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一、 引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計算機網(wǎng)絡(luò )、通信業(yè)的快速發(fā)展，使用者對電源供應系統的要求越來(lái)越高。而公共電力系統中存在許多不穩定因素，如電壓幅值、頻率不穩定、浪涌、尖峰信號、線(xiàn)路噪音及各種*，這些不穩定因素有時(shí)會(huì )影響負載的正常工作甚至損壞負載，這些情況下，采用適合現場(chǎng)使用工況的UPS，都能發(fā)揮很好的作用。但在選用UPS系統供電時(shí)，不但要滿(mǎn)足實(shí)用、可靠，還要考慮各種結構UPS的局限性和不足之處。
Uninterruptable Power System，意為不間斷電源，顧名思義，就是當停電時(shí)能夠接替市電持續供應電力的設備。
二、UPS技術(shù)指標
隨著(zhù)UPS產(chǎn)品的技術(shù)不斷發(fā)展與完善，現在UPS產(chǎn)品已日趨成熟?，F代UPS可以達到的優(yōu)越技術(shù)指標，使得在市電的任何惡劣條件下，都能保證用電設備對電源質(zhì)量的要求。這些技術(shù)要求主要包括：
?。?）市電寬幅的電壓波動(dòng)對其影響；
?。?）市電電壓波形失真對其影響；
?。?）市電的三相不平衡對其影響；
?。?）UPS輸出電壓穩定精度；
?。?）UPS輸出電壓波形失真度；
?。?）UPS輸出頻率穩定度；
?。?）UPS輸出電壓平衡度；
?。?）UPS輸入功率因素；
?。?）UPS電流輸入諧波成分；
?。?0）UPS在市電掉電后切換時(shí)間；
?。?1）UPS整機運行效率；
?。?2）UPS輸出的過(guò)載能力；
?。?3）UPS輸出電流的THD系數；
?。?4）市電掉電后的UPS維持工作時(shí)間；
?。?5）UPS是否具有網(wǎng)絡(luò )管理、網(wǎng)絡(luò )通訊以及基于該基礎上的信息通信；
三、UPS電源的分類(lèi)
UPS電源從運作方式上可分為動(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、柴(汽)油機、飛輪和發(fā)電機組構成，是UPS的較早形式，具有穩定可靠，維護技術(shù)比較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但設備龐大笨重，效率低，噪聲大，目前已應用不多。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)和強電流電子開(kāi)關(guān)，實(shí)現大功率的電能轉換，更能適應于當今IT行業(yè)、自動(dòng)化控制和精密儀器等的普遍應用。
靜態(tài)UPS可以以?xún)炔拷Y構、輸出波形、容量、后備時(shí)間來(lái)分類(lèi)，其中按照內部結構分為后備式、雙逆變在線(xiàn)式及在線(xiàn)互動(dòng)式。以?xún)炔拷Y構分類(lèi)是現行最被接受的，并以此來(lái)判定不同品牌的UPS的優(yōu)劣，本文主要以該種方式來(lái)描述。
1．后備式
當市電正常供電時(shí)，直接供應給負載使用，同時(shí)有一回路經(jīng)充電回路對電池組充電。若市電的電壓不穩定或市電發(fā)生異常．則由UPS的變流器提供穩定的電力給負載使用。多數此類(lèi)產(chǎn)品的輸出波形皆為方波或階梯波。
后備式結構其內部電路設計上相當簡(jiǎn)單，而且在實(shí)際上運作的過(guò)程中，交流輸入電源直接輸出至電源輸出端，幾乎沒(méi)有電力損耗，輸出效率可達98％以上。但在執行一般性的電源輸出入動(dòng)作時(shí)，當外部所提供的輸入電源品質(zhì)不佳(電壓不穩、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(lái)輸出電源。所以往往在交流旁路上配置了交流穩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UPS發(fā)現外部發(fā)生停電情形，切換至內部電池輸出電力的所需時(shí)間一般為4ms——10ms，對一般的計算機設備的工作不會(huì )造成影響。由于輸出有轉換開(kāi)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(zhù)價(jià)格優(yōu)勢，比較便宜。
2．雙逆變在線(xiàn)式
在線(xiàn)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(lái)電壓經(jīng)過(guò)本身的加工轉換后再供給負載，也就是說(shuō)，當市電正常供電時(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(guò)變流器的轉換提供凈化過(guò)的交流電力給負載使用；此時(shí)若市電發(fā)生異常．變流器的輸入則改由電池組來(lái)供應，變流器持續提供電力，達到完全不斷電。
由此可知，不論市電電力質(zhì)量如何，其輸出均是穩定且純凈的正弦波電源。雙逆變在線(xiàn)式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因為它從根本上消除了來(lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和*對負載的影響，真正實(shí)現了對負載的無(wú)*、穩壓、穩頻以及零轉換時(shí)間。雙逆變在線(xiàn)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)電機的方法，改裝成長(cháng)時(shí)間不間斷供電系統，所以它多被用在供電質(zhì)量要求很高的場(chǎng)所。但是無(wú)論市電有無(wú)，全部負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，所以對負載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數(一般只達到3：1)，過(guò)載能力、輸出功率因數(一般為0．8)、輸出有功功率小于標定的功率數，應付沖擊性負載的能力等；同時(shí)整流器多為整流電路，對電網(wǎng)形成電流諧波*，輸入功率因數低，經(jīng)濾波后，最小的諧波電流成分在10％左右，而輸入功率因數只有O．8左右，如果在整流器中使用功率因數校正技術(shù)，則可把輸入功率因數提高到接近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100％的負載功率，所以整機效率低，10kVA以下的UPS為80％左右，50kVA的可達85％～90％，l00kVA以上的可達90％～92％。
3．在線(xiàn)互動(dòng)式
介于后備式和在線(xiàn)式工作方式之間的UPS設備，當市電電源在約l50V～264V的范圍內，它向用戶(hù)提供經(jīng)鐵磁諧振穩壓器或經(jīng)變壓器抽頭調壓處理的一般市電電源對于這種UPS來(lái)說(shuō)，僅僅當市電電源電壓低于150V或高于264V左右時(shí)，它才有可能向用戶(hù)提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源。
在線(xiàn)互動(dòng)式集中了后備式UPS效率較高和在線(xiàn)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相去不遠，主要不同在于此類(lèi)產(chǎn)品將充電回路與變流器整合為雙向轉換回路，采用了鐵磁諧波變壓器，可自動(dòng)監測輸入電壓是否符合于正常范圍內，如有偏差可由穩壓電路升壓或降壓，提供較穩定之輸出電壓因此在線(xiàn)互動(dòng)式UPS也有轉換時(shí)間，比后備式UPS短。同后備式UPS相比，在線(xiàn)互動(dòng)UPS的保護功能較強，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(méi)有轉換開(kāi)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)是具有較強的軟件功能?？紤]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(mǎn)意，故不適合作長(cháng)延時(shí)的UPS。在線(xiàn)互動(dòng)式UPS價(jià)格遠遠低于在線(xiàn)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(xiàn)互動(dòng)式的功能，可在輸入開(kāi)關(guān)和智能調壓之間串接一個(gè)電感，串聯(lián)電感對逆變輸出反饋到電網(wǎng)的電流有很強的抑制作用。避免了輸入開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)時(shí)短路逆變器輸出的危險，當市電掉電時(shí)，逆變器可立即向負載供電，也可以使在線(xiàn)互動(dòng)式的轉換時(shí)間減小到零，使其完全具備雙逆變在線(xiàn)式的轉換功能，同時(shí)還增加了整個(gè)UPS的抗*能力。但是，這樣做卻帶來(lái)了降低UPS輸入功率的不良后果。
4．雙逆變電壓補償在線(xiàn)式
雙逆變電壓補償技術(shù)也稱(chēng)為Delta技術(shù)，是目前國際上最領(lǐng)先的技術(shù)。它成功地將交流穩壓技術(shù)中的電壓補償原理運用到UPS的主電路中，當市電存在時(shí)，兩組逆變器只對輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調整和補償，逆變器承擔的最大功率僅為輸出功率的20％。這就增強了UPS的輸出能力和過(guò)載能力，不再對負載電流波峰系數予以限制，可從容地對付沖擊性負載，輸出有功功率可以等于標定的功率值?？偠灾?，Delta技術(shù)的運用，不僅彌補了原來(lái)在線(xiàn)式的不足，還使得許多主要指標有了新的突破。
逆變電壓補償在線(xiàn)式同樣是雙逆變電路結構和在線(xiàn)工作，當市電存在時(shí)。整流器和變流器只對輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調整和補償，逆變器負擔的最大功率(當輸入電壓處于上限和下限時(shí))僅為輸出功率的20％(相當于輸入電壓變化范圍)，所以功率強度很小(1／5)，功率余量大，這就大大增強了UPS的輸出能力，提高了整機效率(很大的功率范圍內都可達到96％)，乃至元器件、整機的壽命和可靠性；與雙逆變在線(xiàn)式相比，過(guò)載能力增強（200％，lmin)。整流器同時(shí)完成了對輸入端的功率因數校正功能，使輸入功率因數等于l，輸入諧波電流降到3％以下。
四、UPS運行方式
UPS有四種操作運行模式：正常操作模式、停電模式(電池供電)、備用電源模式和維護旁路模式。
1、 正常操作模式：在正常交流電源供應下，整流器將交流電轉換為直流電源后，供電給逆變器并同時(shí)對電池充電。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、噪聲及頻率不穩定等問(wèn)題消除，使逆變器提供更穩定的電源給負載。
2、 停電模式：當交流電源發(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 )有中斷現象，進(jìn)而達到保護輸出負載的作用。
3、 備用電源模式：當逆變器發(fā)生異常狀況如逆變器保險絲熔斷、元件溫度過(guò)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(kāi)關(guān)會(huì )將電源供應轉為由旁路備用電源輸出給負載使用。
4、 維護旁路模式：當UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負載供電又不能中斷時(shí)，可以先切斷逆變器開(kāi)關(guān)然后激活旁路開(kāi)關(guān)，再將整流器和備用電源開(kāi)關(guān)切斷。在手動(dòng)維護旁路轉換的過(guò)程中，交流電源經(jīng)由維護旁路開(kāi)關(guān)繼續供應電源給負載，此時(shí)，維護人員可以安全地對UPS進(jìn)行維護。
在UPS的使用過(guò)程中尤其不能忽視的是維護檢修工作，再好的設備也有壽命，也會(huì )出現各種故障，不能因為其高智能、免維護或者是進(jìn)口設備而忽略了本應進(jìn)行的維護工作，預防在任何時(shí)候都是安全運行的重要保障。
五、結束語(yǔ)
不間斷電源UPS及以它為核心的供電系統被設置在市電電網(wǎng)與負載設備之間，目的是改善對負載的供電質(zhì)量，在市電故障時(shí)，保證負載設備的正常運行，升通過(guò)智能管理、智能監控和網(wǎng)絡(luò )通信實(shí)現對整體電力基礎設施的保護，成為一個(gè)有強大管理功能的信息技術(shù)設備，已經(jīng)完全融于企業(yè)信息系統，并成為其中不可缺少的一部分。
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