定了消防应急电源要达到的性能指标。从此eps有了自己的国家标准，在中国的eps产品将有统一的管理，规范了eps市场3.4.3 eps作为应急电源的必要性在某些办公和居民区、无法寻找到能适合于安装柴油发电机”备用电源”的安装场地。这是因为它可能带来如下比较棘手的安装和维护问题：强烈机械震动/严重嗓音的扰民问题、柴油发电机组的日常维护及燃油的安全储存问题等。此外，由于发电机的开机启动时间往往长达几秒几十秒。这样一来，对某些不允许”瞬间供电中断”时间长的负载而言，就会带来不必要的工作麻烦。随着社会的发展，建筑技术水平的不断提高，城市的建筑趋向于大规模，高层化发展随之而来对建筑的供电要求越来越高，社会的信息化，建筑的现代化，使建筑对供电的依赖也越来越大，尤其是一些重要的公共建筑，一旦中断供电，将造成重大的政治影响或经济损失，如果是发生火灾，后果就更不堪设想。所以现行的高层民用建筑设计防火规范及民用建筑电气设计规范就有严格规定：“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，常用的应急电源有：(1)独立于正常电源的发电机组；(2)供电网络中有效地独立于正常电源的专门供电线路；(3)蓄电池。”多年来，运行经验表明，电网供电时采用两路独立的电源若主供电线路停电，则由备用才路供电，采用这种方式虽然简单、可靠，但供电线路复杂。当发生大面积停电事故时，两路电源均可能发生停电事故。因此，应急电源作为独立于电网之外的备用电源被广泛应用于各种建筑工程之中。目前，应急电源包括柴油发电机组和蓄电池，近年来，含蓄电池的eps作为应急电源，被广泛应用，尤其是被用做消防应急电源。在一个工程中，它可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等多种情况。在选择应急电源上，不再只局限于柴油发电机了，因为它们各自的特点分别适用于不同的工程，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。3.5应急发电机发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。由于一次能源形态的不同，可以制成不同的发电机。柴油发电机组作为一种主要的应急发电机，得到广泛的应用，它是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。 柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90%。 尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。发电机与市电网的变压器在电气带载能力上的最大不同就是带载能力。变压器背后因有市电网支撑多可理想视作恒压源。发电机受引擎的输出功率限制，带载能力较之变压器为弱，一般对纯阻性负载的一次加载率（一次加载率，即一次性加诸发电机输出端的电气负荷功率与发电机额定功率比值）多不超过50%，对动力/照明混合配电的用电负荷其一次加载率又因负荷的功率因数和启动特性而有所折扣，常将项目中的多路动力/照明负荷通过外置控制回路实现分批加载，以最大限度的利用发电机的带载能力与容量。市电停电时，发电机组因启动或注油等原因需要一定时间，所以不能瞬间供电，而ups/eps可以做到不间断供电，但供电时间又比较短，一般为0.5小时到几小时不等。由于受到成本和空间条件的限制，ups/eps交流供电系统的电池后备时间不能太长，特别是20kva以上的大功率ups/eps，如果配置长延时系统，电池组的成本将大于主机的成本。而且在安装时，还需要考虑楼板的负重、房间的通风散热等问题。4小时以上的长延时间配置，往往还要外置充电器，日常运行时还需特别维护蓄电池组。因此，为了保证设备用电的连续性，必须准备发电机组作为长时间供电备用与ups相配合进行供电。4 技术及市场调研数据及其分析4.1备用电源技术4.1.1 ups技术ups电源系统设备技术是指依托先进功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等的一门综合技术。4.1.1.1分类ups电源已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。目前，ups电源一般均指静止式ups电源，按其工作方式分类可分为离线式（off line）、在线式（on line）和在线互动式（on line interactive）三大类，按照ups电源功率的大小和应用领域有以下的分类方式： 按照ups功率大小分类：ups电源系统按其应用的功率可分为：大、中、小三个分区类别。小功率ups电源系统定义为：功率小于3kva的ups电源产品；中等功率ups电源系统定义为：大于等于3kva同时小于10kva的ups电源产品；大功率ups电源系统定义为：大于或等于10kva的ups电源产品。不同功率段ups产品和技术情况如下：功率（p）3kva产品小于3kva的产品主要包括500va2kva的后备式、互动式ups，以及12kva的在线式ups。这一功率段的ups由于技术门槛比较低，市场竞争激烈，国际知名品牌中除了apc、santak作为主要厂家外，其它厂家是很多国内中小ups厂家。从国内和国际市场的统计数据看，这部分产品的市场销售额比例一直存在小幅下降的趋势。3 kva功率（p）10 kva产品：这一功率段的ups主要是在线式产品，以及少量的3kva后备式、互动式产品，涉及的技术相对复杂些，产品的质量控制有一定的难度，除了国外品牌产品外，国内的中大规模的ups厂家有这一功率段的产品。从国内和国际市场的统计数据看，这部分产品的市场销售额比例相对稳定。 10kva功率（p）50kva产品：这一功率段的ups是在线式产品，涉及的技术比较复杂，产品的质量控制有相当的难度，除了国外品牌产品外，国内中等以上规模的ups厂家才有这一功率段的产品。从国内和国际市场的统计数据看，这部分产品的市场销售额比例相对稳定，略有上升。 功率（p）p 50kva产品：这一功率段的ups是在线式产品，涉及的技术相当复杂，产品的质量控制需要较高的水平和综合实力，除了国外品牌产品外，国内只有极个别的上规模ups厂家才有这一功率段的产品。从国内和国际市场的统计数据看，这部分产品的市场销售额比例稳步上升。 4.1.1.2基本原理一般来讲，ups由五大部分组成：整流电路、储能机构、逆变电路、旁路开关电路及测控电路。整流电路：将交流电变换为直流电，完成对储能机构充电，同时通过逆变器向负载供电。储能机构：储能机构是ups的核心部分，当市电正常时，储能机构从电网吸收能量储存起来；当市电中断时，储能机构将电能释放出来，供逆变器使用。逆变电路：将整流电路所得的直流电压或者储能机构的电压变换成交流电压。旁路开关：是市电旁路供电和逆变器供电的电气转换器件。测控电路：是 ups的大脑，监测输入电压、电流的水平和控制输出的电压和电流精度；设置和控制整流器、逆变器；控制储能机构的充放电；控制主回路与旁路之间的转换。4.1.1.3技术指标市场上小功率的为了追求体积小、重量轻、价格低，大都是简化设计，技术上没有大功率那么严密，性能指标也不及大功率。关键的技术特性：1、 输出电压特性输出电压特性由下面3个参数来描述稳态电压精度稳态电压精度在平衡负载和非平衡负载时能达到的值一般是不一样的。如果不加区别，厂家应给出非平衡负载时的稳态电压精度。市场参考值是：平衡负载1，非平衡负载2。瞬态响应特性瞬态响应特性指负载从0100突加或从1000突减时输出电压的精度，其中突减负载带来的暂态过程一般要比突加负载严重。市场参考值是4。谐波失真度输出电压谐波失真度（）定义为：其中1是输出电压基波幅值，是次谐波幅值。带线性负载和带非线性负载时值会有较大差异。市场参考值是：带线性负载1，非线性负载5。2、 带非线性负载的能力的负载主要是计算机，而计算机的电源是开关电源，它们吸取的电流并非正弦波，我们称之为非线性负载。一般正弦波的峰值与有效值之比（波峰因数）为2:1，而非线性负载电流的波峰因数常常为2.03.0:1。市电容量大，阻抗小，对非线性负载供电时，问题不大。却有较大的输出阻抗，非线性负载会在的输出端产生谐波电压，特别是在谐振频率附近的谐波电压更大，使的输出电压失真。而且的容量也是有限的，它必须有好的对策来对付高波峰因数的负载电流，否则可能在带这类负载时经常切换到限流工作，引起输出电压降低，进而影响计算机负载的正常运转。所以现在好的都提出自己的能够允许的波峰因数，一般应在3:1以上。反过来，我们在选择的容量时，也应该考虑非线性负载的影响。因为的标称容量同其他电器设备一样，是按负载功率因数0.8来定的。而非线性负载的功率因数常常只有0.60.65，如果要带满负荷的这类负载，势必无能为力。所以核定容量时，应该作适当的放大。3、 的输入特性的输出特性主要决定于的逆变器，而的输入特性主要决定于的前级整流。过去人们不太重视的输入特性，谈到输入部分只谈输入电压范围、频率，对输入功率因数、谐波影响则不太关心。有的厂家提供了输入滤波器，功率因数能提高到0.9以上，但出于经济上的考虑，仅仅是作为选件，并且还是手动接入和断开的。其实设备的功率因数低，谐波电流大会给电网带来很多危害，归纳起来主要有：（1）干扰其他的用电设备；（2）增大输入电流在传输线上的损耗；（3）增加前级设备的功率容量，提高投资；（4）增大中线电流。为了达到对负载的不间断供电，还经常与柴油发电机配合使用。这时低功率因数的对柴油发电机和其他负载的危害会更明显。传统开关电源的功率因数，由于使用（功率因数矫正）电路，普遍能达到0.99以上，高频整流技术更为大功率的输入特性的改善提供了技术上的可行性。4、一组80kva特性参数技术指标技术规格系统指标ups类型在线式双重变换输出额定容量80kva系统效率（） 90电池逆变效率（）95环境温度（）040环境湿度（）10%90%（不结露）噪音(1m)2m绝缘强度2500vdc, 1min无飞弧安全标准（传导）en50091 电磁兼容性（辐射）en50091-2/iec62040-2电涌保护（谐波电流）iec60064-1，规定iv类安装要求防护等级ip20抗扰性iec 61000-4-2.3.4.6.8.9.11 level iii空载环流1a电流不平衡度30万小时输入/输出电缆连接机柜下进线（标准），机柜上进线（选件）通讯接口rs232、rs485、snmp面板显示（lcdled）大屏幕显示多国语言软件功能支持snmp管理具备智能监控具备整流器指标输入方式三相输入电压380v（线电压）输入电压范围 10输入频率范围50hz2%输入功率因数0.9输入电流谐波 5% 逆变器指标输出功率因数0.8额定输出电压380v输出电压稳定性静态（平衡负载）1%静态（100三相不平衡负载）1%动态阶梯负载010005%输出电压恢复时间（阶梯负载）20毫秒内迅速恢复到1输出频率50hz输出频率稳定度 0.1%（电池供电时）频率跟踪范围50hz2hz过载能力110%20分钟；125%10分钟；150%1分钟短路保护三相150，5秒钟，单相290，5秒钟输出谐波失真线性负载2%非线性负载2）并联连接能力有强迫切换时间60%深充深放循环次数100%，180次可存放时间4个月深度放电保护具备电池状态检测具备电池放电实时监测及显示具备充电时间5小时之内充到电池容量的90%电池保护具备使用寿命5年4.1.1.4技术发展趋势1、多模块并联技术单机ups扩容性差，一旦安装后很难扩充容量。虽然单机ups的平均无故障时间（mtbf）较长，但对于很多用户（例如医疗、银行、金融、通信、国防等行业）而言，还是不能满足其对电源保障可靠性的要求。为解决单机ups的众多缺点，人们开始研究冗余式ups。多模块并联，可以灵活构成各种功率容量，以模块化取代系列化，从而缩短研制、生产周期和降低成本，提高各类电源的标准化程度、可维护性和互换性等。并机技术是技术的前沿课题，厂家在这项技术上也表现出较大的差异。并机有两个目的，一是为了扩充容量，二是为了获取备份。过去并机控制是由一台主机或者单独一台并机柜来实现对几台的均流和互锁，我们称之为集中控制。它的最大问题就是如果主机或者并机柜出了问题，换句话说，如果集中控制部分出了问题，并机就告失败。改进的办法是取消几台并联工作的之间的主从关系，让它们彼此之间两两连接，地位对等，这样任何一台出现故障，都不会影响其他几台机器的并联工作，而且对并联系统扩容也比较方便，不需要把正在运行的停下来整体调试就可以直接并上一台新的。2、高频开关技术为完成ups的并联、提高ups的性能和减小ups模块的体积，各公司大多采用高频链结构技术。高频链式大容量ups简称高频机，由于ups内省去了工频变压器，装置的体积重量大为减轻，同时也节约了成本，减少了装置的复杂性。高频机的输入端一般采用高频整流，因此可以获得较高的功率因数及较低的电流谐波，具有很好的输入特性。高频机不带隔离变压器，其输出零线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波干扰、ups整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，其干扰电压不仅数值高而且难以消除。而工频机的输出零地电压更低，而且不存在高频分量，对于计算机网络的通信安全来讲，更加重要。为了有效提高效率，减少ups 之尺寸与重量，高频化设计是必要的，但由于开关组件如mosfet, igbt, 快速二极管之非理想性，其在开或关的瞬间产生了切换损失，而此切换损失随着频率之增加而增加，如此导致高频化的困难，因而为了解决此切换损失所导致的高频化限制，柔性切换因而诞生。柔性切换就切换时间开关之状态又可分为: 零电流切换(zcs)、零电压切换(zcs)、零电压零电流切换(zv-zcs)- 目前柔性切换技术已被大幅运用在服务器之电源供应器及电信用电源供应器上，其所获致之优点已被肯定，但在 ups 产品上运用此技术的厂商仍是少数。但以电源供应器技术之发展趋势来推论，在不久之将来柔性切换技术将广泛地被运用在 ups 产品上。3、全数字化控制技术模拟控制简单、技术成熟、易于实现，而且响应速度快、模型连续，至今仍在各种装置的控制中扮演着重要的角色。但是其缺点也是显而易见的，大量的分立元件和电路板使得制造成本高、电路复杂、参数易漂移、元件老化、系统的调试、故障检测维修困难、易受干扰等。因此，数字化是大事所趋。数字化不仅是指在系统中应用了数字器件，同时也是指整个系统应用了数字化的控制思想和方法。数字控制可以用软件的手段实现控制算法，能很好的解决控制系统元器件老化和温飘带来的问题，抗干扰能力也大大增强。为提高系统的控制性能和完成并联控制的复杂算法，ups的控制一般应用全数字化控制方案，如应用单片机和dsp完成系统的检测、运算和控制。控制系统的升级也可以通过改变软件实现，代价较小。同时借助于数字控制芯片的发展，许多复杂的控制算法得以实现，使ups的性能提高，功能更全面。4、通过软开关设计，实现高效率 采用高频链技术的必然结果使开关损耗显著增加。传统的谐振变换软开关技术一定程度上可以减少开关损耗，但仍存在的不足。在90年代初，美国弗基尼亚电力电子研究中心主任李泽元教授提出了“软开关pwm”概念，即功率开关器件只是在开关转换前后的一个小区间与线路外加 lc元件工作在谐振状态，以构成电压或电流的过零点来实现功率器件的软开关，在开关全周期仍工作在pwm模式。由于“开通”、“关断”都是零电压，因此又称 “零电压转换”（zvt，zero voltage transition）。这种电路结构在高频电能变换中，即组成各种高频冗余式ups中，将得到广泛应用。软开关技术理论上可使开关损耗为零；实际上，可使目前的各种电源模块的变换效率由 80提高到90以上，达到了高效率的功率变换。5、采用远程监测和控制技术，使ups智能化 现在ups的功能越来越完善，运行中ups状态的检测、ups出现故障的及时发现和处理、无人值守实现ups的自动开关机，远程监测和控制ups的运行状态等都成为ups研制和生产所追求的目标。这些功能采用一般的硬件和控制方法是无法实现的，通常借助于普通ups加上微机系统。4.1.2 eps技术应急电源采用单体逆变技术,集充电器、蓄电池、逆变器及控制器于一体。系统内部设计了电池检测、分路检测回路等。输出市电km1km1充电器电池组逆变器控制器epss4.1.2.1 eps电源的工作原理当有市电时，市电通过km1输出，同时充电器对蓄电池充电。当控制器检测到市电停电或者市电过低时，逆变器工作使km1切换至应急输出状态向负载提供电能。4.1.2.2分类eps通常产品特征分为以下三类产品 1、wy系列eps(0.510kw) wy系列eps由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压220vac 或380vac,输出电压220vac),适应于应急照明和事故照明的照明负载。 2、wys系列eps(2.2400kw) wys系列eps由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压380vac,输出电压380vac),除可用于应急照明、事故照明,同时也适应于消防电梯、卷帘门、风机、水泵、淋浴泵、供水泵等电感性负载或混合供电。 3、wys/b系列eps(2.2400kw) wys/b系列eps由单逆变单台负载、单逆变单台负载一用一备用、双逆变单台负载一用一备用三类产品组成(输入电压3800vac,输出电压380vac),仅为只有一路电源的消防设施或一级负荷中的电动机提供一种可变频的三相应急电源系统,在电源和电机之间无需任何启动装置就可以解决电动机的应急供电及其启动过程中对供电设备的冲击。适应于高层建筑的电梯、中央空调、消防水泵等电机负载。4.1.2.3 eps功能要求1、断电转换时间一般在毫秒级(25ms)，以保证供电的及时性； 2、负载适应能力强，包括电容性、电感性、混合型负载，而且过载能力和抗冲击能力强； 3、有多路输出，防止输出单一形成的故障； 4、有消防联动和远程控制信号，可手动与自动相互转换； 5、环境适应能力强，适用于各种恶劣环境，有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠咬等措施； 6、使用寿命长，有电池快速充电能力和管理能力；7、节能，运行效率高，运行成本低； 8、有无人值守、自动操作功能；9、报警功能齐全，能及时提供各种异常状况的报警； 10、有强启动功能，避免电池环节保护后无法启动； 11、无烟雾、无噪音、无公害等；12、维护简单，维护费用低。4.1.2.4蓄电池技术蓄电池是ups/eps的心脏，不管ups/eps电路多么先进，其性能最终取决于它的电池，一旦电池失效，再好的ups/eps也无法提供不间断供电。 目前，ups/eps一般都使用免维护密封铅酸蓄电池，由于采用阴极吸收式密封技术，克服了普通蓄电池需要定期补水的缺点，具有“免维护”、使用方便、不污染环境、体积小、重量轻的优点。它使用高氢过电位的板栅材料，减少了电池在存放和充电过程中的气体分解。正极表面的超细玻璃纤维膜，阻止了活性物质脱落，提高了电池的寿命。安全阀的使用使蓄电池很少产生气体，又可使已产生的氧气被负极铅所吸收，使蓄电池无水的损失，达到了密封免维护的目的。 一般情况下，影响电池性能的主要因素是连续充电，电池连续充电大约要减少一半的使用寿命。目前国外使用一种abm(advancedbatterymanagement)三阶段电池管理方案，即充电分成三个阶段：第一阶段是恒流均衡充电，将电池容量充到90；第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100，然后停止充电；第三阶段是自然放电，在这个阶段里，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限，再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一天24h的浮充状态，因此延长了电池的寿命。 金属化镍氢电池具有高能量密度的优点，而且又无镍镉电池可能造成的镉污染，将其应用于ups/eps可以收到小型轻量化的优点。但其缺点是售价太高。美国alupower公司研发的高功率铅空气备用电源装置(rpu)，运行50h，功率从600w到6000w，电压有dc24v和48v两种，其能量密度是铅酸电池的十多倍，重量只有铅酸电池的110，所占空间只有铅酸电池的17，有望取代铅酸蓄电池应用于ups/eps。4.1.2.5 eps应急电源的发展趋势由于eps所带负载类型的复杂性和环境的相对固定性，针对不同场合、不同负载，可对eps功能做得更贴近现实应用。其中包括以下几方面。1、 结构组成普通eps为了更好地结合实际应用，往往采用“多合一”的结构设计，但由于负载及环境的复杂性，也由此带来设备标准化和设计院所、用户选型的困难。解决的办法是采用模块化设计，将主机与输入或输出配电分离开来。主机模块完成主要的能量转换及通讯控制功能；配电模块实现丰富的配电管理功能。主机模块通过标准控制接口实现对配电模块的管理，如双电源自动切换功能，多回路输出功能，消防联动功能均应在配电模块中实现。2、配电模块应增加功能eps用于紧急负载的供电，其负载往往为非单一的负载，而这些负载在紧急情况下的关键程度不尽相同，因此，对于eps来说，某些配电管理功能至关重要。（顺序启动功能、部分卸载功能、电池管理功能、变频起动功能等）4.2应用领域4.2.1工业动力设备4.2.2医用设备4.2.3家用领域4.2.4消防领域4.2.5移动电源车4.1家用备用电源居民用电在美国占全部用电的三分之一，用量很大，但据预测，未来10年美国家庭数量将增长11%，而用电仅增加6%。照明用电是家庭用电之一，由于照明革