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本文援引于报告《2021年中国不间断电源(UPS)行业概览-电源设备的保护伞》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。
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UPS不间断电源是配有储能电池组的负载电源保护装置,主要可解决:电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、连续过压或是欠压甚至是电压中断等电力网质量问题
UPS不间断电源是配有储能电池组的负载电源保护装置,主要可解决:电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、连续过压或是欠压甚至是电压中断等电力网质量问题。UPS按照功率等级可分为小、中、大型功率机,按照工作方式可以分为后备式、在线互动式、在线式,按照供电体制可分为单进单出、三进三出、三进单出三种,按照工作频率可分为高频机与工频机。除此之外,UPS还根据工作频率分为工频机和高频机;按照外形分为塔式(立式)、机架式和模块化三类;根据使用环境分为:户外和户内型。
UPS按照工作方式可以分为后备式、在线互动式、在线式,按照工作频率可分为高频机与工频机
工频机型:是采用工频变压器,以可控硅(SCR)晶闸管器件作为整流器元件(因工频机整流过程均为降压过程,需带有升压作用的输出变压器)的UPS,其整流器和变压器工作频率均为50Hz,主要特点是核心部件稳定可靠、过载能力和抗冲击能力强。
高频机型:是利用高频开关技术,以IGBT为核心控制器件的整流器且不需要工频变压器的UPS,主要特点是机体积小、效率高、成本较低,IGBT整流器开关频率可高达上千赫兹。
在线式UPS电源又分为在线式和在线互动式UPS。在线式UPS具有不间断供电保护的特性,其电流转换模块能不间断地工作,市电供应正常的情况下,UPS系统对输入电流整流滤波,向负载输出高质量电能,在市电供电异常的情况下,切断UPS系统与电网的联系,改用储能电池组供电。
在线式一般用于对电源要求较高的应用场景,如大型数据中心,其无间断输出、高精度稳压和高抗扰等特性现阶段能够最大程度地保护负载设备,但由于系统结构较为复杂,投资成本较高,较小容量的产品较难应用。在线式UPS结构较复杂,但性能相对后备式更完善,能解决更多电源问题,其能持续地输出纯净正弦波交流电,受市电干扰程度很小。
后备式UPS电源(离线式)又分为后备式正弦波输出UPS电源和后备式方波输出UPS电源。后备式正弦波输出UPS电源在市电超出规定安全范围时才向负载提供正弦波电源。后备式方波输出UPS电源只提供50Hz的方波电源。
在线互动式UPS相比后备式,具备滤波功能,且转换时间比后备式更短(少于4ms),但容易受市电干扰。
随着产业信息化转型等进程的加速,UPS的需求也相应增加,UPS智能化、一体化、绿色化是现阶段主要的发展趋势;技术层面上UPS高频模块化、大功率化是主要的发展趋势
UPS电源产品最早出现于二十世纪 60 年代末,1972年由尼克松访华带入中国,UPS早期主要应用于工业制造领域。1990年前UPS产品主要依靠进口,中国UPS企业在相关技术上与国际企业相比差距较大,由于中国经济发展较为缓慢,UPS需求较为局限,行业发展较为缓慢。80年代末,中国产UPS开始进入中国市场,主要集中在3kVA功率以下,5kVA以上产品依然依靠进口。2005年之后,具有一定规模优势的中国UPS企业开始向海外市场输出UPS产品,技术差距快速缩小。随着云计算、大数据、人工智能、物联网、移动互联网等领域快速发展,UPS产品逐渐向高功率、大容量、模块化、定制一体化、绿色高效能等方向发展。UPS产品经历40余年的发展,在功能宽度、可靠程度、能耗效率等方面都有较大的改善,现阶段UPS已经实现了单进单出制,PWM技术,IGBT高频整流器等一系列技术创新。
UPS作为综合性系统,由多个零部件组成,UPS上游由各系统组件供应商组成,中游由UPS系统集成商组成,中国中低端UPS市场竞争较为激烈,下游为各行业UPS需求端
UPS不间断电源系统是一个综合性系统,由整流器、逆变器、充电器、变压器、储能电池、通讯监控系统、BESS、静态旁路以及各种线缆、PCB、IGBT等部件材料组成。
随着云计算、AIOT、移动互联网等技术的进一步普及和发展,数据中心(IDC)市场规模将进一步增加,UPS与数据中心(IDC)发展相互驱动,到2025年UPS市场规模或将达到247.8亿元
随着大数据时代的到来,数字信息建设基础设备的规模得到快速增加,同时云计算、AIOT、人工智能等数字化技术的快速普及,促使数据存储及数据安全性要求愈发严格,使得相应IT基础设施和设备在数据储存、安全保护、能源消耗等方面受到更高的要求,数据中心(IDC)作为基础信息设施,在市场规模持续增加的同时也受到来自各方更加严格的要求。UPS作为数据中心提高安全可靠性、降低能耗和成本的重要系统组件,其市场规模很大程度上受数据中心行业发展影响。据工信部发布的《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》,到2023年底,中国数据中心(IDC)市场规模年均增速要保持在20%左右,UPS行业发展与数据中心的发展相互驱动。
根据中国电源协会数据,中国UPS市场规模自2015年以来维持稳步上升趋势,由57亿元上升至2020年的105.4亿元,年复合增长率达13.1%。2020年之后,受智慧城市建设、移动互联网、产业信息化转型加速、新能源产业发展等因素影响,UPS市场规模增速在原有基础上进一步增加,到2025年,UPS市场规模或将达到247.8亿元。
深度见解:不间断电源(UPS)行业
PS行业发展逐渐向绿色、节能、环保方向发展,技术路线朝着智能化、定制一体化、大功率化、模块化方向发展,系统由单功能逐渐向综合性多功能系统方向发展。
行业发展趋势:绿色、节能、环保。UPS是中国信息化发展建设和新能源转型发展中主要的电力电子基础设备,随着中国乃至全球绿色发展战略的逐步落实,UPS产品正朝着节能低耗、绿色环保的方向发展。
技术发展趋势:智能化、定制一体化、大功率化、模块化。UPS技术层面上逐渐往智能化、定制一体化、大功率化、模块化方向发展。模块化UPS相较传统UPS在安全性、可靠性、节能型和灵活性等方面具有一定优势,同时模块化设计有利于定制化UPS方案的实施,能有效减少占地面积和综合成本。UPS系统技术主要包括逆变技术、自动控制技术、储能电池相关技术等,其中以电流逆变技术为核心。随着数字化、部分电力电子零部件定制化程度逐渐提高,IT设施和基础机构逐渐向定制化方向发展,UPS系统也逐渐提高定制化程度以匹配相应需求。现阶段UPS厂商针对不同细分行业应用需求的具体情况不断加大新技术研发与成熟技术改良升级的力度,UPS产品整体朝着高频、高效低碳、高功率、模块化的方向发展。
产业发展趋势:UPS系统逐渐向综合性系统方向发展,由传统的单功能模块方案逐渐集成UPS、应急电源(EMS)、电源监控管理系统、通讯网联系统、等于一体的全套电源供应与管理解决方案迈进。
中国UPS行业发展受产业信息化发展的促进,数据中心(IDC)规模增加保障UPS下游需求,绿色低碳发展战略下大功率、智能化UPS能有效降低PUE和优化能耗管理效率,将持续受到政策支持和助推。但受制于高端UPS产品部分零部件进口依赖较重和部分原材料价格上涨的影响,对UPS成本管控提出挑战。相应技术的发展迭代速度也会影响UPS系统的发展。除此之外微处理器芯片和相应技术也一定程度上影响UPS系统的发展迭代,原材料供应短缺和价格上涨都将制约UPS系统降低成本。
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