一、 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信業(yè)的快速發(fā)展，使用者對(duì)電源供應(yīng)系統(tǒng)的要求越來越高。而公共電力系統(tǒng)中存在許多不穩(wěn)定因素，如電壓幅值、頻率不穩(wěn)定、浪涌、尖峰信號(hào)、線路噪音及各種*，這些不穩(wěn)定因素有時(shí)會(huì)影響負(fù)載的正常工作甚至損壞負(fù)載，這些情況下，采用適合現(xiàn)場(chǎng)使用工況的UPS，都能發(fā)揮很好的作用。但在選用UPS系統(tǒng)供電時(shí)，不但要滿足實(shí)用、可靠，還要考慮各種結(jié)構(gòu)UPS的局限性和不足之處。 

   Uninterruptable Power System，意為不間斷電源，顧名思義，就是當(dāng)停電時(shí)能夠接替市電持續(xù)供應(yīng)電力的設(shè)備。

二、UPS技術(shù)指標(biāo)

隨著UPS產(chǎn)品的技術(shù)不斷發(fā)展與完善，現(xiàn)在UPS產(chǎn)品已日趨成熟?，F(xiàn)代UPS可以達(dá)到的優(yōu)越技術(shù)指標(biāo)，使得在市電的任何惡劣條件下，都能保證用電設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量的要求。這些技術(shù)要求主要包括：

（1）市電寬幅的電壓波動(dòng)對(duì)其影響；

（2）市電電壓波形失真對(duì)其影響；

（3）市電的三相不平衡對(duì)其影響；

（4）UPS輸出電壓穩(wěn)定精度；

（5）UPS輸出電壓波形失真度；

（6）UPS輸出頻率穩(wěn)定度；

（7）UPS輸出電壓平衡度；

（8）UPS輸入功率因素；

（9）UPS電流輸入諧波成分；

（10）UPS在市電掉電后切換時(shí)間；

（11）UPS整機(jī)運(yùn)行效率；

（12）UPS輸出的過載能力；

（13）UPS輸出電流的THD系數(shù)；

（14）市電掉電后的UPS維持工作時(shí)間；

（15）UPS是否具有網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)通訊以及基于該基礎(chǔ)上的信息通信；

三、UPS電源的分類

UPS電源從運(yùn)作方式上可分為動(dòng)態(tài)式和靜態(tài)式兩種。動(dòng)態(tài)式UPS由整流器、電池、直流電動(dòng)機(jī)、柴(汽)油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，是UPS的較早形式，具有穩(wěn)定可靠，維護(hù)技術(shù)比較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)備龐大笨重，效率低，噪聲大，目前已應(yīng)用不多。通常人們所指的UPS大都指靜態(tài)式UPS，靜態(tài)式UPS采用了大功率逆變技術(shù)和強(qiáng)電流電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)大功率的電能轉(zhuǎn)換，更能適應(yīng)于當(dāng)今IT行業(yè)、自動(dòng)化控制和精密儀器等的普遍應(yīng)用。

靜態(tài)UPS可以以內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸出波形、容量、后備時(shí)間來分類，其中按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為后備式、雙逆變?cè)诰€式及在線互動(dòng)式。以內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類是現(xiàn)行最被接受的，并以此來判定不同品牌的UPS的優(yōu)劣，本文主要以該種方式來描述。

1．后備式

當(dāng)市電正常供電時(shí)，直接供應(yīng)給負(fù)載使用，同時(shí)有一回路經(jīng)充電回路對(duì)電池組充電。若市電的電壓不穩(wěn)定或市電發(fā)生異常．則由UPS的變流器提供穩(wěn)定的電力給負(fù)載使用。多數(shù)此類產(chǎn)品的輸出波形皆為方波或階梯波。

后備式結(jié)構(gòu)其內(nèi)部電路設(shè)計(jì)上相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且在實(shí)際上運(yùn)作的過程中，交流輸入電源直接輸出至電源輸出端，幾乎沒有電力損耗，輸出效率可達(dá)98％以上。但在執(zhí)行一般性的電源輸出入動(dòng)作時(shí)，當(dāng)外部所提供的輸入電源品質(zhì)不佳(電壓不穩(wěn)、頻率變動(dòng)、雜波、扭曲等因素)，在輸出端也會(huì)以同樣狀態(tài)來輸出電源。所以往往在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善，提高了UPS雙向抗*功能。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)UPS發(fā)現(xiàn)外部發(fā)生停電情形，切換至內(nèi)部電池輸出電力的所需時(shí)間一般為4ms——10ms，對(duì)一般的計(jì)算機(jī)設(shè)備的工作不會(huì)造成影響。由于輸出有轉(zhuǎn)換開關(guān)，受切換電流能力和動(dòng)作時(shí)間的限制，UPS工作時(shí)輸出波形大都為方波，供電質(zhì)量相對(duì)較差。UPS輸出功率做大有一定困難，只適用于要求不高的場(chǎng)合，并且功率一般都較小，多在2kVA以下。但后備式UPS產(chǎn)品有著價(jià)格優(yōu)勢(shì)，比較便宜。

　　2．雙逆變?cè)诰€式

在線式UPS電源一般采用雙變換模式。即使在電網(wǎng)電壓正常供電時(shí)，UPS的輸出，也是將外來電壓經(jīng)過本身的加工轉(zhuǎn)換后再供給負(fù)載，也就是說，當(dāng)市電正常供電時(shí)．市電經(jīng)濾波回路及突波吸收回路后，分為兩個(gè)回路同時(shí)動(dòng)作，其一是經(jīng)由充電回路對(duì)電池組充電，另一個(gè)則是經(jīng)整流回路，作為變流器的輸入，再經(jīng)過變流器的轉(zhuǎn)換提供凈化過的交流電力給負(fù)載使用；此時(shí)若市電發(fā)生異常．變流器的輸入則改由電池組來供應(yīng)，變流器持續(xù)提供電力，達(dá)到完全不斷電。

由此可知，不論市電電力質(zhì)量如何，其輸出均是穩(wěn)定且純凈的正弦波電源。雙逆變?cè)诰€式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因?yàn)樗鼜母旧舷藖碜噪娋W(wǎng)的電壓波動(dòng)和*對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無*、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。雙逆變?cè)诰€式UPS的這種特點(diǎn)。使它比較適合于用外加電池或加裝優(yōu)質(zhì)發(fā)電機(jī)的方法，改裝成長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電系統(tǒng)，所以它多被用在供電質(zhì)量要求很高的場(chǎng)所。但是無論市電有無，全部負(fù)載功率都由逆變器供出，UPS的功率余量有限，輸出能力不理想，所以對(duì)負(fù)載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數(shù)(一般只達(dá)到3：1)，過載能力、輸出功率因數(shù)(一般為0．8)、輸出有功功率小于標(biāo)定的功率數(shù)，應(yīng)付沖擊性負(fù)載的能力等；同時(shí)整流器多為整流電路，對(duì)電網(wǎng)形成電流諧波*，輸入功率因數(shù)低，經(jīng)濾波后，最小的諧波電流成分在10％左右，而輸入功率因數(shù)只有O．8左右，如果在整流器中使用功率因數(shù)校正技術(shù)，則可把輸入功率因數(shù)提高到接近1，輸入電流諧波成分也會(huì)大幅度降低；還有在市電存在時(shí)，由于兩個(gè)逆變器都承擔(dān)100％的負(fù)載功率，所以整機(jī)效率低，10kVA以下的UPS為80％左右，50kVA的可達(dá)85％～90％，l00kVA以上的可達(dá)90％～92％。

3．在線互動(dòng)式

介于后備式和在線式工作方式之間的UPS設(shè)備，當(dāng)市電電源在約l50V～264V的范圍內(nèi)，它向用戶提供經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理的一般市電電源對(duì)于這種UPS來說，僅僅當(dāng)市電電源電壓低于150V或高于264V左右時(shí)，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源。

在線互動(dòng)式集中了后備式UPS效率較高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。其原理與后備式不斷電系統(tǒng)相去不遠(yuǎn)，主要不同在于此類產(chǎn)品將充電回路與變流器整合為雙向轉(zhuǎn)換回路，采用了鐵磁諧波變壓器，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸入電壓是否符合于正常范圍內(nèi)，如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓，提供較穩(wěn)定之輸出電壓因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間，比后備式UPS短。同后備式UPS相比，在線互動(dòng)UPS的保護(hù)功能較強(qiáng)，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，逆變器與輸出直接接在一起，沒有轉(zhuǎn)換開關(guān)的限制，所以輸出功率可提高到5kVA～10kVA，而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能。考慮到與充電逆變器共用一個(gè)模塊，在給電池充電時(shí)，由逆變器產(chǎn)生的高頻成分很難濾掉，充電效果不是非常令人滿意，故不適合作長(zhǎng)延時(shí)的UPS。在線互動(dòng)式UPS價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在線式UPS，只比后備式UPS價(jià)格稍高，也是一種適合小型辦公或家庭使用的UPS，為了進(jìn)一步改善在線互動(dòng)式的功能，可在輸入開關(guān)和智能調(diào)壓之間串接一個(gè)電感，串聯(lián)電感對(duì)逆變輸出反饋到電網(wǎng)的電流有很強(qiáng)的抑制作用。避免了輸入開關(guān)未斷開時(shí)短路逆變器輸出的危險(xiǎn)，當(dāng)市電掉電時(shí)，逆變器可立即向負(fù)載供電，也可以使在線互動(dòng)式的轉(zhuǎn)換時(shí)間減小到零，使其完全具備雙逆變?cè)诰€式的轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還增加了整個(gè)UPS的抗*能力。但是，這樣做卻帶來了降低UPS輸入功率的不良后果。

4．雙逆變電壓補(bǔ)償在線式

雙逆變電壓補(bǔ)償技術(shù)也稱為Delta技術(shù)，是目前國(guó)際上最領(lǐng)先的技術(shù)。它成功地將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中，當(dāng)市電存在時(shí)，兩組逆變器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的20％。這就增強(qiáng)了UPS的輸出能力和過載能力，不再對(duì)負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制，可從容地對(duì)付沖擊性負(fù)載，輸出有功功率可以等于標(biāo)定的功率值。總而言之，Delta技術(shù)的運(yùn)用，不僅彌補(bǔ)了原來在線式的不足，還使得許多主要指標(biāo)有了新的突破。

逆變電壓補(bǔ)償在線式同樣是雙逆變電路結(jié)構(gòu)和在線工作，當(dāng)市電存在時(shí)。整流器和變流器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，逆變器負(fù)擔(dān)的最大功率(當(dāng)輸入電壓處于上限和下限時(shí))僅為輸出功率的20％(相當(dāng)于輸入電壓變化范圍)，所以功率強(qiáng)度很小(1／5)，功率余量大，這就大大增強(qiáng)了UPS的輸出能力，提高了整機(jī)效率(很大的功率范圍內(nèi)都可達(dá)到96％)，乃至元器件、整機(jī)的壽命和可靠性；與雙逆變?cè)诰€式相比，過載能力增強(qiáng)（200％，lmin)。整流器同時(shí)完成了對(duì)輸入端的功率因數(shù)校正功能，使輸入功率因數(shù)等于l，輸入諧波電流降到3％以下。

　　四、UPS運(yùn)行方式

UPS有四種操作運(yùn)行模式：正常操作模式、停電模式(電池供電)、備用電源模式和維護(hù)旁路模式。

1、 正常操作模式：在正常交流電源供應(yīng)下，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電源后，供電給逆變器并同時(shí)對(duì)電池充電。在將交流電整流為直流電時(shí)，整流器能將市電中所產(chǎn)生的異常波形、噪聲及頻率不穩(wěn)定等問題消除，使逆變器提供更穩(wěn)定的電源給負(fù)載。

2、 停電模式：當(dāng)交流電源發(fā)生異?；蛘髌?、電抗器故障時(shí)，電池組提供電能給逆變器，使交流輸出不會(huì)有中斷現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)輸出負(fù)載的作用。

3、 備用電源模式：當(dāng)逆變器發(fā)生異常狀況如逆變器保險(xiǎn)絲熔斷、元件溫度過高、短路等故障時(shí)，逆變器會(huì)自動(dòng)切斷以防止損壞，若此時(shí)旁路交流電源正常時(shí)，靜態(tài)開關(guān)會(huì)將電源供應(yīng)轉(zhuǎn)為由旁路備用電源輸出給負(fù)載使用。

4、 維護(hù)旁路模式：當(dāng)UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負(fù)載供電又不能中斷時(shí)，可以先切斷逆變器開關(guān)然后激活旁路開關(guān)，再將整流器和備用電源開關(guān)切斷。在手動(dòng)維護(hù)旁路轉(zhuǎn)換的過程中，交流電源經(jīng)由維護(hù)旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)電源給負(fù)載，此時(shí)，維護(hù)人員可以安全地對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)。

在UPS的使用過程中尤其不能忽視的是維護(hù)檢修工作，再好的設(shè)備也有壽命，也會(huì)出現(xiàn)各種故障，不能因?yàn)槠涓咧悄?、免維護(hù)或者是進(jìn)口設(shè)備而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作，預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。

　　五、結(jié)束語

不間斷電源UPS及以它為核心的供電系統(tǒng)被設(shè)置在市電電網(wǎng)與負(fù)載設(shè)備之間，目的是改善對(duì)負(fù)載的供電質(zhì)量，在市電故障時(shí)，保證負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行，升通過智能管理、智能監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)整體電力基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)，成為一個(gè)有強(qiáng)大管理功能的信息技術(shù)設(shè)備，已經(jīng)完全融于企業(yè)信息系統(tǒng)，并成為其中不可缺少的一部分。

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作者簡(jiǎn)介：

陳大兵，男，高級(jí)工程師，1972年出生，1998年湘潭大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)本科畢業(yè)，2008年武漢科技大學(xué)工程碩士畢業(yè)，現(xiàn)就職于湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司五米寬厚板廠。

編輯：Harris

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