逆变器行业现状

光伏逆变器龙头

       光伏逆变器行业主要上市企业：阳光电源(300274.SZ)、科士达(002518.SZ)、固德威(688390.SH)、上能电气(300827.SZ)、锦浪科技(300763.SZ)、特变电工(600089.SH)、科华数据(002335.SZ)、正泰电器(601877.SH)、易事特(300376.SZ)、禾迈股份(688032.SH)等

本文核心数据：企业营收、毛利率、研发投入

1、中国光伏逆变器行业龙头企业全方位对比

       目前，国内的华为、阳光电源企业是光伏逆变器行业代表龙头企业，并且两者在全球市场也占据领先地位。从企业经营情况来看，2020年华为总营收超过6000亿元，其中光伏逆变器业务营收占比不超过10%，而阳光电源的企业营收规模较小，但其光伏逆变器业务占比超过40%;从产品布局来看，华为主营组串式光伏逆变器产品，而阳光电源的产品布局较为齐全，在户用、工商业屋顶和大型电站等各种应用场景均有布局。

       注：国内市场光伏逆变器出货量市占率参考2020年数据，2021年暂未公布。

2、阳光电源：光伏逆变器业务的布局历程

       1997年11月28日，阳光电源成立;2003年，企业自主研发的中国首台具有完全知识产权的光伏并网逆变器在上海奉贤成功并网发电，并打破国外垄断;2011年11月，企业在深圳证券交易所成功挂牌上市;2018年，阳光电源的印度阳光电源印度工厂投产。

       至今，阳光电源股份有限公司已经发展成为一家专注于太阳能、风能、储能、电动汽车等新能源电源设备的研发、生产、销售和服务的国家重点高新技术企业。主要产品有光伏逆变器、风电变流器、储能系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏设备、智慧能源运维服务等，致力于提供全球一流的清洁能源全生命周期解决方案。

3、阳光电源：光伏逆变器业务布局及运营现状

——提供以光伏逆变器为核心的光伏系统综合解决方案

       从1997年公司成立起，阳光能源就致力于以光伏逆变器为核心的光伏系统设备研发和生产，为全球用户提供一流的光伏系统综合解决方案。

       目前公司所从事的具体业务包括光伏逆变器、风电变流器、储能系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏设备、充电设备、电站投资开发等。2021年上半年，公司在光伏逆变器等电力设备上营业收入最高，占总营业收入的比重超40%;其次为电站开发投资，占比超30%。

——全球市场布局逐渐完善，境外收入占比逐年增长

       阳光电源成立伊始就树立了全球化的发展战略，目前己在海外建设了20+分子公司，全球服务中心超过60个，180多个授权服务商，累计保障电站容量超220GW，产品已批量销往全球150多个国家和地区。

       2021年上半年，公司在境外地区的销售收入首次超过中国大陆地区的销售收入。未来公司规划将持续深耕全球市场，有序推进逆变器、储能、电站等业务全球化布局，重点提升全球营销、服务、融资等关键能力建设，强化全球化支撑能力体系，提升全球影响力。

——企业研发人员数量占总人数的40%

       从研发投入来看，2021年上半年，企业新增169项专利权，均系原始取得，另有还有539项新增专利申请;研发总投入超过5亿元，占营收的比重超5%;研发人数数量占总人数的40%。整体来看，企业研发投入水平较高。

4、阳光电源：光伏逆变器业务经营业绩分析

——光伏逆变器业务总营收突破70亿元

       近年来，阳光电源的光伏逆变器业务营收呈现逐年增长态势，2020年全年超过70亿元;从光伏逆变器业务占总营收占比来看，自2019年开始呈现增长趋势。反映出企业的光伏逆变器业务经营向好。

——光伏逆变器业务毛利率保持在30%以上

       近五年，企业的光伏逆变器业务毛利率整体高于企业的综合毛利率水平，并且光伏逆变器业务毛利率保持在30%以上的水平，反映出企业的光伏逆变器业务获利水平较高，并且极大支撑了企业的利润增长。

——稳居全球市场光伏逆变器出货量第二

       从光伏逆变器产品布局来看，阳光电源的布局已经覆盖市面上主要产品类型，包括微型、组串式、集中式光伏逆变器产品，功率涵盖8~8800kW，并且覆盖户用、分布式、大型地/水面光伏发电等各类应用场景。

       从光伏逆变器出货量在全球市占率来看，2016-2020年，阳光电源连续蝉联全球第二，并且在2020年的全球市占率有大幅提升，增长了5.5个百分点，进一步拉进了与排名第一华为的差距。

——全球逆变器品牌可融资性排名第一

       2020年，彭博新能源财经通过向全球可再生能源项目的投资方发放问卷等形式，对逆变器品牌的可融资性进行了调查。其中，阳光电源以100%的得票率当选“全球最具融资价值的逆变器品牌”，反映出阳光电源品牌更易帮助项目开发商获得银行融资，有利于绑定长期客户群体，该品牌逆变器在国际市场获得的认可度较高。

5、阳光电源：光伏逆变器业务发展规划

       未来，全球绿色能源将迎来跨越发展新时代，推动光伏逆变器市场保持强劲发展，行业吸引力持续加强，而阳光电源公司的市场竞争压力也将进一步加大。为此，企业规划将持续加大研发创新力度，强化核心竞争优势;持续深化全球战略部署，聚焦业务纵深发力;推动光风储电氢协同发展，强化组织能力，扩大全球领先地位，实现企业的快速可持续增长。

       以上数据来源于前瞻产业研究院《中国光伏逆变器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

太阳能发电逆变器国内外研究背景

       阳能逆变器国内外市场现状

       前几年,随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策

       扶持,全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增,光伏发电用逆变器进

       入了一个快速增长的阶段。但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几

       大巨头瓜分,欧洲是全球光伏市场的先驱,具备完善的光伏产业链,

       光伏逆变器技术处于世界领先地位。SMA 是全球最早也是最大的光伏

       逆变器生产企业(德国市场占有率达 50%以上),约占全球市场份额

       的三分之一,第二位是 Fronius。全球前七位的生产企业占领了近 70%

       的市场份额。

       金融危机以后,美国、意大利市场迅猛发展,尤其是美国市场,

       奥巴马政府上台以后,发展速度非常之快,将取代德国成为世界上最

       大的光伏逆变器消费市场。

       目前国内光伏并网逆变器市场规模较小,国内生产逆变器的厂商

       众多,但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多,但是不少国

       内企业已经在逆变器行业研究多年,已经具备一定的规模和竞争力,

       但在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距。目前具有

       较大规模的厂商有合肥阳光、北京科诺伟业、北京索英、志诚冠军、

       南京冠亚、上海英伟力新能源科技有限公司等企业。目前这些企业用

       于光伏系统的产量呈逐年上升的趋势。

       国内市场规模虽然较小,但未来光伏电站市场的巨大市场发展空

       间和发展潜力给国内企业带来发展的历史机遇。目前国内光伏逆变器

       主要被阳光电源、艾思玛、KACO 等品牌所占领,国外企业多数通过

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       代理渠道进入国内市场,由于售后服务提供难度大整体市场占有率不

       高。2008 年统计数字显示,合肥阳光电源公司占据 70%以上的光伏逆

       变器市场份额,国内重点光伏项目大功率产品几乎全部选用国内产

       品。

       从技术方面来看,国内企业在转换效率、结构工艺、智能化程度、

       稳定性等方面与国外先进水平仍有一定差距,目前我国在小功率逆变

       器技术上与国外处于同一水平,在大功率并网逆变器上,大功率并网

       逆变器仍需进一步提高和发展。

       4.1.5 国内外发展趋势

       太阳能逆变器未来的发展趋势将朝着转换效率高、性能稳定、并

       网型逆变器为主流的方向发展。

       (1)转换效率高

       随着太阳能逆变器技术的不断发展,转换效率持续上升,由过去

       90-92%上升到 98%以上,未来的目标是要达到 99%以上。因此,转换

       效率提高是太阳能逆变器未来发展趋势之一。

       (2)性能稳定

       性能稳定是系统运营商在选用逆变器中越来越重视的要素,太阳

       能逆变器产品的各项特性,包括可靠度、耐用度、安装的简易与便利、

       并网是否安全等都是系统运营商重点考虑的范围,因此,要求太阳能

       逆变器的性能稳定是必然趋势。

       (3)逆变器以并网型为主流

       从技术层面来讲,并网型逆变器朝着高频化、高效率、高功率密

       度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。

新能源行业的发展？

       新能源是指在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能等。中国风电资源主要是在东北、西北和内蒙古等地区，煤电资源主要在黑龙江、山西、内蒙古和甘肃西北等地。水电资源主要集中在西南地区，川渝云贵以及两湖两广地区。但是电力消费的中心却是在沿海地区，所以说我国能源的产生地区和电力消费中心是不匹配的，这对电网搭设和能源的利用都具有一定的考验。

       一、中国经济整体概况

       1.中国经济现状

       目前世界经济危机并没有改变中国高速经济增长的趋势。中国未来经济依然表现为高储蓄、高投资、高资本与高速度，如表1所示。对于中国经济的分析，主要从出口、房地产、内需三个部分剖析，这三个部分被称为中国的三驾马车，同时日益和国外接轨是中国经济的主流趋势。产业的发展是一个平滑增长的过程，它和消费能力、需求能力紧密相关。产业弥补式的增长特性使得在对待一个产业时需要有收放自如的控制力，不能过分的打压。但是中国经济增长轨迹的变化将被缓慢启动，调整的模式具有明显的需求先导型、产业内部深化等特点。此外，中国经济将步入一个较长时期的“次高速经济增长时期”，人们原来所想象的各种增长模式大转变并非想象得那么迅猛。

       2.重点关注的新兴战略产业领域

       1)新能源领域：重点关注的对象包括水电、核电、风力发电、太阳能发电、沼气发电、地热利用、煤的洁净利用、和新能源汽车等。此外，核电重大专项、大型油气田和煤层气开发、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站也颇受关注。

       2)新材料领域：重点关注的对象包括微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米材料和器件。

       3)信息通信领域：重点关注的对象包括传感网、物联网，集成电路、平板显示、软件和信息服务，核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品，新一代宽带无线移动通信网，极大规模集成电路制造装备和成套工艺等专项。

       4)生命科学领域：关注的对象包括转基因育种、干细胞研究，生物医药、生物育种，转基因生物新品种培育、重大新药创新、重大传染病防治。

       二、新能源分类与特征

       全国科学技术名词审定委员会审定公布新能源定义为：在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。具体来说，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。所以概括的说新能源的两个重要的特点就是新技术和可再生。

       世界新能源的分类可以分为三类：传统生物质能，大中型水电和新可再生能源。其中新可再生能源具体包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)。据ICTresearch研究分析表明，未来的新能源有：波能、可燃冰、煤层气、微生物、第四代核能源等能源。

       三、新能源行业发展现状

       国际能源署(IEA)对2000年～2030年国际电力的需求进行了研究，研究表明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度近6%，在2000～2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%。ICTresearch认为，IEA的研究过于保守，到2030年，可再生能源发电至少应占世界总电力的10%以上，要翻10～15倍。

       1.中国新能源市场特征

       中国风电资源主要是在东北、西北和内蒙古等地区，煤电资源主要在黑龙江、山西、内蒙古和甘肃西北等地。水电资源主要集中在西南地区，川渝云贵以及两湖两广地区。但是电力消费的中心却是在沿海地区，所以说我国能源的产生地区和电力消费中心是不匹配的，这对电网搭设和能源的利用都具有一定的考验。

       2.中国新能源市场现状

       1)光伏：市场短期的阴霾不掩长期灿烂，光伏辅料的国产化机会备受关注。光伏行业正在经历因产能扩张增速远大于需求增速而导致的供给过剩，全产业链面临价格下跌、利润水平下降的压力。ICTresearch认为短期内，从组件、电池片、硅片到多晶硅均面临利润被压缩的压力;但长期看终端价格的下降有利于更早实现光伏平价上网，ICTresearch维持行业长期高景气的判断。

       2)风电：行业整合加剧，行业龙头优势将愈加凸显，关注风机材料国产化的蓝海市场。短期供给过剩导致的全行业价格下行压力仍将持续。政策面对于风电制造业门槛的抬高和行业规范化治理的重视，将有利于风电行业走出无序竞争，提升行业集中度，未来行业将呈现强者恒强态势。

       3)核电：安全风险巨大，等待政策明朗。由于日本核电事故造成的深远影响，各国相继出台政策计划逐步退役核电站;国内政策并未改变目前的核电建设规划，但建设进度可能放缓，未来审批标准将愈见严格。

       4)新型电池：新能源汽车和储能市场的量产启动可期，关注电池材料商的业绩释放。政策方面目前以示范运营先行，ICTresearch认为地方政府的扶持力度已经为新能源汽车运营提供了良好的政策环境;充电/换电模式并行，为新能源汽车运营提供了必要的硬件设施。

       四、细分产品详细分析

       1.世界光伏市场发展历程

       在能源紧缺、节能减排的格局下，太阳能的安全、无污染和资源无限等优良属性注定了太阳能必将成为人类的终极能源。光伏行业在政策扶持、成本下降、能源优势三大因素的引导下将长期高速发展。如图1所示。

       2.中国与世界光伏市场规模现状

       如图2、图3所示，中国2015年光伏装机量要达到10GW，这是因为中国政府对日本地震十分重视，重新检讨了能源结构，把新能源(PV)看做了重点。除了ICTresearch传统意义上要求光伏组件价格下降以便在有限的财政补贴内最大限度的推动光伏发展外，另外一个因素是电网建设。这主要是要解决长距离输送的问题，就是电网的建设(电网的覆盖范围要包含新疆、内蒙等)和输电成本的下降(主要包含超高压输电和直流输电等技术的突破)。随着今后国家输电网络的完善，给西北地区大规模光伏电站建设打下基础。但是，2011年多晶硅、硅片附加值、电池片附加值、组件附加值等各光伏产业链走势低位盘整。

       3.光伏市场主要驱动因素及博弈方式

       2011年8月1日，发改委网站正式发布非招标光伏项目实施统一上网电价。发改委将根据投资成本变化、技术进步情况等因素适时调整。如图4所示。

       2011年8月12日，中国资源综合利用协会可再生能源专委会在京发布《中国光伏发电平价上网路线图》。《路线图》分析，按照以下假设：2009年光伏上网电价为1.5元/kWh，以后每年下降8%;火电上网电价以后每年上涨6%。则到2014年，中国工商业用电价格首先超过光伏发电上网电价，率先实现“平价上网”。

       4.光伏市场的细分产品现状

       光伏逆变器是光伏系统核心功率调节组件，占整个并网光伏系统成本的10%～15%，具有较高的技术含量。目前全球逆变器市场主要被SMA所控制，市场份额高达40%以上;KACO，FRONIUS，SIEMENS等第二梯队厂商占据了全球约30%的份额。目前，国内光伏逆变器生产企业处在成长阶段，发展潜力很大，但行业集中度高，进入难度大。

       5.风电市场现状及分析

       中国风电装机容量在经历了从2006至2009年连续4年翻倍成长后，2010年新增风电装机容量为1892万kW，再创历史新高，如图7所示。中国风能市场在未来几年行业增速将会下降，出现风机产能过剩严重的局面，风电采购电价补贴也将取消。ICTresearch预计从2012年开始，中国风电建设速度进入稳定增长期。

       6.新型电池市场的细分产品现状

       节能与新能源汽车示范推广工作开展两年多以来，示范推广已初具规模。截至目前，25个试点城市节能与新能源汽车总保有量超过1万辆，其中私人购买新能源汽车超过1千辆，建成充/换电站近100座，充电桩4500多个，示范运行总里程超过33000万公里。但节能与新能源汽车示范推广工作任务艰巨，还有较大的挑战，需要加强协作，共同推进。

       2011年，国内锂离子电池的累计产量达到约22亿只，同比增长22%;镍氢、镍镉等碱性二次电池的累计产量为约5.8亿只，同比增长20%，铅酸蓄电池累计产量为12000万千伏安时，同比增长9%。从单月的情况来看，锂离子电池产量增速从高位逐步回落;镍氢、镍镉等碱性二次电池月产量增速触底反弹。铅酸电池的月产增速呈下降态势。

       动力电池市场的放量仍需等待。对于市场最为关注的动力电池市场，ICTresearch认为前景不容质疑，但其放量启动的时点应该2013年左右。目前新能源汽车的发展正处在基础设施的完善、相关标准的确定和商业模式的确定等阶段，相关利益集团之间的博弈和定位的过程还都没结束。因此其真正启动拐点的到来仍需要一定的时间。对于空间同样广阔的储能市场，ICTresearch认为其发展时点应该在动力电池大规模应用之后，目前受制于高成本而难给行业带来实质影响。

       五、行业整体策略建议

       在面对这样一个潜力巨大的市场，新能源的产品厂商较多，种类较多，技术发展也比较快，所以竞争会比较激烈。因此，如何把握客户的需求，如何应对来自国际市场的金融压力，怎样去寻求更好的合作伙伴，怎样保持成本领先，技术领先，并具有环保优势等，这些问题都是我们应该深思熟虑的方面，解决这些问题，才能领跑新能源这个行业。

不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么？

       三相不间断电源的新进展

       [日期：2006-11-13] 来源：电源技术应用 作者：浙江大学 王林兵 何湘宁 [字体：大 中 小]

       摘 要：对三相不间断电源系统的各模块电路拓扑、整机电路结构以及各种流行控制策略做了一个概括性评析，指出了不间断电源设计和应用中存在的问题及当前研究的新热点，最后对UPS的发展动向做出了预言

       关键词：三相不间断电源；逆变器并联；数字控制

       O 引言

        在今后相当长的一段时间内，我国市电电网供电不足，电压波动大，干扰严重的局面仍将存在。而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。因此，不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点。为了不断提高UPS的性能，科研人员对UPS系统做了大量的研究，提出了很多的电路拓扑与控制策略。

       1 UPS的电路拓扑

        UPS的可靠运行离不开各模块的协调工作，下面就UPS主要功能模块电路拓扑进行简要分析。

       1．1 整流和功率因数校正电路

        整流电路在应用中构成直流电源装置，是公共电网与电力电子装置的接口电路，其性能将影响公共电网的运行和用电质量。高性能的UPS要求有较高的输入功率因数，并尽量减少输入电流的谐波分量。传统单相UPS多采用模拟方法，三相UPS多采用相控式整流电路和电压型单管整流电路。

       1．1．1 传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路

        相控式整流电路采用半控式功率器件作为开关，存在着以下问题：

        1)网侧谐波电流的存在将降低设备网侧功率因数，增加无功功率；

        2)相控整流换流方式，导致换流期中电网电压畸变，不仅使自身电路性能受到影响，而且对电网产生干扰，对同一接地点的网间其他设备带来不良影响；

        3)相控整流环节是一个时滞环节，无法实现输出电压的快速调节。

        电压型单管整流电路是三相不控整流桥加Boost电路的简称，它的缺点是：电流峰值大，不仅妨碍系统功率的提高，也增加了导通损耗和开关损耗；为了保持网侧功率因数的提高，Boost电路必须有一定的升压比，这对三相电路会导致直流输出电压过高。

       1．1．2 电流型三相桥式整流电路

        电流型三相桥式整流电路如图1所示，其优点是反馈控制简单，不需要在控制电路中加入电流反馈，只须调节各开关管的占空比就可以实现输入电流正弦化；直流侧的电压较低。缺点是输入电流正弦度不是很好，在输入侧必须加入并联电容，实现移相。这种电路现在开始成为研究的热点之一。这种电路适用于大功率整流电路且对功率因数要求不高的场合。

       1．1．3 电压型三相桥式整流电路

        电压型三相桥式整流电路如图2所示，其特点是采用高频PWM整流技术，器件处于高频开关状态，由于器件的开通和关断状态可以控制，所以整流器的电流波形是可控制的。这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零；能量可以双向流动，正常时能量从交流侧向直流侧流动，直流输出电压高于给定值时，能量从直流侧向交流侧流动，具有较高的转换效率。缺点是属于Boost型整流电路，直流侧电压要求较高。这种电路也是近年来研究的一个热点。

       1．2 蓄电池组和充放电电路

        蓄电池组是UPS的储能单元，市电正常时它吸收来自市电的能量并以化学能的形式储存起来，一旦市电中断，它把储存的化学能转换为电能向逆变器供电，维持负载供电的连续性。在中小功率的UPS系统中，电池组的电压通常比较低，因此，通常使用能量能够双向流动的充放电电路[4]。大功率系统中为了提高效率，简化电路通常直接把电池组并接在直流母线上。

       1．3 逆变电路

        逆变器是UPS的核心，它把直流电能转换成用户所需的稳压稳频的交流电能。下面仍以三相逆变器为对象分析近年来逆变器的研究热点。

       1．3．1 三相半桥式逆变电路

        在三相逆变电路中以三相半桥桥式电路应用最为普遍，这种电路的特点是采用全控型器件组成逆变器，存在着功率密度高，性能好，小型轻量化等优点。这种电路便于使用新的控制策略以提高逆变器的质量。但是，要实现带100％的独立负载是比较困难的。

       1．3．2 H桥逆变器

        对于超大容量的逆变器，由于功率等级的大幅度提高，对逆变器的结构提出了新的要求，H桥臂逆变器便是选择之一。这种逆变器输出变压器采用多绕组接法，输出变压器的原边采用3个独立的绕组，逆变器输出采用3个独立的H桥。这样控制方便，但是成本较高。

       1．3．3 三相四桥臂变换技术

        由于三相电路中，三桥臂逆变器本身存在着固有的缺陷，人们开始寻求新的电路结构，于是出现了三相四桥臂逆变器，如图3所示。这种电路结构输出为三相四线制，三相电压可以独立控制，控制方法灵活，但是这种拓扑的算法比较复杂，PWM矢量在三维空间中旋转，必须采用数字控制方法才能实现空间PWM波形的生成，这种电路成为了近年来研究的热点之一。

       1.4 三相UPS整机电路

       1.4．1 传统三相UPS电路结构

        传统的三相UPS结构，输入采用晶闸管整流，输出采用逆变器，电池直接挂接于直流母线，整流器同时作为充电器。输出采用变压器隔离，可以实现输入输出完全隔离，确保电网的扰动不会对负载造成干扰。市电断电时，电池通过逆变器输出稳定的交流电；在逆变器出现故障时，通过旁路输出电压，保证了供电的可靠性。这种结构的主要缺点是体积和重量都比较大。

       1．4．2高频链式三相UPS

        为了降低成本，减小UPS的体积和重量，出现了高频链式三相UPS，如图4所示。这种电路省去了庞大的工频变压器，输入采用高频整流，可以获得较高的输入功率因数和较低的输入谐波电流。其缺点是输入输出没有变压器隔离，电网的扰动可能会给UPS的输出造成扰动；输出三相电压靠电池和电容中点形成中线，所以在控制中必须保持正负直流电压幅值的相等，否则输出中线会有较大的直流成分，对负载和负载中的变压器不利；输入采用三相四线制，中线有电流流过，可能会造成中线电位偏移，对负载造成干扰；输入输出不隔离，并联时的环流问题较难解决。

       1．4．3 新的在线互动式UPS

        由于以上两种UPS都要经过两次满功率变换，因此系统的效率较低，从提高系统效率的角度出发，出现了一种串并联补偿式的大容量结构，是一种新的在线互动式结构，如图5所示。这种拓扑输入输出同样没有变压器隔离，所以会有高频链式UPS的缺点。这种UPS的输出频率必须保持与电网一致，而且对电网的扰动的抑制能力不强，因而供电质量比传统的三相UPS差。它的特点是从输入到输出间的能量不是经过满功率的变换，同样是由两个高频变换器组成，但是变换器1最大只承受20％的功率，从成本上讲，这种结构的成本更低。在控制方法上，变换器1是一个电压补偿器，用于补偿电网电压的畸变；变换器2是一个电流补偿器，用于补偿负载的谐波电流，并且在市电断电时作为满功率电压型逆变器向负载供电。

       1．4.4 输入输出隔离的高频链UPS

        由于传统工频UPS的输入输出带有隔离变压器，输出有很好的隔离特性，高频链式的UPS有很好的输入特性，因此，出现了这种带有输入输出隔离的高频链式的UPS如图6所示。由于高频整流的缺点，在输入侧必须接一个自耦变压器降压，增加了整机的重量和成本；另外，由于输入采用了高频变换器，整机的效率比高频链式和传统式UPS的效率都低。但是，由于输入功率因数是1，没有谐波电流，所以所消耗的总电能低于传统三相UPS。

       1．4．5输入输出并联的UPS

        这种电路中，输入端由多个整流器并联而成，给直流母线供电，同时直流母线给多个逆变器提供直流电压，多个逆变器的输出端直接连接同时给负载供电。这种方式可以增强UPS的容量，增加系统的可靠性，成本下降，可维护性增强，但是，并联模块越多，各模块间的均流问题越难解决。

       2 不间断电源的控制技术

        随着控制理论和功能丰富，性能优良的各种微控制器的迅猛发展，出现了多种离散化控制方法。从控制反馈回路的数目可分为单环、双环、多环控制。在硬件允许的条件下尽可能地提高反馈回路数目，可以提高控制效果。从控制原理上看包括数字PID控制、状态反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网路控制、空间矢量控制等方法。

        数字PID控制控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；算法简单明了，便于用单片机或DSP实现。但是存在两方面的局限性：一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。

        预测控制可以实现很小的输出电流畸变，抗噪音能力强，但是，这种算法要求知道精确的负载模型和电路参数，因此鲁棒性差，而且由于数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。滞环控制具有快速的响应速度，较高的稳定性，但是滞环控制的开关频率不固定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。

        无差拍控制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈信号推算出下一个开关周期的PWM脉冲宽度，因此，从理论上可以使输出电压在相位和幅值上都非常接近参考电压，由负载变化或非线性负载引起的输出电压误差可在一个开关周期内得到校正。但是，无差拍控制是一种基于被控制对象精确数学模型的控制方法，鲁棒性很差。

        滑摸控制是一种非线性控制，这种控制的特点是控制的非连续性。这种控制既可以用于线性系统也可用于非线性系统。这种控制方法具有很强的鲁棒性。缺点是要得到一个令人满意的滑模面是很困难的。

        重复控制是一种基于内模原理的控制方法。逆变器采用重复控制的目的是为了消除因整流桥负载引起的输出电压波形周期性的畸变。重复控制器可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但是，由于重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差。

        模糊控制属于智能控制的范畴。模糊控制器的设计不需要被控对象的精确数学模型，因此具有很强的鲁棒性和自适应性。模糊控制类似于传统的PD控制，因而这种控制有很快的响应速度，但是其静态特性不令人满意。神经元网络控制是模拟人脑神经中枢系统智能活动的一种控制方式。神经网络具有非线性映射能力、并行计算能力和较强的鲁棒性等优点，已广泛地应用于控制领域，尤其是非线性系统领域。目前在神经网络结构的设计、学习算法等方面已取得了一定成果。但是，由于硬件系统的限制，目前神经网络控制还无法实现对逆变器输出电压波形进行在线控制，多数应用都是采用离线学习获得优化的控制规律，然后利用得到的规律实现在线控制。

        谐波注入式PWM技术，直流母线电压的利用率基本上可以达到loo％。这种方法对于电压开环的控制系统非常有效，但在闭环控制系统中由于谐波注入的初始相位必须与基波保持一致，在电压瞬时值控制中电压基波的初始相位无法精确定位而难以应用。

        空间矢量PWM具有电流畸变小、直流母线电压利用率高以及易于数字化实现等优点，因此近年来得到了较多的应用。这种控制方式也需要电路的精确模型。

        上述各种控制方案都有其优势，但是也有其不足。同时采用不同的控制方法形成复合控制的控制方案在实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。

       3 不间断电源设计和应用中存在的问题

        美国UPS厂商APC．公司，总结并归纳了UPS供电系统当前面临的、也是今后必须解决的5个方面的问题:

        1)生命成本周期问题；

        2)不间断电源系统的可适应性及可扩展性问题；

        3)提高不间断电源的可用性问题；

        4)不间断电源对供电系统的可管理性问题；

        5)可服务性问题。

       4 不间断电源的最新发展动向

        不间断电源的发展动向是UPS的多机并联冗余化，采用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性；采用功能更丰富的硬件设备实现全数字控制，使各种先进的复杂控制算法得以运用而不断提高UPS的性能，即向数字化和高频化发展；UPS的进一步智能化和网络化，使计算机网络成为不间断网络。

       4．1 UPS的多机并联技术实现冗余化

        UPS的并联技术可以带来以下几个方面的好处：

        1)可以灵活地扩大电源系统的容量；

        2)可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性：

        3)极高的系统可维修性，当单台电源出现故障时，可以很方便地通过热插拔的方式进行更换和维修。

        采用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统，从目前掌握的资料来看，主要有以下几种冗余配置方案：

        1)集中式并联控制；

        2)主从式并联控制；

        3)分散式并联控制；

        4)环链式并联控制；

        5)无线式并联控制。

        这几种并联方式，从可靠性的角度看，集中式最差，无线式控制最好，也成为近年来的研究热点。

       4．2 UPS的数字化、高频化

        最初的UPS采用模拟控制方法有很多局限性。随着数字处理器计算速度的不断提高，使得各种先进的数字控制方法得以实现，使UPS的设计具有很大的灵活性，设计周期缩短，性能大为提高。UPS高频化，有效地减小了装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。数字化控制方法成了当今交流电源领域的一个研究热点，一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透，互相结合形成复合控制方案。数字化复合控制是UPS控制的一个发展方向。

       4．3 UPS的智能化、网络化

        为了适应计算机网络的发展，UPS中已经开始配置RS232接口、RS485接口、USB接口、SNMP卡和MODEM结合，成为计算机网络的一部分，具有以下优异的智能化、网络化特性。

        1)实时监控功能它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速采样，实现数字式监控。

        2)自诊断、自保护功能 UPS将实时采集来的各项模拟参量和工作状态数据以及系统中的关键硬件设备的数据与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障信息级别在控制面板的显示屏上以友好的图形界面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通电话等方式报警，并做出相应的保护动作。

        3)人机对话的控制方式 大型UPS可向用户提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和参数信息。可以提供让用户操作的可视化菜单。并以帮助和不断提示的方式引导用户按照既定方式处理故障，有效防止误操作。

        4)远程控制功能在网络化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的硬件设备提供保护，还应该对整个网络中的运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网络。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP(简单网络管理协议)管理器，使其具有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS成为网络系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软件监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过互联网，纳入网络管理系统来管理UPS。

        由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控，而且随着Internet、Intranet和电子商务的超高速发展，用户对网络的可用性要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护

国内外电压型逆变器的技术现状

       国内外电压型逆变器的技术现状如下：

       1、国外发展历经四代，根据查询相关公开信息显示，截至到2022年12月28日，国外以开关型直流逆变器，体积小，精度纹波系数高可靠性高，是未来直流电机驱动和电镀电解行业的主体电源。

       2、国内起步晚，截至到2022年12月28日，实现了高频变换技术功率转换技术数字化控制技术全谐振高频软开关变换技术同步整流技术高度智能化技术。

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