摘要：  因为电源质量引发的问题，在工业领域极为常见。尤其对于半导体行业，可以说电源质量是生产的关键。瞬断、谐波等问题会使整批材料办成废料，代价高昂。对这些企业来说，生产用电质量越来越接近信息领域水平。

伴随生产企业自动化程度的提高，企业对于电源质量的要求趋于严格。然而，由于工厂内温度过高或过低，灰尘过大等问题，既能满足客户要求又能适应环境的产品少之又少。

因为电源质量引发的问题，在工业领域极为常见。尤其对于半导体行业，可以说电源质量是生产的关键。瞬断、谐波等问题会使整批材料办成废料，代价高昂。对这些企业来说，生产用电质量越来越接近信息领域水平。考虑到用于工业行业中的负载具有关键性和多样性的特点，ActivePower公司的集成飞轮CleanSourceUPS，为这些负载提供电力支持的同时，能够保证在各种复杂环境中运行且性能强健。

工业电源质量和可靠性问题

美国电力研究所(EPRI)有关美国再发性电力问题的研究表明，有超过90%的生产设备受到过市电电压超过20%骤降情况的影响。研究中也统计了电压骤降幅度超过10%的发生次数，大约每年会发生30次。发生在电网的任何地方的自然现象和随机事件都会引起电力干扰，结果会导致用电点输入端发生电力干扰。在那些对电源有高可靠性要求的设备，其平稳运行需要电力设施支持。如今的公共市电电网提供不了这种高可靠性的电源，而且，在将来，随着例如对电力管制放松等因素的影响，市电的可靠性肯定会下降，人们已经普遍认识到市电电源的可靠性问题。

集成飞轮UPS

集成飞轮UPS系统的设计目标一直都很明确，即为恶劣的工厂环境而设计的不间断电源，可提供从瞬变过压、电压骤降到整个电源中断(没有时间限制)情况下的全部电力保护。

电压瞬变

因为CleanSourceUPS是提供全面电源保护最优解决方案的典范，所以CleanSourceUPS选择了精准的线性交换式转换器。在这套系统中，转换器可以持续运行，不断地监测输入电源质量。下面两种方法可减缓发生的任何过压瞬变现象。

电压下降

EPRI关于电力干扰的报告指出，大部分电力系统的问题是电压比正常值下降10%到30%.在整个电力干扰期间，其持续时间从3个周波到30个周波不等。这些种类的干扰可引起调速驱动控制程序暂时被切断或永久离线运行。只要有电压下降情况发生，集成飞轮UPS系统便能感知，然后立即开始从集成飞轮处释放能量补偿能量损失。如果检测到30个周波的电力干扰这种最糟糕的情况，即电压下降30%，系统随即会执行可控制的干预行为使其恢复到正常运行模式，这种情况下飞轮释放的能量不会超过总储存能量的10%.回填电压下降30%情况下损失的能量的速度是相当快的，20秒内飞轮可以再次应付电力完全中断情况。有别于传统双转换UPS系统中的铅酸蓄电池储能技术，飞轮系统在能量释放次数上没有严格限制，也不会发生基于放电次数的机械部件磨损。飞轮也有比铅酸蓄电池更广泛的运行温度(0-40℃)。蓄电池需要在空调条件下运行，只有这样才能达到其预期使用寿命和运行标准，飞轮不需要严格的空调环境，可以被安装在工厂厂房地面。

电压浪涌

转换器有检测输出电压值域功能，通过软件设置，可容易地适应用户特殊需求。UPS输出端的可接受电压值域(由用户选择)将确定系统何时从飞轮处获取能量或何时启动发电机。电压下降时为了能够快速采取行动会有快速反应值域;电压时高时低时会实施交替动作，这时的反应值域速度相对较慢。对于暂时超出程序设定的可接受范围的电源，在短暂时间里，飞轮能够"无缝"提供电能。在长时间断电情况下，由发电机提供电能。对于从副周波到持续周波之间发生的任何干扰，负载电压将一直保持在选定电压值域内。

电力损失

飞轮可提供从一个周波到14.5秒钟(100%负载)的短时间电力供给或更长时间的电力供给。当电力完全中断时间超过飞轮储能时间，柴油发电机将作为首选电源被启动。为了达到发电机的高可靠性，飞轮UPS系统增加了专门的冗余启动电源功能，这个功能使用来自于飞轮的24V启动电能。因为可以持续监测和控制飞轮系统，所以终端用户可以获取飞轮有效性的即时信息，即使在最糟糕的时候也不会遭到突然断电的"袭击".研究表明集成飞轮UPS同传统铅酸静态双转换蓄电池系统相比几乎有同样的平均故障间隔时间(MTBF)，但是却省去了维修问题、磨损问题和蓄电池故障问题，所带来的麻烦。对比传统蓄电池系统，它新颖之处是：电力保护时间不仅限于15分钟，而是取决于柴油燃料的供给。这个系统可为某些经常发生的自然灾害情况提供长时间的电力保护。

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频率限制因素及有效性

双转换UPS的有效率为92-94%，为了给用户提供高于双转换UPS有效率的系统，集成飞轮UPS系统(有效率为98%)采用了线性交互式UPS技术，有效率高可以大大降低寿命周期的费用。系统的输入端到输出端没有频率隔离装置。为保持电网处于连接状态，市电必须保持极度稳定的频率，所以在市电正常时，没有频率隔离装置不会影响系统运行。如果市电系统对小幅频率偏移(>0.1)不加处理，则可以引起整个电网瘫痪。更大幅度的频率偏移通常是由自由运行的发电机或小废热发电工厂所导致的。尽管发电机和发电厂基本频率具有良好的稳定性，但是大的循环负载可引起频率摆动，特别是在发电机大小不适宜的情况下更加明显。集成飞轮UPS通过两种方法对此进行了处理：

第一，使集成飞轮UPS的静态转换器和发电机大小相互兼容。

第二，UPS将对任何瞬变或浪涌电流负载的改变进行检测，通过使用飞轮能量可以防止瞬变对负载频率的影响。

输出电压总谐波失真(THD)

经验表明，工业环境中分支断路操作多于商业或IT环境，这是导致工人错误操作几率和动态机器故障几率的主要原因。为使整个企业实现最高有效率，不降低其他关键负载点的输出电源质量，UPS系统必须具有能够提供电路断路器或保险丝故障清除能量的功能。比起双转换UPS系统，集成飞轮UPS在成功清除分支断路器方面更加可靠。双转换系统通常会检测到基于故障的过载情况，并立即转移到旁路以提供清除故障的最大电流。集成飞轮UPS系统已经同市电电网连接，所以不需要通过静态开关切换负载。因此在评估双转换UPS故障清除功能时必须考虑到静态开关的故障率因素。

输入电流失真

在正常运行模式中，UPS输出电压失真表明源头电压出现异常。因为生产工厂通常会有增长需求的刚性、低阻抗配电连接，所以，通常正弦波失真的特点是出现电压下降及电压浪涌等瞬变事件。在最糟糕状况持续的情况下，未修正的低功率因数电机控制器的非线性负载通常会引起5%到8%的电压失真。线性交换式UPS的隔离电感器将会在上述失真水平上增加小幅的失真度，但是在大部分应用中，失真水平应该保持在10%以下。

集成飞轮UPS系统的线性交互式转换器不同于可控整流器，这个转换器通常要穿过负载失真电流到达源头。然而，工业行业中会迅速地朝功率因数校正负载趋势发展，所以同标准的双转换UPS系统相比，集成飞轮UPS系统中回流到市电电网较少的失真电流。

使用寿命期间的费用

集成飞轮UPS系统的主要优点是其高效性。大多数双转换UPS的有效率为92%-94%之间，然而，集成飞轮系统的有效率为98%(其中还包括保持飞轮全速充电所需的电能)。举个简单的例子就可说明UPS运行费用问题，如一个为2000千瓦负载提供电源保护的UPS，每度电的费用是0.10美元，6个点有效率的差别每年将会节省105，120美元。这个数字还不包括UPS系统中减少的的制冷费用，双转换蓄电池UPS系统的制冷损耗占UPS损耗的25%.如果再考虑传统UPS系统中更换铅酸蓄电池的成本(10年间他们需更换1-2次蓄电池)，对于工业行业的整个周期费用节省来说，使用集成飞轮UPS系统是明智之选。

有益于环境的技术

集成飞轮UPS系统更令人称道的一面是它减少了碳排放量，对环境有益。直流储能是由铁质旋转体发展而来的，并不是像化学蓄电池那样使用铅酸。就蓄电池更换而言，回收的铅消耗掉了大量的能量，这个能量比单个蓄电池在它的使用寿命内输出的能量高出六到十倍。

6个点的效率差别会使集成飞轮UPS系统仅消耗蓄电池双转换UPS系统所消耗电能的25%，这就等同于说2000千瓦的负载每年可减少160万镑的CO2排放。这些电能等于691个美国家庭平均每年的电力消耗量。工业行业的计算机化使批处理的生产理念转向关键任务的生产理念。不管是造纸厂还是灌装厂，在关键任务的环境中，即使小电力故障都会对工业产量产生重要影响。

在工业工厂这样的恶劣运行环境中，集成飞轮UPS系统显示出了其重要益处。实际上，这套系统可以被安置在任何地方，可以更贴近它所保护的设备，所以这套系统具有强大吸引力。因为不需要使用化学蓄电池，所以这套系统对运行环境温度没有严格限制。其98%的高有效率，可以产生重要的经济效益。随着时间的推移，它不仅可以为投资本身获得效益，而且，同双转换蓄电池UPS系统相比，它还可减少75%的CO2排放量，对环境有益。

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