| 摘要：针对传统VTS雷达站电源子系统普遍侧重系统可靠性，忽略节能性，系统运行高耗能的现状，分析其原因，并通过对节能型电源产品的深入研究和测试，提出可靠性与节能性兼顾的VTS雷达站电源子系统的设计与设备选型方法。该方法已在实际项目中得到采用，望对节能型VTS电源子系统设计、采购及改造提供参考价值。 |
（2）开关电源设备
开关电源设备属于弱感性负载，额定功耗较低（实测表明，微波收发机最大稳态功耗为273VA，仅为雷达马达的814VA的1/3）。而且现代开关电源设备，普遍采用“软启动”电路，防止浪涌电流的形成，保证开机全过程无瞬态冲击电流。如图5为某台式PC开关电源的实测启动电流波形：
雷达站负载加电时，通常采用“间隔”启动的方法启动负载，比如间隔数表启动：雷达马达雷达收发机其他开关电源设备。启动过程不会同时对UPS造成瞬态启动的叠加冲击。在雷达马达经启动进入正常运行状态后，UPS通常仍具备足够大的瞬态过载能力来应对后续设备的逐一启动。因此雷达站开关电源设备对UPS的瞬态要求也远低于雷达马达，可不做重点考虑。
（3）机房辅助设备-空调
空调设备的感性压缩机存在较大的启动瞬态功耗，对电源的冲击较大，不提倡将空调接入UPS。但作为雷达站辅助设备，如空调以及照明、消防设备等小功率辅助设备可以与UPS并联接入发电机。
图5为实测某1P（制冷额定输入功率为1259W）单相定频空调的启动电流截图。图中空调的瞬态峰值电流44A/300ms（有效功率7.2kVA/300ms），稳态峰值7.4A（有效功率1.1kVA）。可见初始时间点上，空调的瞬态启动冲击电流接近4倍于1P雷达马达。若将其接入UPS，UPS将承受更大级别的浪涌冲击，若要保证UPS正常工作，UPS的过载能力及额定输出功率指标就要显著提高，这即不利于UPS的节能选型也不利于电源子系统的可靠运行。另外，在市电和油机电的短暂切换停电过程中，空调是允许短暂停机的。因此，UPS的负载应限制在包含雷达马达在内2kVA混合负载；发电机负载的重点考虑对象是UPS和空调（如需接入）。
3.节能UPS选型
（1）UPS额定输出功率的选择，应以提高负载率或效率，增强经济性为目的。
传统的UPS选型方法是：预留足够大的额定输出功率来应对负载的瞬态启动。如采用10kVA的UPS来启动包括雷达马达在内的2kVA稳态负载。这种“大马拉小车”的配置侧重了可靠性，却造成UPS长期工作在低负载率、低效率、高耗能状态下运行，比如案例1。
UPS配置功率不应过多预留的理由是：UPS的效率与带载率（UPS实际输出功率与额定输出功率的比值）成正比，如80%带载率的UPS比10%带载率的UPS效率高。因此，UPS的额定输出功率应尽可能接近实际负载功耗，功率配置上“够用”即可。如，对于2kVA的稳态负载，应将负载率控制在40%～80%之间，UPS额定输出功率可选择5kVA或更低。一方面效率较高；另一方面设备成本相对较低，系统经济性好。
再者，通常VTS雷达站属专业系统站。系统建成后电源子系统基本无需扩容。因此UPS的功率储备不应配置过大。对于计划日后对UPS功率扩容的站点，建议在UPS选型时，优先采用模块化UPS。比如先期采用5kVA单模块UPS应对2kVA雷达站负载；后期根据扩容需求，适当增加功率模块即可。
但是，配置较低的UPS额定输出功率有利于提高负载率，但却不利于保证UPS提供足够大的瞬态过载能力以实现动力负载的启动。因为UPS过载能力的大小直接受制于功率器件模块。额定输出功率较高的UPS，功率器件模块容量也较大，其瞬态过载能力也较强。所以，除了“就低”配置UPS的额定输出功率之外，还需考虑UPS的瞬态过载能力是否能满足负载的瞬态启动要求。
（2）应充分利用UPS瞬态过载能力来实现负载启动。
UPS过载能力是指在市电异常或负载异常（如瞬态启动）时，UPS的输出稳定程度。过载能力是为了保证UPS正常供电，避免UPS换到旁路供电所具备的一个重要指标。通常UPS的过载功率大于额定输出功率，允许过载持续时间远远短于稳态持续时间。UPS的瞬态过载能力特性恰好与动力负载的瞬态启动的电流特性吻合，因此，若能充分挖掘UPS的瞬态过载能力来启动负载，则能避免传统方法中，由于UPS功率储备过大造成系统能耗高、经济性差的缺陷。
如某品牌UPS在配置5kVA功率模块时的瞬态工作能力如表3：
表3：某品牌UPS在配置5kVA功率模块时的瞬态工作能力[3]
该模块的过载能力符合UPS国家标准关于І类在线式UPS产品的技术要求[4]。其125%～150%负载率时的瞬态过载能力为6.25~7.5kVA/60s，指标上超越雷达马达6.0kVA/<2s或5.0kVA/<3s的启动功耗要求。经实测，该UPS的单一5kVA模块不仅完全满足稳态功耗为2kVA的雷达站混合负载的正常运行需求，而且也完全满足雷达马达的瞬态启动要求。
但是，若按照传统UPS选型方法，单一5kVA模块的UPS是无法满足雷达马达高达6.0kVA<1s的瞬态启动需求的。传统设备选型方法将会至少选用双模块组成的10kVAUPS或选择其他更大功率的UPS。
需要注意的是，判断UPS的过载能力，除了参考厂家提供的指标说明外，还要对产品进行实际测试，以判断其真实的过载能力，防止有的不良厂家虚标过载能力指标。
（3）选用低负载率下高效的UPS；善用ECO模式。
UPS的标称效率指标均为UPS满载效率指标，即“在额定输入电压、额定输出功率、电池断开的条件下，UPS输出端的功率与输入端的功率之比”[4]。通常UPS的满载效率通常都能高达到90%以上。但实际应用时，雷达站UPS很难工作在满载状态下。为了保证UPS有足够大的瞬态过载能力来启动负载，UPS的额定输出功率不能选择太小。如上述例子中选择单模块5kVAUPS来驱动2kVA混合负载，负载率为40%；若采用双模块冗余配置，负载率为20%；显然UPS无法实现高载时的高效运行状态。
由于很少有UPS产品提供低负载率下的效率指标。因此，应用在雷达站的节能型UPS应重点评估其低负载率下的运行效率。该效率指标应分别在UPS的双变换模式、电池逆变模式及ECO模式下测评。某款节能型UPS的在1kW存阻性仿真负载下的实测效率指标如表4所示。
表4：某款UPS在1kW纯阻性仿真负载下的实测效率
该UPS在在1kW低负载率的不同工作模式下，无论是配置单模块（5kVA）模块还是冗余双模块(10kVA），其整机效率实测效率均可高达80%以上，符合雷达站节能型UPS的选型要求。
为了进一步提高效率；可将UPS运行在ECO模式下。表4中，ECO模式较双变换模式，能提高整机效率3%～10%。由于设计上的差异，不同厂家的ECO模式的节能幅度是不尽相同的，其真实指标应通过实测获得。
需要注意的是，由于ECO模式在市电中断后，将由电池逆变供电；或者在市电恢复后，重新恢复到ECO市电旁路模式，这两个动作均存在切换时间。对于开关电源设备，市电中断时间小于10ms不会影响设备正常运行。因此ECO模式切换时间要求≤10mS。图6为某款UPS的ECO模式下由旁路转逆变切换时间截图，切换时间toff≈4ms，符合要求。
注：（CH1-CH3：三相电压0.1KV/div；CH4：某相电流10A/div）
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