不間斷電源技術特點

　　當前，數(shù)字革命和網(wǎng)絡經(jīng)濟正席卷全球。隨著各種信息系統(tǒng)在各個行業(yè)的應用，更帶動了不間斷電源（UPS）的迅猛發(fā)展。作為直接關系到計算機軟硬件能否安全運行的一個重要因素，電源質量的可靠性應當成為中小企業(yè)、學校等首要考慮的問題。UPS（Uninterruptable Power System）是不間斷電源的意思，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源，主要用于給服務器、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。不間斷電源從計算機的外圍設備，一個不受重用的角色迅速變成為互聯(lián)網(wǎng)的關鍵設備及電子商務的保衛(wèi)者。UPS作為信息社會的基石，已開始了她新的歷史使命。隨著國際互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，對電力供電質量提出了越來越高的要求，無論是整個網(wǎng)絡的設備還是數(shù)據(jù)傳輸途徑給以端到端的全面保護，都要求配置高質量的不間斷電源。

　　一、UPS的工作原理

　　UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓、穩(wěn)頻輸出的電源保護設備。當市電正常輸入時，UPS就將市電穩(wěn)壓后供給負載使用。同時對機內電池充電，把能量儲存在電池中，當市電中斷（各種原因停電）或輸入故障時，UPS即將機內電池的能量轉換為220V交流電繼續(xù)供負載使用，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

　　UPS主要從九十年代開始成規(guī)模，90年代初，對UPS要求能提供無時間中斷的電源來確保用戶的數(shù)據(jù)不致丟失為保護重點；90年代中期，在UPS配置了RS232接口和在計算機監(jiān)控平臺上配置各種電源監(jiān)控軟件的智能化UPS，保護重點為用戶的數(shù)據(jù)的完整性；到了90年代末期，UPS以確保系統(tǒng)具有“高穩(wěn)定性”及“高可用性”為其保護重點。不同年代的需要對UPS不同分類及發(fā)展，UPS的分類及展是當今信息社會高速發(fā)展的需要。

　　二、UPS的基本分類與特點

　　目前市場上已經(jīng)有不同類型的UPS，按UPS的工作方式可分為后備式、在雙變換在線式、在線互動式三大類。

　　1、備式UPS電源

　　它是靜止式UPS的最初形式，應用廣泛，技術成熟，一般只用小功率范圍，電路簡單，價格低廉。這種UPS對電壓的頻率不穩(wěn)、波形畸變以及從電網(wǎng)侵入的干擾等不良影響基本上沒有任何改善。

　　其工作性能特點：1） 市電利用率高，可達96%。2） 輸出能力強，對負載電流波峰因數(shù)、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴格的限制。3）輸出轉換開關受切換電流能力和動作時間限制。4）輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質。

　　2、在線互動式UPS電源

　　也稱為3端口式UPS電源，使用的是工頻變壓器。從能量傳遞的角度來考慮，其變壓器在3個能量流動的端口；端口1連接市電輸入，端口2通過雙向變換器與蓄電池相連，端口3輸出，市電供電時，交流電經(jīng)端口1流入變壓器，在穩(wěn)壓電路的控制下選擇合適的變壓器抽頭拉入，同時在端口2的雙向變換器的作用下借助蓄電池的能量轉換共同調節(jié)端口3上的輸出電壓，以此來達到比較好的穩(wěn)壓效果。當市電掉電時，蓄電池通過雙向變換器經(jīng)端口2給變壓器供電，維持端口3上的交流輸出。在線動式UPS電源在變壓器抽頭切換的過程中，雙向變換器作為逆變器方式工作，蓄電池供電，因此能實現(xiàn)輸出電壓的不間斷。

　　其工作性能特點： 1） 市電利用率高，可達98%。2）輸出能力強，對負載電流波峰因數(shù)、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴格的限制。3）輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質。4） 變換器直接接在輸出端，并處于熱備份狀態(tài)。對輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。5）輸入開關存在斷開時間，致使UPS輸出仍有轉換時間，但比后備式小得多。 6） 變換器同時具有充電功能，且其充電能力很強。7） 如在輸入開關與自動穩(wěn)壓器之間串接一電感，當市電掉電時，逆變器可立即向負載供電，可避免輸入開關未斷開時，逆變器反饋到電網(wǎng)而出現(xiàn)短路的危險。

　　3、雙變換在線式UPS電源

　　它是屬于串聯(lián)功率傳輸方式。當市電存在時，實現(xiàn)AC－＞DC轉換功能，一方面向DC－＞AC逆變器提供能量，同時還向蓄電池充電。該整流器多為可控硅整流器，但也有IGBT－PWM－DSP高頻變換新一代整流器。當逆變時，完成DC－＞AC轉換功能，向輸出端提供高質量電能，無論由市電供電或轉向電池供電，其轉換時間為零。當逆變器過載或發(fā)生故障時，逆變器停止輸出，靜態(tài)開關自動轉換，由市電直接向負載供電。靜態(tài)開關為智能型大功率無觸點開關。

　　其工作性能特點：1）不管有無市電供應，負載的全部功率都由逆變器提供，保證高質量的電力輸出。2）由于全部負載功率都由逆變器提供，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件，如負載流峰值因數(shù)，過載能力，輸出功率因數(shù)等。3）對可控整流器還存在輸入功率因數(shù)低，無功損耗大，輸入諧波電流對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的，當然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技術成功率因數(shù)校正技術，可把輸入功率因數(shù)提高到接近1。

　　4、雙逆變電壓補償在線式UPS電源

　　此項技術是近些年提出來的，主要是把交流穩(wěn)壓技術中的電壓補償原理（delta變換）應用到UPS的主電路中，產(chǎn)生一種新的UPS電路結構型式，它屬于串并聯(lián)功率傳輸。

　　其工作性能特點：1）逆變器（II）監(jiān)視輸出端，并與逆變器（I）參與主電路電壓的調整，可向負載提供高質量的電能。2）市電掉電時，輸出電壓不受影響，沒有轉換時間；當負載電流發(fā)生畸變時，由逆變器（II）調整補償，因而是在線工作方式。3）當市電存在時，逆變器（I）與（II）只對輸入電壓與輸出電壓的差值進行調整與補償，逆變器只承擔最大輸出功率的20%，因而功率余最大。過載能力強。4）逆變器（I）同時完成對輸入端的功率因數(shù)校正功能。輸入功率因數(shù)可達到0.99，輸入諧波電流＜3%。5）在市電存在時，由于兩個逆變器承擔的最大功率僅為輸出功率的1/5，因此整機效率可達到96%。6）在市電存在時，逆變器（II）功率強度僅為額定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。7）由于具有輸入功率因數(shù)補償，因而有節(jié)能效果。

　　三、UPS電源的選購

　　一臺UPS至少可以使用3年以上，用戶在挑選UPS電源時，應根據(jù)自己的要求來確定挑選標準，選擇最適合自身業(yè)務需求的UPS，而不是最便宜或最高檔。在選購UPS之前，用戶應就負載設備所處理資料的重要性、各種用電設備對電源質量的要求、安裝與空間要求以及經(jīng)濟預算等因素綜合考慮，此外，UPS的重量和體積大小是否合適也是我們在選購時應注意的關鍵問題。

　　接下來，用戶應了解所需UPS的容量，并考慮未來擴充設備時的總容量。選擇有信譽的品牌與制造商也是必不可少的。當然，在購買UPS時還要注意其輸出功率、可供電霎時間長短、輸出電壓波形、瞬時響應特性、輸出頻率穩(wěn)定度、波形失真系數(shù)、輸出電壓穩(wěn)度、安全性能、可維護性能及價格等諸多問題。簡而言之，用戶應根據(jù)自身的業(yè)務需求來選購適當?shù)腢PS產(chǎn)品，并從技術性能、服務保證和產(chǎn)品價格3個方面進行考慮。

　　對供電質量要求很高的計算中心、網(wǎng)管中心等，為確保對負載供電的萬無一失，常需要采用以下幾種具有“容錯”功能的冗余供電系統(tǒng)：1）主機－從機型“熱備份”冗余供電系統(tǒng)：基結構是將主機UPS的交流旁路連接到從機UPS的逆變器電源輸出端，萬一主機USP出故障，可改由從機UPS帶載。這種冗余工作方式由于沒有“擴容”功能和可能出現(xiàn)4毫秒的供電中斷，其應用范圍有限。2）利用雙機冗余供電系統(tǒng)：通過將兩臺具有相同功率的UPS輸出置于同幅度、同相位和同頻率的狀態(tài)而直接并聯(lián)起來。正常工作時，由兩臺UPS各承擔1/2負載電流，萬一其中一臺UPS出故障，則由剩下的一臺UPS來承擔全部負載。這種并機系統(tǒng)的平均故障工作時間（MTBF）是單機UPS的7－8倍，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　四、UPS的維護

　　隨著電腦的日益普及，電腦的保護神UPS也得到了廣泛的應用。UPS是使用簡單但又容易損壞的設備?？茖W的使用和維護將會延長UPS的壽命。

　　1）盡量不接電感性負載。因為電感性負載的啟動