高频机型UPS“电池寿命缩短”论的误区

在某次会议后，某先生在介绍会议内容时说：会上由某君提出一个对高频机型UPS自以为是重磅炸弹的新问题来说明高频机型UPS的“致命弱点”。这个问题的提出的确令参会者一时摸不到头脑。本人听了后也不觉黯然：在这个时代，在这个深入讨论技术的高水平会议上，竟有人提出这样的低层次问题怎不令人吃惊!为了以正视听和与某君商榷一点技术问题，的确需要从头说起。

一、UPS的出现与责任

UPS已有近50年的历史，高频机型UPS也有10年以上的历史。作为计算机孪生兄弟的 UPS从出生的那天起就负起了保护数据的责任。早期的计算机输入系统并不像现在这样方便，其输入的数据必须首先转换成0和1的2进制布尔代数形式。比如1 就用01表示，3就用11表示等，然后将这些数字在纸带上穿孔，如图1所示的样子，一般在纸带上沿宽度方向有8个穿孔位置，在这个位置上有孔就是1，无孔就是0。纸带在穿孔机上打完孔以后就送到光电机向计算机内输入，打过孔的的纸带在灯光的照射下移动，有孔的地方透光，就被对面的光电管接收，就是1，无孔的地方不透光就是0…就这样非常复杂地将题目输入计算机。但在计算过程中一旦市电故障，整个计算就完全变成空白，下一次市电恢复后，整个光电输入过程还得重新来过，相当麻烦!于是就有人就提出，如果在市电断电时给计算机一个信号，然后再供5s的电，让计算机将现场计算结果保存起来，等下一次市电恢复后再接着上次的结果运算下去。于是第一代UPS就肩负着这个保护数据的、不间断供电的使命问世了。

第一代UPS是个什么样子呢？比如我国1967年随1900计算机进口的20kVAUPS就是在一台电动发电机的同轴上安装了一个5T重的大飞轮，当市电断电后借助于飞轮的惯性带动同轴上的发电机再维持5s的供电时间。以后又发展到将市电整流后给蓄电池组充电和驱动直流电动机旋转，从而带动同轴的交流发电机，这样一来不间断供电的时间就可以延长了，这也是电池组首次进入UPS作为不间断能源。到了上个世纪70年代，半导体得到了发展，可控硅的出现就将原来旋转发电机式UPS发展成静止变换式电路，但电池组仍作为不间断能源被保留下来。于是UPS开始朝着两个方向发展：旋转发电机式UPS和静止变换式UPS，目前旋转发电机式UPS已有3000kVA的产品，静止变换式高频机型UPS也有了1200kVA的单机产品。

二、UPS的现状与发展

开始静止变换式电路是工频机型UPS，而且整流器和逆变器电路都是由可控硅构成，并且输入输出都有变压器。因为当时的UPS电路技术还是全桥电路，并且输出端的电压是交流电，即输出线都是火线，无法满足计算机厂家要求的UPS输出零线接地的愿望，所以只好加装输出隔离变压器，这不但可以实现输出接地的要求，也给逆变器前面的蓄电池灵活配置带来了方便。但这样一来也增大了UPS的重量、体积和功耗。随着电子元器件和IT技术的发展，数据中心开始纷纷建立，这些中心的机房开始成为用电大户。工频机型UPS的另一个弱点暴露出来了，那就是输入功率因数低。这主要是由于输入电路采用的可控硅所致，由于可控硅整流滤波输入电路(俗称6脉冲)对电网电压的破坏作用使其输入功率因数只有0.8。换言之，如果UPS是300kVA的容量，只能有效利用市电240kW的有功功率，而有 180kvar的无功功率占用了电网的线路，不仅如此，还对外形成干扰。如果前面加配发电机，则发电机的容量至少为UPS的3倍，即至少900kVA，这就给用户带来了很大的负担。为此必须提高UPS的输入功率因数，其方法是前面要配置有源滤波器或把6脉冲整流升为12脉冲整流，最好再加11次谐波滤波器，这样一来又增大了UPS的负担。比如某6脉冲整流的300kVA容量UPS升为12脉冲整流再加11次谐波滤波器后，就增加了600kg，重量从原来的1.6吨增加到2.2吨，这又是一笔不小的花费。

电子元器件的发展又为UPS的更新换代打开了通道，目前某输入功率因数为0.99以上的300kVA高频机型UPS的重量才0.8吨左右，而且效率也比前者提高了近5个百分点。顺利地解决了上述的困难，给数据中心带来了福音。这就是工频机型UPS的换代产品。

三、两种机型的争论

我国有句谚语，叫做“旧的不去新的不来”。这里的问题是新的来了旧的还没有去。究其原因不外乎是旧的不愿意去。既然不愿去就得说出不愿去的理由，最好的办法就是以攻为守，指责高频机型UPS的不足。当然那种指责高频机型UPS没有变压器、IGBT可靠性不高和问世较晚等“论点”已被各方批驳的失去了锐气，因为那些所谓的论点都是其本身对UPS的基本功能认识模糊，所以站不住脚。无奈之下又提出了新的攻击目标：说什么高频机型UPS在整流器功率不足时，就要从电池中索取能量去补充，结果导致电池寿命缩短。

这个论点在外行看来无疑是一颗重磅炸弹，但对稍有UPS知识的人来说，只好摇头叹息：因为这又是一个基本概念问题。UPS为什么称为不间断电源？这个不间断功能是靠谁来实现的？从前面的叙述中已经清楚，开始是利用飞轮的储能--动能。后来就是利用化学能，那就是蓄电池。没有电池的电路就不能称其为UPS，只能算作交流稳压器或稳压稳频源(CVCF)。

不间断作用的。不管什么原因：输入市电断电也好、输入电压不稳造成的整流能量不足也好，只要是影响到间断供电的事情，电池组都要管。某君说：在整流器功率不足时，就要从电池中索取能量去补充，结果导致电池寿命缩短。这是电池的职责所在，寿命缩短也得干，不然要它干什么!这是第一个误区：不了解电池的基本作用

第二个误区是，按照某君的说法，在工频机型UPS的整流器功率不足时，其电池组为了不缩短寿命，就不补充能量。那怎么办呢？要么让UPS停机，要么就把这些不足的能量直接送到负载，管它负载工作正常不正常!工频机型UPS决不会是如此工作的。

所以，在整流器功率不足时，就要从电池中索取能量去补充，结果导致电池寿命缩短这一条不论对工频机型UPS还是高频机型UPS都会存在，而且也必须都这样做。问题是某君却只说高频机型UPS，却忘了说工频机型UPS。这不但是概念不清问题，也兼有认识模糊之嫌。