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关于硕天

自成立于1997年以来，CyberPower以优异的研发能力以及对高质量的追求，致力于电源保护产品及计算机外设配件的开发。主要产品为不断电系统、电源分配器、电源转换器、电源突波保护器、电源管理软件、行动外围充电器以及计算机外设配件。经过多年来对品牌的耕耘，硕天透过精准的全球品牌策略提供**各地安全且节能的商品，并获得无数大奖肯定。

自有的高科技厂房和各项精密设备让硕天能够提供客户深度和广度兼备的产品线。不论针对专业IT设备、中小企业用户或是消费型电子产品，硕天提供用户完备的解决方案，让不同类型的设备都能得到**安全且纯净的供电。 1997年，CyberPower硕天科技在台北成立，硕天电源正式启航。 2008年，硕天科技在TWSE**证券交易所挂牌上市，进入规范市场管理。 2013年，硕博电源（深圳）有限公司在广东深圳成立，CyberPower硕天品牌正式进入中国市场。 2015年，CyberPower硕天品牌在新型市场的电商平台单品销量**名。 2016年，中国区销量突破一千万，硕博公司更名为与品牌同名“硕天电源”，全名为硕天电源（深圳）有限公司。

近年大型的数据中心迅猛增长，将应用到越来越多的大功率硕天UPS电源，由于要控制硕天UPS电源所用蓄电池的量，大功率硕天UPS电源的延时时间基本上都是15-30分钟，这样就需要匹配发电机组，为设备提供持续的源源不断的电源。基于如上原因，就要面对大功率硕天UPS电源和发电机组的匹配和兼容问题，以下是个人的一些建议给电源行业人士提供参考：
　　
　　１发电机组和硕天UPS电源之间的配合问题
　　
　　不间断电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和硕天UPS电源之间的配合问题，特别是由整流器产生的电流谐波对供电系统如发电机组的电压调节器、硕天UPS电源的同步电路产生的不良影响非常明显。因此，硕天UPS电源系统工程师们设计了输入滤波器并把其应用到硕天UPS电源中，成功地在硕天UPS电源应用中控制了电流谐波。这些滤波器对硕天UPS电源与发电机组的兼容性起到了关键作用。
　　
　　事实上所有的输入滤波器都使用电容器和电感来吸收硕天UPS电源输入端**破坏性的电流谐波。输入滤波器的设计考虑了硕天UPS电源电路固有的和在满载情况下的**可能的全部谐波畸变的百分比。大多数滤波器的另一个益处是提高带载硕天UPS电源的输入功率因数。然而输入滤波器的应用带来的另一个后果是使硕天UPS电源整体效率降低。绝大多数滤波器消耗１％左右的硕天UPS电源功率。输入滤波器的设计一直在有利和不利因素之间寻求平衡。
　　
　　为了尽可能提高硕天UPS电源系统的效率，近期硕天UPS电源工程师在输入滤波器的功耗方面做了改进。滤波器效率的提高，从很大程度上取决于将IGBT（绝缘门级晶体管）技术应用到硕天UPS电源设计中。IGBT逆变器的高效率导致了对硕天UPS电源的重新设计。输入滤波器可以吸收某些电流谐波，同时吸收很小一部分有功功率。总之，滤波器中感性因素对容性因素的比率降低了，硕天UPS电源的体积变小了，效率提高了。在硕天UPS电源领域的事情好像得以解决了，然而新问题是硕天UPS电源与发电机的兼容性又出现了，替代了老问题。
　　
　　２硕天UPS电源功率因数的问题
　　
　　通常，人们把注意力放在硕天UPS电源满载或接近满载情况下的工作状态。绝大多数工程师都能表述满载情况下的硕天UPS电源工作特性，特别是输入滤波器的特性，然而很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣。毕竟硕天UPS电源及其电气系统在轻载状态下的电流谐波影响很小。然而，硕天UPS电源空载时的工作参数，特别是输入功率因数对于硕天UPS电源与发电机的兼容性相当重要。
　　
　　硕天UPS电源**设计的输入滤波器，在减少电流谐波及提高满载情况下的功率因数方面有了较好的效果。但是在空载或很小负载情况下却衍生出一个电容性**的极低的功率因数，特别是那些为了满足5％**电流失真度的滤波器。一般情况下，当负载低于25％时大多数硕天UPS电源系统的输入滤波器会导致明显的功率因数降低。尽管如此，硕天UPS电源输入功率因数却很少会低于30％，有些新的系统甚至已达到空载功率因数低于2％，接近于理想的容性负载。

The Power Factor of UPS Power Supply in Suo Tian

Usually, people pay attention to the working state of Shuotian UPS when the power supply is full or close to full load. Most engineers can describe the operating characteristics of Shuo Tian UPS power supply under full load, especially the characteristics of input filters. However, few people are interested in the status of filters in or near no load. After all, the current harmonic effect of the power supply and its electrical system of SUOTAN UPS is very small under the light load condition. However, the operating parameters, especially the input power factor, are very important for the compatibility between the UPS power supply and the generator.

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The newly designed input filter of SUOTAN UPS power supply has achieved good results in reducing current harmonics and improving power factor under full load. However, in the case of no-load or very small load, a very low power factor with advanced capacitance is derived, especially those filters designed to satisfy the 5% maximum current distortion. In general, when the load is less than 25%, the input filters of most Shuotian UPS power supply systems will lead to significant power factor reduction. Nevertheless, the input power factor of Shuotian UPS power supply is seldom less than 30%. Some new systems have even reached no-load power factor less than 2%, which is close to the ideal capacitive load.

　
　　这种情况不影响硕天UPS电源输出和关键负载，市电变压器和输配电系统也不受影响。但发电机就不同了，有经验的发电机工程师知道：发电机带大容性负载时工作会不正常，当接入较低功率因数负载，典型的低于15％～20％容性时，由于系统失调，可能导致发电机停机。在市电停电后出现这种停机?应急发电机系统带动硕天UPS电源系统负载将造成灾难性事故。由于下述两种原因停机给关键负载带来危险：**，发电机需要手动重启，并且必须在硕天UPS电源电池放电结束前；第二，在停机前发电机可能引起系统的"过压"，它可能损坏电话设备、火警系统、监控网络甚至硕天UPS电源模块。更糟糕的是，在事故发生后，很难区分责任，找出问题所在并予以纠正。硕天UPS电源测试完好，并指出其它地方相同的设备没有发生类似问题。发电机厂商说是负载的问题，无法调整发电机来解决问题。
　　
　　２.1发电机与硕天UPS电源负载
　　
　　发电机依靠电压调节器控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压，以其平均值与要求的电压值相比较。调节器从发电机内部的辅助电源取得能量，通常是与主发电机同轴的小发电机，传送ＤC电源给发电机转子的磁场激励线圈。线圈电流上升或下降，控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EＭＦ的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。
　　
　　发电机定子线圈的内阻以Z表示，包括感性和阻性部分；由转子励磁线圈控制的发电机电动势用交流电压源以E表示。假设负载是纯感性的，在向量图中电流I滞后电压U正好90°电相位角。如果负载是纯阻性的，U和I的矢量将重合或同相。实际上多数负载介于纯阻性和纯感性之间。电流通过定子线圈引起的电压降用电压矢量I×Z表示。它实际上是两个较小的电压矢量之和，与I同相的电阻压降和**90°的电感压降。在本例中，它恰好与U同相。因为电动势必须等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量E＝U和I×Z的矢量和。电压调节器改变E可以有效地控制电压U。
　　
　　现在考虑用纯容性负载代替纯感性负载时，发电机的内部情况会发生什么变化。这时的电流和感性负载时正好相反。电流I现在**电压矢量U，内阻电压降矢量I×Z，也正好反相。则U和I×Z的矢量和小于U。
　　
　　由于和感性负载时相同的电动势E在容性负载时产生了较高的发电机输出电压Ｕ，所以电压调节器必须明显地减小旋转磁场。实际上，电压调节器可能没有足够的范围来完全调节输出电压。所有发电机的转子在一个方向连续励磁含有**磁场，即使电压调节器全关，转子仍有足够的磁场对电容负载充电并产生电压，这种现象称为"自激"。自激的结果是过压或者是电压调节器关机，发电机的监控系统则认为是电压调节器故障（即"失励"）。这任一种情况都会引起发电机停机。发电机输出端所接的负载，可能是独立的，也可能是并联的，决定于自动切换柜工作的定时和设置。在某些应用中，停电时UPS系统是发电机接入的**个负载。在其它情况下，UPS和机械负载同时接入。机械负载通常有启动接触器，停电后重新闭合需要一定时间，补偿UPS输入滤波电容器的感性电动机负载要有延时。UPS本身有一段时间称为"软启动"周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数提高。然而，UPS的输入滤波器并不参与软启动过程，他们连接在UPS的输入端是UPS的一部分，因此，在某些情况下，停电时首先接到发电机输出端的主要负载是UPS的输入滤波器，它们是高容性的（有时是纯容性的）。
　　
　　解决这一问题的方法很明显要用功率因数校正。这有多种方法可以实现，大致如下：
　　
　　安装自动切换柜，使电动机负载先于UPS接入。某些切换柜可能不能实现这种方法。另外，在维护时，工厂工程师可能需要单独调试硕天UPS电源和发电机。
　　
　　增加一个**性反应电抗来补偿容性负载，通常使用并联缠绕电抗器，接在E-G或发电机输出并联板上。这是很容易实现的，而且成本较低。但是无论在高负载还是在低负载的情况下，电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。而且不论硕天UPS电源的数量多少，电抗器的数量总是固定的。
　　
　　在每一台硕天UPS电源中加装感性电抗器，正好补偿硕天UPS电源的容抗。在低负载情况下由接触器（选件）控制电抗器的投入。此方法电抗器较**，但数量较大且安装和控制的成本高。
　　
　　硕天UPS电源在滤波电容前安装接触器，在低负载时断开。由于接触器的时间必须**，控制比较复杂，只能在工厂安装。
　　
　　哪一种方法是**的，要根据现场的情况和设备的性能来确定。
　　
　　2.2共振问题
　　
　　电容自激问题可能被其他电气状态所加重或掩盖，如串联共振。当发电机的感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值相互拉近，并且系统的电阻值较小时将产生振荡，电压可能超出电力系统的额定值。新近设计的硕天UPS电源系统实质上为100％的电容性输入阻抗。一台500kVA的硕天UPS电源可能有150kvar的电容和接近于0的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是硕天UPS电源的常规部件，这些部件都是感性的。事实上他们和滤波器的电容一起使硕天UPS电源总体表现为容性，可能在硕天UPS电源内部已经存在一些振荡。加上连到硕天UPS电源的输电线的电容特性，整个系统的复杂性大为提高，超出了一般工程师所能分析的范围。
　　
　　近来在关键应用中两个附加因素使得这些问题更普遍。首先，根据用户高可靠数据处理的要求，计算机设备厂商在其设备中更多地提供冗余电源输入。现在典型的计算机柜都带有两个或更多电源线。其次，设备经理要求系统支持在线维护，他们希望在硕天UPS电源关机维护时关键负载也有保护。这两个因素使得典型数据中心硕天UPS电源的安装数量增加，每台硕天UPS电源的负载容量减少。但是发电机的增加没有与硕天UPS电源保持一致。在设备经理的眼中发电机通常是备用的，容易安排维护。另外在一些大的项目中资金压力限制昂贵的大功率发电机组的数量。结果是每台发电机带更多的硕天UPS电源，这是一个令UPS厂商高兴发电机厂商烦恼的趋势。
　　
　　近些年来，企业已经趋向于选用更小的模块（10kVA—50kVA）来构建更大规模的硕天UPS电源系统。而大家都知道，在工程领域优缺点总是共存的。这种模块化设计的优点是可以按照业务需求来提高系统性能（假设规模不变）并降低维护成本。这些模块是支持热切换的，用户可以将其返还给厂家进行更换或维修。一般来讲，模块化系统会适当的增加一个模块来提升自己的性能，而不是仅仅局限于提供额定的性能，在尽可能比特大型系统少花钱的基础上使其天生具有“N 1”冗余的性能。
　　
　　在过去，模块化硕天UPS电源系统的潜在优势是其高效性。当一套硕天UPS电源系统在接近其**额定性能运行时，它的效率**高。随着负载水平的下降，效率也在下降。从表面上看好像没什么大的损失，但是如果你更多地关注一下能源浪费和能源成本问题的话，你就会发现这方面的损失在逐渐上涨，你会开始重点考虑这一问题。
　　
　　模块化硕天UPS电源系统可以并愿意被重新配置，因为这样可以使其更接近标准性能。传统的大型硕天UPS电源系统配置偏高，目的是为了应对未来的性能增长需求，因此它们经常都会在额定性能以下运行许多年的时间，甚至**是这样。然而，性能冗余也就意味着降低效率。在“N 1”模块化系统中，通过仔细的能耗管理，可以将这种现象降到**限度。
　　
　　然而，如果要进行“2N”冗余配置，不论哪种类型，都需要对能耗进行管理，保证负载系统的性能不会低于其额定性能的50%。否则，如果负载配置系统出故障的话，该系统就会超负荷运转。这样做的结果是，每套在“2N”模式下运行的硕天UPS电源系统都不会超过其**高容量。此外，通过仔细的能耗管理，一套模块化硕天UPS电源可能会得到更为精密的配置，在这一点上甚至会超过规模更大、但容量固定的系统。从长远来看，可以达到节约能耗的目的。当然，在这种情况下，会出现很多“如果”、“可能”、“也许”的不确定因素。
　　
　　模块化系统的缺点是要分情况的，取决于好几个因素。我们需要把较小的模块化系统安装成“列”，作为额外的机柜。这意味着对机房的空间和承重要求要增加。具体的增加量则要取决于实际装配的机柜“列”数，以及其电路的布线模式。这样扩大规模可能会损失一定的经济利益，因为尽管说每套硕天UPS电源系统都会有额外的空间，但它并不一定愿意将其让给其它的设备。从某种程度上讲，我们可以通过将硕天UPS电源模块迁移到适合其运行的地方来弥补这种损失，前提是楼内有充分的空间。但是，用80kVA的系统构建一个容量需求从不超过30kVA的列柜必然是不符合成本效益的。
　　
　　此外，数据中心内部使用的必须是阀控式铅酸蓄电池（VRLA）。如今在大多数硕天UPS电源系统中都使用这种类型的蓄电池，但是它有一定的风险和使用寿命限制，随着时间的推移，这会导致设备更换费用的增加。如果你运行的是一座大型的数据中心，而又钟爱于湿铅酸蓄电池的长期稳定性的话（除了其**初成本、构建和维护要求的严格性之外），将小型硕天UPS电源系统布置在机柜行列中可能会不太实用。
　　
　　这是因为无论直流电的运送距离长短都需要大量的铜线，这会迅速增加系统的成本及空间需求。而如今，你可以安装大型的集中化系统，无论是以传统的模式还是以模块化的方式，同时也可以选择任何一种自己喜欢的电池类型。
　　
　　对于大多数模块化硕天UPS电源系统来说，在创建内置冗余容量时会遇到另外一个问题。如果系统框架是满载的（比如说在一个80kVA的框架上配置9个10kVA的模块），那就基本上没有问题。但是，如果系统框架没有满载，你就有责任去对能耗进行管理。因为如果这样的话，至少总会有一个模块的容量未被使用。否则，你就会失去冗余的容量。
　　
　　关于模块化硕天UPS电源**的争议是其可靠性。众所周知，无论是在任何系统中，部件越多，出故障的风险就越大。传统硕天UPS电源的支持者总是在申诉这一问题，但是，新兴模块化硕天UPS电源系统的厂商已经对**在这方面的统计分析投入了很多的注意力，而且可以提供很多理论及实际数据来反驳传统的观点。事实上，如今的硕天UPS电源主流产品是非常可靠的。在对其进行选择时，你或许更应该权衡一下其它因素。
　　
　　无论是在相同的还是不同的数据中心，都可以混合使用不同类型的硕天UPS电源。有些人将传统硕天UPS电源作为其主要资源，而将规模更小的模块化硕天UPS电源系统作为补充，将其用在**核心的硬件设备上，为其提供“2N”冗余容量，而并不增加企业的总成本。

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