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摘要：從EPS的實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)，通過對(duì)構(gòu)成EPS的各功能單元之設(shè)計(jì)考慮和性能特征的分析，對(duì)EPS的構(gòu)造原理、性能特點(diǎn)和適用領(lǐng)域作了較為全面的討論。
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的依賴程度越來越高，特別是對(duì)那些重要、關(guān)鍵的電力負(fù)荷，一旦中斷供電，往往會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的甚至災(zāi)難性的后果。同時(shí)，人們的安全意識(shí)和對(duì)突發(fā)事件的防范意識(shí)也在迅速提高，應(yīng)急供電系統(tǒng)或應(yīng)急電源越來越受到人們的重視，并在更多的場合成為系統(tǒng)。
與傳統(tǒng)的雙路供電、自備發(fā)電機(jī)、蓄電池直流備用電源等應(yīng)急供電方式相比，采用蓄電池儲(chǔ)能、通過半導(dǎo)體功率器件逆變?nèi)〉媒涣麟娫吹哪孀兪綉?yīng)急電源系統(tǒng)，具有許多*的優(yōu)勢和更為廣泛的適用性，近年來得到迅速的發(fā)展，以至于提到“應(yīng)急電源”和“EPS （Emergency Power Supply）”時(shí)，更多的是指這種逆變式應(yīng)急電源。
逆變式應(yīng)急電源（以下簡稱EPS）在結(jié)構(gòu)與工作原理上與伴隨著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的不間斷電源（UPS）非常相似，但EPS為滿足應(yīng)急供電系統(tǒng)高可靠、高效率、負(fù)載多變、環(huán)境適應(yīng)性好、自診斷能力強(qiáng)、多數(shù)時(shí)間處于備用狀態(tài)等特殊要求，在工作原理、工作方式、性能、構(gòu)造、選用、安裝、維護(hù)等方面均與UPS有很多不同。正確的理解、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和維護(hù)，是保證EPS長期可靠運(yùn)行的必要條件。
1 EPS的構(gòu)造與性能特點(diǎn)
EPS一般由充電器、蓄電池組、逆變器、自動(dòng)切換裝置、輸入輸出配電裝置、電池監(jiān)測裝置、系統(tǒng)控制器、狀態(tài)顯示器、設(shè)置操作裝置等部分組成。
1.1 充電器
為使蓄電池組保持滿荷電狀態(tài)并能反復(fù)循環(huán)使用，充電器EPS*的部分。因EPS通常工作于備用狀態(tài)，不需在線運(yùn)行，所以EPS中一般不配置全功率整流器，應(yīng)急供電時(shí)由蓄電池為逆變器供電，市電正常時(shí)，EPS通過切換開關(guān)直接向負(fù)載供市電，并由充電器對(duì)蓄電池充電。通常要求EPS的循環(huán)充電時(shí)間不大于24h，充電器的額定輸出電流值一般為電池組額定安時(shí)數(shù)的5%～10%。例如用于消防應(yīng)急照明的EPS需要提供90min的應(yīng)急供電時(shí)間，綜合逆變器效率和蓄電池放電效率等因素，標(biāo)準(zhǔn)配備電池組的總?cè)萘浚姵亟M額定電壓×電池組總安時(shí)數(shù)）一般為EPS額定輸出功率值的2～2.5倍，因此充電器的額定輸出功率一般為EPS額定功率的10%～25%。當(dāng)充電器功率較大時(shí)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成蓄電池的再充電。
EPS中的充電器一般采用恒流恒壓二階段充電方式或恒壓限流的充電方式。充電器的好壞對(duì)蓄電池的使用壽命影響較大，應(yīng)保證最大充電電流不超過所配用蓄電池的允許值，浮充電壓符合配用蓄電池的推薦值，如具備溫度補(bǔ)償特性則更佳，高頻紋波電流應(yīng)控制在較低水平。當(dāng)然也可以采用其他充電方式，如循環(huán)充電方式、自動(dòng)均充-浮充控制等，但在控制上略為復(fù)雜。市電正常時(shí)，EPS中的充電器通常還需要為控制系統(tǒng)供電。充電器應(yīng)具備高可靠性和良好的自保護(hù)功能，應(yīng)能適應(yīng)較寬的輸入交流電壓范圍，以保證在各種惡劣供電環(huán)境中正常充電并為EPS的控制系統(tǒng)供電。因充電器功率較小，且多數(shù)時(shí)間內(nèi)工作于輕載狀態(tài)，其交流輸入功率因數(shù)和諧波含量等指標(biāo)并不十分重要。EPS中的充電器通常采用高頻開關(guān)電源技術(shù)實(shí)現(xiàn)，也有部分大功率的EPS采用了晶閘管相控整流型充電器。
1.2 蓄電池
蓄電池是EPS應(yīng)急供電時(shí)的能量來源，是影響EPS可靠性的關(guān)鍵部件。目前EPS幾乎采用免維護(hù)鉛酸蓄電池，該電池技術(shù)成熟，價(jià)格較低，使用、維護(hù)簡單，成為UPS和EPS的。關(guān)于免維護(hù)鉛酸蓄電池的特點(diǎn)與應(yīng)用已有許多文章論述，在此僅就其在EPS中應(yīng)用時(shí)的幾個(gè)特殊問題作一討論。
(1) 多組電池并聯(lián)運(yùn)行問題
在EPS中一般采用額定電壓12V的蓄電池串聯(lián)達(dá)到所需的額定直流電壓，在較大功率EPS系統(tǒng)中，為達(dá)到所需電池總?cè)萘?，往往需要多組電池并聯(lián)，例如200kW的EPS，90min標(biāo)準(zhǔn)配置需要8～10組100Ah蓄電池并聯(lián)。而蓄電池制造商一般不推薦太多組（例如6組以上）電池并聯(lián)使用，原因據(jù)稱是容易導(dǎo)致環(huán)流和充放電不均衡。不同品牌或型號(hào)的蓄電池并聯(lián)自然是不可取的，而對(duì)于品牌、規(guī)格、型號(hào)相同的蓄電池并聯(lián)，在正常運(yùn)行情況下的環(huán)流和充放電不均衡則不是主要問題，因?yàn)椴⒙?lián)運(yùn)行時(shí)，各組電池的不均衡可以通過“環(huán)流”而趨于均衡。并聯(lián)運(yùn)行的主要問題應(yīng)當(dāng)是各電池組間的能流難于控制。例如當(dāng)把一組虧電的電池并入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的其他電池組會(huì)對(duì)其充電，且充電電流是不受控的，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該組蓄電池允許的最大充電電流，從而導(dǎo)致該組電池的損壞甚至發(fā)生事故；當(dāng)多組荷電狀態(tài)不均的蓄電池并聯(lián)時(shí)，初期充電電流可能會(huì)過于集中在個(gè)別電池組上，導(dǎo)致過電流充電；當(dāng)多組并聯(lián)電池組中的一個(gè)電池組發(fā)生短路或漏電類故障時(shí)可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果等等。因此當(dāng)需要并聯(lián)的電池組數(shù)目較大時(shí)，應(yīng)采取分組隔離措施，例如將8個(gè)串聯(lián)電池組分為兩大組，每大組由4個(gè)串聯(lián)電池組并聯(lián)構(gòu)成，采用功率二極管進(jìn)行隔離匯流，并采用兩個(gè)充電器分別充電。這樣的系統(tǒng)將更為可靠性和安全。同時(shí)，在各電池組并聯(lián)前，應(yīng)先確認(rèn)它們均處于充滿狀態(tài)。
(2) 蓄電池的工作溫區(qū)
因EPS常被安裝在地下室、低壓配電室等地方，環(huán)境溫度范圍較寬，0～40℃的環(huán)境溫度要求往往也得不到滿足。而免維護(hù)鉛酸蓄電池的推薦使用溫度一般為5～35℃，盡管電池制造商可能聲稱-15～50℃的工作溫度范圍，但溫度過高，蓄電池自放電加重，使用壽命明顯縮短，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控導(dǎo)致電池報(bào)廢；溫度過低時(shí)，蓄電池放電容量嚴(yán)重下降，并且充電困難，強(qiáng)行充電會(huì)導(dǎo)致氣體析出，影響蓄電池壽命。因此當(dāng)EPS的安裝環(huán)境溫度過高或過低時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。
1.3 逆變器與負(fù)載適應(yīng)性
逆變器是EPS的核心部件，市電異常時(shí)，蓄電池存儲(chǔ)的直流電能通過逆變器轉(zhuǎn)換成與市電相同頻率、電壓的交流電，供給重要負(fù)載。因此，EPS的應(yīng)急供電質(zhì)量、逆變效率、負(fù)載適應(yīng)能力等多項(xiàng)重要指標(biāo)都決定于逆變器的品質(zhì)。同時(shí)，逆變器的可靠性也是影響EPS整機(jī)可靠性的關(guān)鍵之一。EPS的逆變器幾乎均采用了IGBT（或功率MOS管）SPWM逆變技術(shù)，該技術(shù)在UPS、變頻調(diào)速器等應(yīng)用領(lǐng)域已得到充分的發(fā)展，是一項(xiàng)成熟技術(shù)。
目前經(jīng)常會(huì)見到關(guān)于UPS與EPS負(fù)載適應(yīng)能力差別的討論。市電正常時(shí)，EPS會(huì)直接向負(fù)載提供市電，其負(fù)載能力僅決定于供電回路中的斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和導(dǎo)線的容量，一般無需討論，但市電中斷時(shí)，由EPS逆變器輸出的應(yīng)急供電必須保證其負(fù)載的重要負(fù)荷正常運(yùn)行，因此UPS與EPS負(fù)載適應(yīng)能力的差別本質(zhì)上還是其逆變器負(fù)載能力的差別。
事實(shí)上，UPS與EPS的逆變器無論是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還是工作原理都是相同的，差別主要來自設(shè)計(jì)參數(shù)和器件容量選擇的不同。目前的SPWM逆變器幾乎都是四象限運(yùn)行模式，理論上能適應(yīng)阻性、感性、容性和非線性等各種負(fù)載。有不少關(guān)于逆變器的負(fù)載能力與負(fù)載功率因數(shù)關(guān)系的討論，但究其原理，并有見到令人信服的分析或說明。電流相位的超前與滯后會(huì)影響電流在逆變開關(guān)管和反并聯(lián)二極管中的分配方式，因此會(huì)影響到功率器件的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，但影響并不顯著；而非線性負(fù)載可能導(dǎo)致很高的峰值電流，必須由功率器件承擔(dān)；沖擊性負(fù)載的沖擊電流也需要功率器件承擔(dān)。負(fù)載電流的超前與滯后對(duì)逆變器輸出能力的影響主要源自逆變器中的輸出濾波器，而逆變器對(duì)非線性負(fù)載和沖擊性負(fù)載的適應(yīng)能力主要決定于功率器件的電流耐量和逆變器控制、保護(hù)方式；直流環(huán)節(jié)對(duì)逆變器的負(fù)載適應(yīng)性也會(huì)產(chǎn)生顯著影響。例如，輸出濾波器中的濾波電容是并聯(lián)在逆變器輸出端的，其中流過的容性工頻電流一般為逆變器額定輸出電流的15%～40%，這相當(dāng)于給逆變器的輸出加了一個(gè)容性偏置，因此逆變器帶容性負(fù)載的能力一般要比帶感性負(fù)載能力差。過多的容性負(fù)載還可能明顯改變輸出濾波器的截止頻率，進(jìn)而影響逆變器閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，其輸出濾波電感對(duì)輸出工頻電壓的分壓比重增加，如果逆變器的輸出濾波電感較大且SPWM調(diào)制系數(shù)又沒有足夠的設(shè)計(jì)裕度，則可能導(dǎo)致輸出電壓下跌或波形畸變。又如，UPS主要是為信息設(shè)備供電，必須適應(yīng)各種非線性整流負(fù)載，因此UPS的逆變器一般都能承受高達(dá)3倍的波峰比，這需要逆變功率器件具備足夠的電流耐量，并且直流母線電容具備足夠的紋波電流承受能力。再如，負(fù)載功率因數(shù)為1時(shí)，UPS的輸出容量下降為其額定容量的70%～80%，主要是直流環(huán)節(jié)的限制。如果不計(jì)逆變器損耗和電池充電所需，UPS中的整流器或直流/直流變換器僅需要為逆變器提供負(fù)載所需的有功功率即可，因此一臺(tái)按負(fù)載功率因數(shù)0.8設(shè)計(jì)的UPS，其整流器或直流/直流變換器只需按UPS額定輸出容80%的功率設(shè)計(jì)即可，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為1時(shí)，為保證直流環(huán)節(jié)不過載，輸出容量必須降為額定輸出容量的80%。如果在各環(huán)節(jié)都留有充足的設(shè)計(jì)裕量，或在使用中采取充分的降額，則SPWM逆變器*可以適應(yīng)各種負(fù)載，但這勢必導(dǎo)致成本增加和資源浪費(fèi)，因此，針對(duì)負(fù)載的需求合理設(shè)計(jì)才是的。UPS與EPS的設(shè)計(jì)目標(biāo)不同，因此負(fù)載特性存在差異是自然的，但僅為適用領(lǐng)域的差異，并非優(yōu)劣之分。
EPS的負(fù)載具有多樣性，但多數(shù)情況下是用于應(yīng)急照明和動(dòng)力負(fù)載。用于照明時(shí)，燈具有白熾燈、節(jié)能燈、日光燈和高壓氣體放電燈等等。用于動(dòng)力負(fù)載時(shí)，又分為提供標(biāo)準(zhǔn)正弦波備用電源的普通型和直接變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻型等等。
用于消防應(yīng)急照明的EPS必須符合GB17945標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)EPS的輸出容量是以kW為單位定義的，但實(shí)際上僅當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為接近1時(shí)，該定義才是適當(dāng)?shù)?，?dāng)負(fù)載功率因數(shù)較低時(shí)，EPS的電流輸出能力并不會(huì)增加，輸出視在功率額定值也不會(huì)增加，因此實(shí)際選用EPS時(shí)，必須考慮負(fù)載的功率因數(shù)和視在功率，而不能僅考慮負(fù)載的有功功率。按照GB17945標(biāo)準(zhǔn)的要求，EPS應(yīng)能在120%負(fù)載時(shí)正常工作；當(dāng)個(gè)別供電支路發(fā)生短路故障時(shí)EPS應(yīng)能使該支路斷路器跳閘而不影響其他支路的正常工作。也就是說，標(biāo)稱功率1000W的EPS，必須具備1200W的正常輸出能力；在局部負(fù)載發(fā)生短路故障時(shí)，EPS的逆變器必須能在短時(shí)間內(nèi)以限流輸出方式輸出數(shù)倍于額定值的清除電流。由此可以看出，標(biāo)稱容量相同的EPS和UPS，其逆變器實(shí)際輸出能力是存在差別的。
用于動(dòng)力負(fù)載的EPS必須能夠承受電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，但若將EPS的逆變器容量設(shè)計(jì)的過大也是不現(xiàn)實(shí)的。因此各EPS廠家都給出了電機(jī)負(fù)載不同啟動(dòng)方式下配用EPS容量的計(jì)算方法，其核心是證EPS的逆變器在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不至于過載停機(jī)。但是，為電機(jī)負(fù)載配置數(shù)倍于其額定功率的EPS既不經(jīng)濟(jì)，也不合理，因?yàn)閷?duì)于短時(shí)過載能力很強(qiáng)的逆變輸出變壓器和蓄電池而言，是能夠承受電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊的，在需要較大啟動(dòng)電流的應(yīng)用場合，適當(dāng)加大功率器件容量以提高逆變橋的短時(shí)輸出能力，不失為一種更為合理的解決方案。實(shí)際上，用于動(dòng)力負(fù)載的EPS在很大程度上具有根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)定制的特征，因而可以取得更合理的負(fù)載適應(yīng)能力。
不少EPS產(chǎn)品采用原本為交流電機(jī)調(diào)速而設(shè)計(jì)制造的變頻器配以低通濾波器和輸出變壓器構(gòu)成逆變器，在成本允許的情況下，確為一種良好的方案。因?yàn)楣I(yè)用變頻器多由一些國際有名電氣公司研制生產(chǎn)，技術(shù)成熟、*，選材、工藝精良，具有很高的可靠性和負(fù)載能力，并且規(guī)格齊全、價(jià)格不高。多數(shù)變頻器均允許直流供電運(yùn)行，選用適當(dāng)容量的變頻器，合理設(shè)置運(yùn)行參數(shù)后配以正確設(shè)計(jì)的低通濾波器和輸出變壓器，可以構(gòu)成可靠性很高的逆變器。其缺點(diǎn)是濾波器和輸出變壓器在電壓控制環(huán)之外，因此逆變器的輸出電壓穩(wěn)定性和波形略差，但用于應(yīng)急供電已經(jīng)足夠了。至于采用變頻器構(gòu)成電機(jī)專用變頻驅(qū)動(dòng)的EPS，其合理性更不必多說。
EPS的逆變器一般需要具備冷啟動(dòng)能力（在無市電狀態(tài)下依靠*電池電力啟動(dòng)），以滿足“強(qiáng)制啟動(dòng)”功能要求，因此在蓄電池與逆變器直流母線電容間需要加裝緩沖裝置，以完成母線電容的預(yù)充電，防止過大沖擊電流導(dǎo)致器件損壞和直流輸入斷路器跳閘。
1.4 自動(dòng)切換裝置與切換時(shí)間
為實(shí)現(xiàn)市電供電與逆變器供電之間的自動(dòng)切換，自動(dòng)切換裝置是EPS中的部件，也是影響EPS可靠性的關(guān)鍵部件之一。根據(jù)EPS的輸出容量和負(fù)載要求不，自動(dòng)切換裝置可采用繼電器、交流接觸器、互投開關(guān)、晶閘管固態(tài)開關(guān)等構(gòu)成。對(duì)EPS的切換時(shí)間要求具有多樣性，例如，一般消防應(yīng)急照明要求切換時(shí)間小于5s，高危險(xiǎn)區(qū)域使用的消防應(yīng)急照明要求切換時(shí)間小于0.25s，為高壓氣體放電燈供電時(shí)，為保證不熄輝，則要求切換時(shí)間為數(shù)毫秒量級(jí)，為風(fēng)機(jī)、泵類、卷簾門、電梯等負(fù)載供電時(shí)，根據(jù)應(yīng)用要求不同，切換時(shí)間也會(huì)在數(shù)毫秒至數(shù)秒不等。
EPS與UPS不同，多數(shù)應(yīng)用場合對(duì)切換時(shí)間并無苛刻要求，切換時(shí)間也并非越短越好，在能滿足應(yīng)用需求的前提下，適當(dāng)慢一點(diǎn)切換可以在其他方面獲益，例如降低損耗，減小暫態(tài)沖擊，提高可靠性，避免負(fù)載可能因瞬間失電而導(dǎo)致工作失常等等。市電正常時(shí)EPS的逆變器一般工作于備用狀態(tài)，且有冷備份與熱備份兩種工作方式。冷備份時(shí)，逆變器僅控制部分處于工作狀態(tài)，功率部分處于加電待機(jī)狀態(tài)，但不啟動(dòng)；熱備份時(shí)，整個(gè)逆變器處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負(fù)載。當(dāng)逆變器熱備份時(shí)，最短切換時(shí)間基本決定于所用切換裝置的動(dòng)作時(shí)間；而當(dāng)逆變器冷備份時(shí)，最短切換時(shí)間還要受逆變器啟動(dòng)時(shí)間的制約。特別是容量較大的EPS，如果啟動(dòng)過快，逆變輸出變壓器和低通濾波器會(huì)產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊，甚至可能損壞半導(dǎo)體功率器件，因此逆變器一般都具備軟啟動(dòng)特性，且功率越大，啟動(dòng)越慢，大容量EPS逆變器的啟動(dòng)時(shí)間可達(dá)數(shù)秒之久。如果要求更快的切換時(shí)間，則只能采取熱備工作方式，此時(shí)EPS的待機(jī)損耗自然要增加許多。
至于采用何種切換裝置，主要是根據(jù)對(duì)切換時(shí)間的要求而定。如果要求毫秒級(jí)的切換時(shí)間，則只能采用晶閘管固態(tài)切換開關(guān)，且逆變器要處于熱備狀態(tài)并保持與市電鎖相。與同容量的機(jī)械切換開關(guān)相比，晶閘管固態(tài)換開關(guān)的造價(jià)要高得多，通態(tài)損耗也大得多。在對(duì)切換時(shí)間無苛刻要求的應(yīng)用場合，一般采用機(jī)械切換開關(guān)進(jìn)行切換，容量較小的EPS一般采用功率繼電器，功率較大的EPS通常采用互鎖的交流接觸器或自動(dòng)互投開關(guān)。與交流接觸器相比，自動(dòng)互投開關(guān)動(dòng)作較慢，但由于互投開關(guān)具有機(jī)械自保持特性，對(duì)于不頻繁的切換而言，在長期運(yùn)行的可靠性方面更具優(yōu)勢。
用晶閘管固態(tài)開關(guān)實(shí)現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術(shù)已在UPS中應(yīng)用多年，將其用于EPS亦不是困難的事情。關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)逆變器的鎖相運(yùn)行和對(duì)市電故障的快速檢測。在市電正常、逆變器也正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，即使是進(jìn)行不間斷的切換，在技術(shù)上也是可以做到的，但實(shí)際情況是，切換需要在市電突然發(fā)生中斷或故障時(shí)進(jìn)行，因市電中斷或故障的發(fā)生時(shí)刻是隨機(jī)的和非預(yù)知的，檢測確認(rèn)市電故障需要時(shí)間，此時(shí)的切換時(shí)間不可能小于檢測、確認(rèn)市電故障需要的時(shí)間。為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作，檢測時(shí)間不能太短。實(shí)踐證明，當(dāng)檢測時(shí)間小于2ms時(shí)，其檢測可靠性會(huì)明顯下降。因此小于2ms的切換時(shí)間是不可取的。
在EPS的各種負(fù)載中，對(duì)切換時(shí)間要求的應(yīng)當(dāng)是高壓氣體放電燈。盡管這種燈具不允許用于消防應(yīng)急照明，但由于其高強(qiáng)度、高效率，在許多大型場館中都有應(yīng)用。由于此種燈具一旦熄輝，需要冷卻后方能重新啟動(dòng)，為保證照明不發(fā)生中斷，為其供電的EPS必須具備快速切換能力。根據(jù)對(duì)多種高壓氣體放電燈產(chǎn)品的測試，如果不采取適當(dāng)?shù)睦m(xù)流措施，5ms的電力中斷即可能導(dǎo)致熄輝，個(gè)別產(chǎn)品甚至3ms電力中斷就會(huì)熄輝。
而對(duì)于某些電梯類負(fù)載，毫秒級(jí)的切換顯然不是必要的，但切換時(shí)的瞬間失電可能導(dǎo)致電梯控制系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。此種情況需要通過EPS控制系統(tǒng)的延時(shí)適當(dāng)增加切換時(shí)間，方可保證電梯在應(yīng)急供電后繼續(xù)正常運(yùn)行。
在有些應(yīng)用場合，為了取得零切換，要求將EPS設(shè)計(jì)成再線運(yùn)行方式，此時(shí)的EPS實(shí)際已變成了一臺(tái)專用的UPS。
1.5 輸入輸出配電裝置
EPS的交流輸入輸出端一般不像UPS那樣簡單，而需要根據(jù)用戶要求或設(shè)計(jì)圖紙加裝配電開關(guān)。例如市電輸入端有時(shí)需要加裝雙路市電自動(dòng)互投開關(guān)，市電直供回路有時(shí)需要加裝獨(dú)立的斷路器，輸出回路一般需要多支路輸出，每個(gè)支路都要裝有獨(dú)立的斷路器，有時(shí)還需要加裝受消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)控制的消防聯(lián)動(dòng)輸出支路等等。用戶為了安裝使用方便，一般均要求把EPS系統(tǒng)的輸入輸出配電開關(guān)裝置等全部裝于EPS產(chǎn)品內(nèi)部，因此EPS在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上需要為輸入輸出配電開關(guān)留有充分的拓展空間，有時(shí)甚至需要專門按用戶要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.6 電池檢測裝置
GB17945-2000標(biāo)準(zhǔn)要求用于消防應(yīng)急照明的EPS能對(duì)其電池組中每個(gè)12V電池單元的電壓進(jìn)行監(jiān)測，以此為參照，許多用于其他方面的EPS往往也要求提供對(duì)每個(gè)電池單元的監(jiān)測功能。此時(shí)需要為EPS配置專門的電池監(jiān)測裝置。因每個(gè)電池單元的直流電位各不相同，檢測裝置需要能夠?qū)ζ溥M(jìn)行隔離采樣。目前常見的隔離采樣方式有繼電器、線性光耦、*行A/D轉(zhuǎn)換后再用光耦合器隔離傳輸數(shù)字信號(hào)等等。不同方式各有所長，但如果對(duì)每一電池單元分別隔離采樣，系統(tǒng)將過于繁雜。若先將電池單元適當(dāng)分組，采用分組A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)光耦隔離、通過串行數(shù)據(jù)總線上傳的監(jiān)測方式具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，安全性、可靠性高，可自動(dòng)實(shí)時(shí)巡檢，監(jiān)測精度較高等較大優(yōu)勢。
目前EPS中對(duì)電池單元的檢測內(nèi)容一般僅限于各電池單元端電壓的測試，并不能全面反映電池狀態(tài)。但通過分別測試電池組充電和放電時(shí)各電池單元的端電壓，可以對(duì)各電池單元的一致性做出準(zhǔn)確的判斷，如充電狀態(tài)是否均衡、是否存在劣化的電池單元等等。有一些更為*的電池狀態(tài)檢測方法，如內(nèi)阻測試方法等，在國產(chǎn)EPS中的應(yīng)用還比較罕見。
因?qū)Ω麟姵貑卧M(jìn)行檢測需要將測試線連接到每個(gè)電池單元的輸出端，測試線路較密集且導(dǎo)線較細(xì)，容易發(fā)生意外短路或漏電問題，因此應(yīng)采用適當(dāng)電壓電流分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥骰蚱渌绞竭M(jìn)行安全隔離，防止蓄電池的高能量進(jìn)入測試系統(tǒng)，導(dǎo)致事故。
1.7 系統(tǒng)控制器
在此僅討論EPS中的系統(tǒng)控制器。EPS的逆變器一般具有獨(dú)立的控制、驅(qū)動(dòng)電路，與UPS、變頻電源等十分類似，在此不作討論。EPS的系統(tǒng)控制器多由以MCU為核心的控制電路構(gòu)成，但也有部分產(chǎn)品采用了模擬控制和簡單邏輯控制或PLC控制器。
EPS的系統(tǒng)控制器需要對(duì)市電電壓、電池電壓、負(fù)載電流、充電器狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)、設(shè)置參量、控制指令等多項(xiàng)參量實(shí)時(shí)監(jiān)測，并按照正確的控制邏輯向各功能單元發(fā)出控制指令，需要具備較為復(fù)雜和靈活的監(jiān)測、測邏輯判斷和控制能力。因此選擇功能適當(dāng)?shù)腗CU為核心器件，構(gòu)成數(shù)字化控制器，可以簡化系統(tǒng)硬件，并利用控制軟件的靈活性完成各種需要的監(jiān)測控制功能，是最為合理的設(shè)計(jì)方案。采用PLC完成系統(tǒng)控制也是一種不錯(cuò)的方案，但一般僅適用于容量較大的系統(tǒng)，對(duì)于較小容量系統(tǒng)，在成本上往往無法接受。模擬控制和簡單邏輯控制方式硬件復(fù)雜，在可靠性、靈活性、智能化程度等方面均處于劣勢。
EPS的系統(tǒng)控制器除完成必須的監(jiān)測、控制功能外，最好還具備系統(tǒng)自檢、顯示信息提供、歷史事件記錄、數(shù)字通訊、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控等能力，這些功能只有采用數(shù)字化控制，方可實(shí)現(xiàn)。
2.8 狀態(tài)顯示器和操控裝置
狀態(tài)顯示器和操控裝置提供了EPS的人機(jī)界面，是EPS*的部分。EPS的狀態(tài)顯示一般由狀態(tài)指示燈和LCD顯示屏構(gòu)成，指示燈的設(shè)置和顏色需要符合執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求， LCD的顯示內(nèi)容除標(biāo)準(zhǔn)要求的主要參數(shù)外，各種產(chǎn)品不盡相同。操控裝置一般由按鈕、設(shè)置開關(guān)、強(qiáng)制啟動(dòng)鑰匙開關(guān)等構(gòu)成，與UPS等電子電控設(shè)備類似，不再作詳細(xì)討論。
2 EPS的應(yīng)用
目前EPS的主要應(yīng)用領(lǐng)域是為各種建筑物和重要公共設(shè)施的消防應(yīng)急照明和消防動(dòng)力提供應(yīng)急備用電源。同時(shí)在化工、冶金、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)院手術(shù)室和監(jiān)護(hù)病房、大型場館和超市等的正常照明等方面也有很多應(yīng)用。隨著EPS產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)性能和可靠性的進(jìn)一步完善，以及人們安全防范意識(shí)的提高，EPS產(chǎn)品的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。
除用于消防應(yīng)急照明EPS外，由于缺乏相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，EPS的發(fā)展不夠規(guī)范，無論是規(guī)格系列還是技術(shù)性能、外形尺寸，都具有多樣性，標(biāo)準(zhǔn)化程度較差。這對(duì)制造廠家的生產(chǎn)制造和用戶的選用都造成很多困難，也在一定程度上影響了EPS產(chǎn)品及其應(yīng)用的健康發(fā)展。
但是隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，EPS的發(fā)展必將日益規(guī)范，在產(chǎn)生良好的社會(huì)效益的同時(shí)，也為EPS開發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3 結(jié)語
筆者通過對(duì)EPS的認(rèn)識(shí)和理解，結(jié)合作者在EPS設(shè)計(jì)、制造、和應(yīng)用方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)EPS的原理、構(gòu)造、性能特點(diǎn)和適用領(lǐng)域進(jìn)行了討論，希望對(duì)大家更好地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用EPS有所幫助。