UPS选用解析

陈峰

摘要：UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是一种含有储能装置，以整流逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。不间断电源经过多年的发展和完善，已有了很大的发展。从UPS发展史及原理发展趋势简述选型。

关键词：不间断电源

一 UPS基本原理

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）或超限（电压频率超出一定范围时），UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

目前，不间断电源经过多年的发展和完善，已有了很大的发展。大功率、高性能元器件的问世，以及针对计算机等信息技术设备对电源质量的要求，各类不间断电源的技术性能指标不断提高，功能越来越齐全。

二 不间断电源的分类及选用

从其发展历史来说，UPS经历了两个阶段：动态式UPS和静态变换式UPS。

随着电脑网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量应用，动态式UPS已难以满足要求。因此随着电力电子技术的发展，另一种形式的UPS---静态变换式UPS便应运而生了，这是我们目前最常见到的UPS类型。

从技术上讲，静态式UPS分为三类：离线式（又称后备式OFF LINE）、在线式（ON LINE）和在线互动式（LINE - INTERACTIVE）。

一、在线式和后备式

从工作原理上分UPS可分为后备式（OFF LINE）和在线式（ON LINE）两种。从备用时间上则可分为标准型和长效型两种。

后备式和在线式UPS的原理框图分别见图1-a、b所示

从原理上看，在线式UPS同后备式UPS的主要区别在于，后备式UPS在有市电或市电在一定范围内时仅对市电进行简单滤波，逆变器不工作，处于等待状态，当市电异常时，后备式UPS会迅速切换到逆变状态，将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式UPS在由市电转逆工作时会有一段转换时间，一般小于7ms，后备UPS功率比较小，一般3KVA以下，价格也比较低廉，应用在市电电压频率比较稳定，功率在3KVA以下负载太重要场合，随着科技发展后备机逐渐被淘汰，但现在市面EPS消防应急电源就是后备机基础上发展起来新应用，虽然不叫后备式UPS，但原理大体一致，并且带载功率段较宽，从几百VA到几千VA，而且可以带电机日光灯等非线性负载。

在线式UPS开机后逆变器始终处于工作状态，因此在市电异常转电池放电时没有中断时间，即0中断。现在在线式双变换UPS已经发展比较成熟，市面比较常见，功率段覆盖比较广，市面上从1KVA到几百KVA 都可以见到，现在应用最广泛的机型。

二、在线互动式

UPS除了以上两种类型外，还有一种称为在线互动式（Line-Interactive）。

其原理框图如图1-c所示：

这种在线互动式设计当交流输入电源正常时，逆变器反相工作给电池充电，停电时转换开关断开，电池提供输出。同后备式UPS相比，由于该UPS的逆变器和输出总是处于连通状态，因而它能对电源起到滤波及削波作用。逆变器还是有稳压、调压作用，否则电压过低或过高会强迫UPS切换到电池供电方式，因而这种UPS在电源质量很差的地方照样能正常运行。逆变器的设计使得即使它发生故障，仍然能由交流输入电源直接提供输出，消除了“一处失灵，全局崩溃”的隐患，有效地提供了两个独立的电源通道。应该说在线互动式UPS效率很高，同时它具有很优越的电源保护功能。它是在后备机基础上发展完善起来的，市面常见功率段一般1KVA到5KVA，可以应用到负载功率5KVA以下市电电压不稳定场合。

在线交互式UPS性能总体上介于后备式与在线式之间，同后备式UPS相比，在线互动UPS的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波。价格介于后备机和在线机之间，但随着科技发展和后备机一样逐渐被双变换在线机取代。

三、标准型和长效型

除了以上常见三类，根据后备时间，UPS还可分为标准机和长效机。标准机用内置电池，后备供电时间较短，一般在5-15分钟。一般应用有后备发电机及有双路或多路电源场合，长效机则可根据用户需要，增大电池容量配置，延长后备时间。但这要求更大的充电器来满足电池充电电流和充电时间性的需要，因此厂商在设计时会放大充电器容量或加装并联的充电器。长效机后备时间可以根据用户需要，从几分钟延时到几十个小时，可以應用到没有后备发电机，长时间停电场合。

总的来说，不间断电源分类一般采用如下五种方法：

1、按工作原理分：

动态式：带有直-交流发电机的所谓动态发电机组的不间断电源；

静态式：分为离线式（OFF LINE）、在线式（ON LINE）（在线式包含有三端口式，传统双变换式及Delta变换型三种形式）、在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）。重要精密负载要选用在线式，次之选用在线互动式及后备式UPS。

2、按输入输出方式分：

（1）单相输入/单相输出（2）三相输入/单相输出 （3）三相输入/三相输出，选型时应注意，20KV以下宜选用三进单出机型，20KVA以上的UPS不宜选用三进单出型UPS，而宜选用三进三出机型。

3、按容量分：

（1） 小功率 5KVA以下（2）中功率 5KVA～30KVA

（3）大功率 30KVA以上。集中供电可以选用大功率UPS，而分散供电宜选用小功率中功率UPS。

4、按工作频率分：

工频机和高频机，一般功率几十KVA以下小功率中功率UPS可选用高频机，而几十KVA以上大功率特大功率宜选用传统成熟的工频机。

5、根据后备时间：标准机、长效机。停电时间短或备有后备发电机场合，可选用标准机，市电供电停电时间较长，需要UPS长时间供电地方可选用长效机。

三 从不间断电源的技术发展趋势和方向考虑选型

1、UPS控制技术数字化发展趋势

模拟控制→单片机控制→DSP控制→数字PID控制→全数字矢量控。根据UPS控制技术发展趋势尽可能选用数字化技术新型控制的机型。

2、UPS冗余技术发展趋势

交替串联热备份技术→单机/并机软件硬件兼容技术→分散式直接并联技术→数字并联技术 →模块化UPS技术。选用并联机型时尽可能选用数字模块化并联技术机型。

3、高频开关技术发展趋势

UPS整流由原来晶闸管发展为绝缘栅双极晶体管（IGBT）整流；由原来工频整流技术逐渐向高频整流技术发展；逆变技术由简单高频逆变转化数字化高频逆变技术。从高频技术发展趋势来看，宜选用数字化高频机。

4、UPS向绿色电源技术趋势发展

随着功率因数校正技术，12脉冲整流技术，隔离变压器技术，电磁兼容技术在UPS中应用，UPS向绿色节能环保方向发展，UPS选型时要考虑选用输入功率因数较高绿色UPS电源。

参考文献：

[1]《新型 UPS 不间断电源原理与维修技术》李成章