通过之前列举的UPS三种显著损耗类型和绘制的UPS效率曲线，我们已经对UPS的效率有了总体的认识。那么有没有降低这三种损耗的方法呢？请随不二师兄一起看下去吧。

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“技术”一词往往与拓扑和模块化有所重叠，但在本系列文章中，其意义仅限于描述包含硬件和软件的UPS构成组块。

大型固态（“静态”）UPS系统的工作是进行交流电（AC）与直流电（DC）之间的相互转换。这种电力转换过程的一个内容就是快速的开关切换，由于开关固有的电阻，这将导致开关上产生热量形式的功率损耗。实际上，即使在开关开路时，也总会有因漏电流造成的少量热损耗。这就与绳子（电流）经过人的手（开关）快速拉动时的发热情况可以类比。绳子张紧（开关闭合）时发热，而当绳子放松（开关断开）时，产生的热量就非常少。

最初，开关过程由具备大功率/高电压开关能力的可控硅整流器（SCR）来实现。可控硅（SCR）在1990年代中期之前是标准的UPS组件，至今仍在某些较老的设计中使用。其价格相对低廉，而且易于设计，但却有严重的缺点，其中最糟糕的就是往往会以“短路”失效，即在UPS的最关键点直流母线上造成短路。必须加装保护电路和装置以防止直流母线进入这种故障模式，继而导致更多组件故障。SCR导通容易（对栅施加1-2V信号即可）但截止较难（必须有一个反向偏置电压尖峰）。晶体管没有此问题，其导通和截止所需功率较小。基本上当存在选通信号时，它们为“通”，当没有选通信号时即为“断”。但直到1990年代中期，它们的电流处理能力一直有限。这一问题在绝缘栅双极晶体管（IGBT）被引入后得到了解决。能够实现更高速度并处理更大功率的IGBT使功率转换过程得以采用“高频脉宽调制（PWM）”模式工作。高频PWM可以减小所需滤波组件的规格，从而可进一步实现效率提升。

当今许多制造商正在由模拟控制转向数字信号处理（DSP）控制。这种转变类同于从采用齿轮和指针的传统手表到采用电池和液晶显示屏（LCD）的数字手表的转变。DSP控制的智能性要高得多，可以在高得多的速率下运行，由此可以做出有助于提高效率的多得多的决策。DSP控制也可以使组件数量比模拟电路要少。

更高级的DSP控制可以通过智能自适应开关来提高效率，在这种方式中，高频主功率开关可以在可能造成损耗的开关转变更少的条件下保持输出电压精度。对于较轻的负载，采用DSP使开关转变减少的量最高可达50%，由此可实现显著的效率改进。此外，DSP控制比其前代控制方式需要的功率少得多，由此可实现空载损耗的实质性减少。

IGBT和DSP技术是重大的技术进步，它们已经使最近几代的UPS产品的效率得到了提高。

Eco模式是为了提高电气效率和达到节能降耗的目标所采取的UPS的一种运行模式，市场上不同的厂家有不同的叫法。但都是UPS工作在旁路状态，旁路状态下UPS的效率为98%到99%之间，这也就是UPS Eco模式高效运行的根本，即UPS效率可以提高工作效率2-5%。这一部分内容我们在Eco模式：UPS节能运行模式的收益和风险系列文章中，已经详细地分析过Eco模式的利弊了，在此就不多赘述，感兴趣和有些遗忘的邦友可点击历史文章按钮查看。

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UPS拓扑对其功率组件内部连接的方式进行了基本的规定。制造商们可以采用拓扑作为在特定应用或规格范围内降低损耗的工具。在大型UPS系统主要采用两种拓扑：双转换在线式和Delta转换在线式。对于大功率UPS系统（超过200kVA）：美国电力研究学会有一份出版物表明，当前采用Delta转换在线式UPS拓扑可以实现最高的效率（图4）。拓扑对UPS效率的影响在以下各段中进行介绍。

图4  LBNL UPS报告摘录

对于Delta转换在线式系统，效率的提升主要通过降低空载损耗实现，此外也有平方损耗降低的因素。通过以串联布置使用输入变压器，UPS输入电流和UPS输出电压可以完全被调节和控制，而无需像双转换在线式系统一样将所有输入功率转变为直流后再转回交流，如图5所示。应注意，Delta转换在线式UPS的输出电压完全由输出逆变器再生得到，并与市电隔离，就像在双转换在线式UPS一样。拓扑降低空载损耗的方式的另一例子是通过取消与双转换拓扑相关的输入滤波器。传统的双转换式UPS会产生较大的输入谐波电流（占总谐波失真的9%至30%）和较低的功率因数（0.9至0.8）。鉴于此原因，在双转换式设计中加装了一个输入滤波器，它可以提高功率因数，并使造成上游导线和变压器中热损耗增加的谐波或有害电流最小化。然而应注意，加装这一输入滤波器会干扰发电机组的电压调节。由于输入电流为正弦波电流，高功率因数Delta转换式拓扑产生的输入谐波电流可以忽略（小于3%），由此可完全不需要输入滤波器。关于各种UPS拓扑的差别的更多讨论，请参见不同类型的UPS系统系列文章。

图5  两种“在线式”UPS 功率转换技术

Delta转换可以很好地说明制造商可以如何使用拓扑来提高UPS效率并提高节能量，同时不对电气性能造成影响。以下比较有助于说明这种节省。

配置“A”是一台1MWDelta转换在线式UPS。配置“B”是一台1MW双转换在线式UPS。图6所示为每一台UPS的效率曲线，以负载百分比为自变量。在两种情况下，均假设负载为300kW。配置“A”在30%负载下的效率为94.9%，而配置“B”为88.7%，即两者效率相差6.2个百分点，在UPS的整个生命周期内这是相当大的成本节约。

图6  Delta转换式 UPS“A”与双转换式 UPS“B”的效率曲线

表3显示，配置“A”的Delta转换式拓扑相比配置“B”的双转换式拓扑可实现58%的成本节约。很明显，两种UPS的最大成本均来自空载损耗，占到所有损耗的60%左右。

表3  300 kW负载的10年效率成本分析

 Delta 转换式与双转换式（1N）-以美元计

当相同的UPS作为2N冗余的体系结构进行分析时，表3所给出的成本会接近翻倍（双系统）。以下比较将对此加以说明。

配置“A”由冗余（2N）1MW Delta转换在线式UPS系统组成。配置“B”由冗余（2N）MW双转换在线式UPS系统组成。负载同样假设为300kW。这意味着此时每台UPS均仅加载至15%，因为在正常运行中每种配置内的两台UPS各自承担一半负载。表4给出了这种2N情况的成本明细。应注意，对于任何一种UPS，尽管平方损耗在2N式体系结构下会减半，但却不能抵消空载损耗的加倍，因为这些功率损耗与负载无关。

这“两招”邦友们学会了吗？下期我们来学习提高大型UPS效率的第三招：模块化。