直流飛輪系統(tǒng)的組態(tài)是帶有兩個(gè)端子直流電的存儲(chǔ)系統(tǒng)，在功能上，飛輪代替了三相化學(xué)電池UPS系統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)庫。同蓄電池儲(chǔ)庫一樣，它會(huì)從UPS直流母線兩端子處獲取重新充電電源及浮動(dòng)電源，當(dāng)直流母線電壓降低到程序設(shè)定水平以下，它將把電源輸回直流母線。

飛輪UPS的構(gòu)成

    直流飛輪的核心是高14”, 直徑32”的集成電機(jī)/發(fā)電機(jī)/飛輪系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以儲(chǔ)存并給UPS直流母線供給250kW的電能。鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子在低真空的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)，將鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子中動(dòng)量能儲(chǔ)存起來。

    通過定子和轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)了電機(jī)、發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能的功能。轉(zhuǎn)子上既沒有永磁體或永刷，也就沒有線圈和磁體，光學(xué)傳感器控制了電機(jī)通訊。磁軸承與電動(dòng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈融為一體，支撐了轉(zhuǎn)子的大部分重量，這就確保了機(jī)械軸承可最佳地承擔(dān)負(fù)載，且可最大限度地延長軸承的使用壽命。連接并接通UPS充電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)將開始從充電機(jī)處獲取能量加速轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)飛輪達(dá)到全速充電速度時(shí)，此時(shí)的模式同化學(xué)能電池的“漂充”狀態(tài)類似。在這種模式中，UPS充電機(jī)中的一小部分電能便可保持飛輪的恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

    一旦飛輪的速度達(dá)到其最小放電速度以上(大約為全速充電速度的二分之一)，在主網(wǎng)電力中斷時(shí)，它能為直流母線提供電能。一旦市電中斷，UPS直流輸出母線能夠?yàn)榭刂破魈峁┍Ｗo(hù)電源。當(dāng)控制器感應(yīng)到直流母線電壓降到預(yù)設(shè)最小值時(shí)，電機(jī)便會(huì)開始工作。用閉合環(huán)路磁場蝶環(huán)升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，所以雙向絕緣柵晶體管轉(zhuǎn)換器才能提高飛輪直流輸出量，以保持恒定電壓，保持轉(zhuǎn)子速度免受干擾。不管UPS整流器的電源是由市電提供還是由備用發(fā)電機(jī)提供的，在電力恢復(fù)時(shí)，雙轉(zhuǎn)換UPS整流器會(huì)使直流母線恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，從而使飛輪自動(dòng)恢復(fù)到充電狀態(tài)。

飛輪UPS工作原理

    在市電輸入正常的情況下，飛輪UPS通過內(nèi)部的有源動(dòng)態(tài)濾波器對市電進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波，保證向負(fù)載設(shè)備提供高品質(zhì)的電力保障，同時(shí)對磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，飛輪 UPS利用內(nèi)置的磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量；

    在市電輸入質(zhì)量無法滿足飛輪UPS正常運(yùn)行要求，或者在市電輸入中斷的情況下，由飛輪UPS內(nèi)部的磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，繼續(xù)向負(fù)載提供高品質(zhì)并且不間斷的電力保障；

    在飛輪UPS內(nèi)部出現(xiàn)問題影響工作的情況下，飛輪UPS通過其內(nèi)部的靜態(tài)開關(guān)切換到旁路模式，由市電直接向負(fù)載設(shè)備提供不間斷的電力保障；

    在市電輸入恢復(fù)供電，或者在市電輸入質(zhì)量恢復(fù)到滿足飛輪 UPS正常運(yùn)行要求的情況下，則立即轉(zhuǎn)到市電通過飛輪UPS向負(fù)載設(shè)備提供高品質(zhì)并且不間斷供電的模式，同時(shí)繼續(xù)對磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電。

    飛輪UPS的優(yōu)勢

    首先，飛輪UPS的效率非常高，可達(dá)98%。也即是說一度電進(jìn)去只有2%的損耗。當(dāng)負(fù)載在50%的情況下，效率仍然可達(dá)96%，這大大超出了傳統(tǒng)蓄電池UPS效率。一般情況下，傳統(tǒng)UPS在滿載的情況下，供電效率只有92%。也就是說飛輪UPS較傳統(tǒng)UPS節(jié)能75%。對于一個(gè)10兆瓦的數(shù)據(jù)中心來說，一年節(jié)省的電費(fèi)就可達(dá)上百萬度電，這不是一個(gè)小數(shù)目。

    第二，飛輪ups更加安全可靠。飛輪UPS的原理非常簡單，然而，這個(gè)世界往往如此，越是簡單的越是可靠的，大道至簡就是這個(gè)道理。飛輪是有質(zhì)量的，旋轉(zhuǎn)中又有速度，如果質(zhì)量恒定，跟速度的平方成正比，轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的能量很容易就可用物理公式算出來，它是精細(xì)可測量的。對于化學(xué)儲(chǔ)能來說則完全不同，它靠電子從陰極到陽極產(chǎn)生電能，但是這個(gè)過程不可見也不可測，用設(shè)備測量時(shí)可能有電壓，但是真正去放電的時(shí)候未必能提供這么多的能量。最常見的例子是，冬天開車，前一天開車還挺好，第二天早晨打不著火了，要檢查的肯定是蓄電池，這是化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，UPS 70%的故障是由蓄電池所引起，蓄電池已經(jīng)成為了傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)中最不可靠的組成部分。“飛輪UPS”比傳統(tǒng)的蓄電池UPS可靠性或者說用出現(xiàn)故障的概率來講，減少了七倍。

    第三，飛輪UPS對環(huán)境的依賴程度很低，不需要空調(diào)制冷，它的工作溫度在0度到40度之間，對于數(shù)據(jù)中心來說是非常大的節(jié)省。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的化學(xué)蓄電池工作溫度是要在20到25之間，當(dāng)室內(nèi)溫度超過25度之后，溫度每升高一度，電池壽命就會(huì)縮短一年，必須要用空調(diào)制冷，據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)的耗電已經(jīng)占到了數(shù)據(jù)中心電費(fèi)的將近三分之一左右 。

    第四，飛輪UPS對占地的要求大大減少。最多可以為用戶節(jié)約75%。在土地成為最為緊缺資源的今天，它的意義不言而喻。舉個(gè)例子來說，對2萬甚至5萬平米機(jī)房來說，蓄電池占地可達(dá)1000平米，這還是后備時(shí)間在15-30分鐘區(qū)間的，如果后備時(shí)間達(dá)到30分鐘-60分鐘，就要有2000甚至更多的空間。如此大的空間為客戶帶來的是額外的土建成本，大量的空調(diào)制冷成本，包括整個(gè)維護(hù)成本。

    第五，就是飛輪UPS的綠色環(huán)保。飛輪UPS本身是鋼制飛輪，壽命20年，無毒。 一節(jié)紐扣電池會(huì)污染一平方公里的土地。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鉛塵也非常可怕，據(jù)悉，1000個(gè)電池會(huì)產(chǎn)生63.2千克鉛塵。這些煙塵會(huì)對周圍空氣、土壤、河流等造成影響。所帶來的直接后果是，血液中鉛元素的含量過高就會(huì)發(fā)生鉛中毒，它會(huì)引起機(jī)體的神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、消化系統(tǒng)的一系列異常表現(xiàn)，嚴(yán)重的甚至?xí)�危及生命，對孩子的影響尤其�?yán)重。■