针对UPS电源可靠性的相关研究

2015-08-19袁瑜霞中科院广州电子技术有限公司广州50070中外运空运发展股份有限公司华南分公司广州50030

山东工业技术 2015年16期

关键词：旁路接触器并联

邝宇，袁瑜霞（中科院广州电子技术有限公司，广州 50070; 中外运空运发展股份有限公司华南分公司，广州 50030）

针对UPS电源可靠性的相关研究

邝宇1，袁瑜霞2
（1中科院广州电子技术有限公司，广州 510070; 2中外运空运发展股份有限公司华南分公司，广州 510030）

作为供电系统的重要组成部分，稳定的UPS电源对于保证系统的正常运行具有重要作用。本文首先介绍了UPS电源的工作原理，然后具体探讨了提高UPS电源可靠性的措施，以期为相关技术与研究人员提供参考。

UPS电源；可靠性；研究

0 前言

UPS电源是一类包含储能设备，主要采用逆变器进行恒压恒频工作的不间断电源，其通常应用在各类电力电子设备、计算机网络系统中。在电量输入保持恒定时，UPS会将电力稳压后提供给负载使用，此时UPS相当于一台交流稳压器，其还可为机内电池进行充电。UPS电源不但在断电时能延长供电时间，且能改善供电系统的供电质量。因此，加强有关UPS电源可靠性的研究，对于改善UPS电源的应用质量具有重要的理论和现实意义。

1 UPS电源的工作原理

1.1 工作原理

依据不同的输出波形，UPS电源可分成正弦波输出与方波输出两种。依据操作方式的不同，可将其分成在线式与后备式。后备式UPS电源是在市电稳定运行状态下，利用市电直接为负载进行供电，若市电供电出现故障，蓄电池才会采用逆变器实施供电，且利用UPS的逆变器为负载供应交流电。也就是UPS电源的逆变器需持续保持对负载进行后备供电。

在线式UPS电源多采用交流电至整流器至逆变器的模式进行交流电供电，若市电发生故障，则UPS转换至蓄电池至逆变器的模式进行供电。仅在蓄电池放电至最低电压时，利用控制电路输出信号对自动切换开关进行控制，切换至侧路交流旁路的市电供电。在市电供电恢复正常后，UPS可再次切换至有逆变器进行供电。所以在线式UPS电源在稳定工作条件下，多采用UPS电源逆变器实施供电，由此可防止市电电网外部的各类电源波动及干扰影响负载供电。相对而言，在线式UPS电源供电质量要比后备式UPS电源更优越。在线式可完成对负载的恒压恒频供电[1]。

1.2 UPS电源跟踪切换

UPS电源逆变器选用脉冲宽度可调的调制方式，在逆变时可依据旁路电源相角信息和频率实施调制，以确保主供电回路电源与旁路电源相角及频率符合同期标准。逆变器依据用户自定的电压值实行自动调节，由此在工作时刻保持主供电回路电源同旁路电源符合同期标准。UPS电源设有同期监测设备，仅在两路电源符合同期标准时才可实施相互切换。UPS电源设定有自动切换程序，在通过主供电回路电源进行供电时，若逆变器输出电压过高或电源过载或逆变器晶闸管温度异常，则UPS电源会自行由主供电回路向旁路电源回路切换。

2 提高UPS电源可靠性的措施

2.1 外设旁路切换装置

为避免逆变器故障造成UPS供电中止，设定旁路交流电源。在逆变器发生故障时，旁路交流电源会利用接触器与静态开关自行切换且带负荷运行，以确保UPS电源可持续供电。为确保旁路电源稳定工作，旁路电源选用两回路供电，并采用主电源加辅电源的方式运行，仅在主电源保持正常时，才可自动切换至主电源运行。

为避免交流输入电源故障引发UPS电源供电中止，将一路经二极管分离的直流电源接入至主电源中，若整流器供电导致逆变器输入电源电压减小，则直流电源会自行投入，以确保UPS电源持续供电[2]。

UPS电源主供电回路同旁路电源回路切换主要通过接触器及静态开关实现。在UPS电源主供电回路出现故障需转换至旁路电源时，需先闭合旁路电源侧的静态开关，以保证主供电回路与旁路电源同时工作，随后再切断主回路侧的接触器，然后闭合旁路侧的接触器并断开旁路侧静态开关，由此，旁路电源会通过接触器进行供电。静态开关的闭合与断开需在切换时进行，切换完成后需依靠与其并联的接触器实施供电，由此减小静态开关的功率消耗。

2.2 采用恰当的连接方式

（1）初级并联方式。初级并联是两台UPS电源共同使用一组静态旁路开关，且增设并联柜以调控负载电流进而实现并联。为确保供电系统工作稳定，若采用UPS电源并联方式，为提高不同UPS电源输出参量的同步性，可增设一个并联柜，也就是在传统工作系统上设定一些检测环节。为确保并联UPS切换的一致性，需先卸载原有的各电源上的静态开关，以采用同组静态开关。相比串联热备份或单台方式，此种并联方式可很大程度上提高可靠性。但其仍存在部分缺陷：若负载类属于非线性负载，则易引发逆变器烧损；若静态开关自身发生故障，则整体供电系输出便会发生异常；若平衡检测环节出现问题，则不同UPS间很容易形成环流而导致逆变器烧损。

（2）高级并联方式。高级并联方式主要通过并联通讯板完成，其工作原理同计算机并联工作方式类似。整体并联系统主要通过导航UPS输出脉冲对并联的UPS进行控制，此时并联环路内的UPS器件均采用并联方式进行工作。若导航UPS停止工作，则下级UPS机会自动升成导航器，以调控其他UPS，若上级UPS工作恢复稳定，则又会返回由其控制。若并联环路内的其他UPS产生运行故障，则会自行退出。此种连接方式可确保整体UPS均通过一台UPS进行信号控制，由此可提高不同UPS间输出动态特性与参量的同步性，且可克服初级并联难以解决的内部环流问题，及静态旁路开关的一致性问题[3]。

2.3 做好日常检查维护

（1）储能电池多选用免维护电池，但仅对配比、测比、定时添加蒸馏水等工作免维护。由于外部工作环境和非正常工作状态同样会影响电池运行质量，所以仍应加强电池的检查维护。UPS电源系统的维护检修重点在于电池，特别是储能电池外设的UPS电源，如SIS服务器UPS电源、辅控网服务器UPS电源。日常工作时，各组电池应有2只以上的电池作为标识电池，以为电池组工作状况提供依据，且应做好定期测量记录。

（2）UPS电源主机应做好定期除尘机防尘。通常应每隔三个月进行深入清洁一次；在除尘过程中，应对各插接件及连接件接触状况进行检查，以排除松动、接触不良问题。