UPS電源技術(shù)的性能分析與應(yīng)用中存在的缺點

摘要:UPS作為備用電源技術(shù)，在金融、電力、通信及工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息中心和自動化控制生產(chǎn)線方面得到廣泛的應(yīng)用，UPS技術(shù)對保障供電、金融及通信等的安全、可靠發(fā)揮了積極的作用。本文首先分析了UPS的性能，接著對UPS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其存在的問題進行了歸納分析。

關(guān)鍵詞:UPS性能應(yīng)用

中圖分類號:TM464文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0121-01

UPS的英文全稱為Uninterruptable Power System，中文意思為“不間斷電源”，實際上是指“交流不間斷電源”，主要的功能是對負載不間斷地提供交流電。UPS采用真空紫外源作為激發(fā)源，在工作時，常用稀有氣體的共振線，激發(fā)分子或原子的價層電子電離，收集激發(fā)電離電子得到光電子能譜。它具有單色性好，分辨率高等特點。可用于分析樣品外殼層軌道結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、空態(tài)分布和表面態(tài)，以及離子的振動結(jié)構(gòu)、自旋分裂等分裂等方面的信息。正是由于UPS電源可提供高精度、高穩(wěn)定性的電壓波形與頻率，具有承受電網(wǎng)波動或擾動(波涌、跌落、諧波)、間斷甚至短時停電的能力，以及無論是線性負載或是非線性負載，UPS都有低阻抗輸出的特性，所以，UPS電源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。UPS設(shè)備的應(yīng)用諸如郵電、金融、電力、鐵路系統(tǒng)中都有廣泛地使用，尤其在使用大中型計算機的系統(tǒng)中，UPS電源已經(jīng)成為不可或缺的設(shè)備之一。

1 UPS的性能分析

就UPS的分類來說，UPS電源按輸出波形可分為方波輸出和正弦波輸出兩種類型。按其操作方式可分為后備式和在線式兩大類。其中后備式UPS電源的運行原理是:在市電正常供電時，由市電直接向負載提供電源;若當市電供電中斷，蓄電池才對逆變器供電，并由UPS的逆變器對負載提供交流電源。換而言之，UPS電源的逆變器總是處在對負載提供后備供電狀態(tài)。在線式的UPS電源的運行原理是:它平時是由交流電→整流→逆變器的方式對負載提供交流電源，如果一旦市電中斷時，UPS改由蓄電池→逆變器方式對負載提供電源。此種狀態(tài)一直持續(xù)到當蓄電池放電至終了電壓時，由控制電路發(fā)出信號去控制自動切換開關(guān)，轉(zhuǎn)換成由另一路交流旁路的市電供電。當市電恢復(fù)供電之后，UPS會重新切換到由逆變器對負載提供電源。因而，在正常運行情況下，在線式UPS電源總是由UPS電源的逆變器對負載供電，這就有效地避免了所有由市電電網(wǎng)帶來的任何電源波動及干擾對負載供電所產(chǎn)生的負面影響。

2 UPS電源技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與缺點

2.1 UPS電源技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在供電系統(tǒng)的使用UPS可以提高供電系統(tǒng)的可靠性的觀念已被絕大部分用戶所接受。借助UPS供電系統(tǒng)提高供電質(zhì)量的重要性已越來越受到重視，這顯示我國UPS市場已趨于成熟。就目前來說，各種型號規(guī)格的UPS的輸出電性能指標已基本上都能滿足對負載供電的要求。如UPS的輸出電壓穩(wěn)定精度、輸出電壓波形失真度、輸出電壓的動態(tài)響應(yīng)特性、輸出電壓頻率穩(wěn)定精度、輸出電壓幅值的三相不平衡度、三相負載不平衡能力、市電掉電時輸出電壓的切換時間等，已經(jīng)不再是購置時衡量性能優(yōu)劣和影響負載正常運行的因素的主要標準了。

隨著UPS技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，其技術(shù)已由雙變換發(fā)展到了三變換甚至四變換。但是，其本質(zhì)無法改變交流變直流、直流變交流的二次變換過程，并且這個變換過程必然需要通過開關(guān)元器件的開關(guān)特性來實現(xiàn)。然而，而無論是晶閘管、MOS管、IGBT或是晶體管，開關(guān)元器件任何一個器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷都會產(chǎn)生一個相應(yīng)的感應(yīng)電壓或是諧波，因此，對于UPS這樣一個由一個開關(guān)器件組成、由高速電子開關(guān)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)去形成轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，諧波的產(chǎn)生是必然的。就UPS的發(fā)展趨勢來說，隨著不斷地被開發(fā)出來的新技術(shù)在實踐中的逐步應(yīng)用，可以預(yù)見，今后UPS電源將向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

2.2 UPS技術(shù)的應(yīng)用中存在的缺點

(1)推廣直流UPS的應(yīng)用中存在的問題。直流UPS是指將傳統(tǒng)UPS中的交流穩(wěn)壓輸出改為直流穩(wěn)壓輸出，與之對應(yīng)的，由UPS供電的后端變換器也可以并且應(yīng)該省去原有的輸入整流電路，這就省去了原本重復(fù)變換的DC－AC(在UPS中）和AC－DC環(huán)節(jié)(在UPS的負載中），這使得系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡化、效率提高，并且可以降低成本。國內(nèi)的產(chǎn)商正積極的投入資金進行生產(chǎn)，預(yù)計到2015年直流UPS將替代傳統(tǒng)UPS，將占領(lǐng)70%～85%的市場份額。但是，這中產(chǎn)品轉(zhuǎn)變過程中將存在以下問題:

①直流UPS代替?zhèn)鹘y(tǒng)UPS意味著整個供電體系結(jié)構(gòu)的改變，何時甚至是否能被用戶及其后端電源產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)所接受？包括艾默生在內(nèi)的世界幾大供應(yīng)商并未放棄傳統(tǒng)UPS的生產(chǎn)而進入技術(shù)成熟，成本低的直流UPS的生產(chǎn)。②單獨的UPS產(chǎn)品可能需要相應(yīng)設(shè)計，如一些如照明等輔助的、但通用的用電設(shè)備仍需要交流電源供電。此外，相應(yīng)的產(chǎn)品標準如何協(xié)調(diào)產(chǎn)生？綜上所述，直流UPS能否得以推廣應(yīng)用，關(guān)鍵不是技術(shù)上的問題，而是產(chǎn)業(yè)標準的問題。

(2)應(yīng)標本兼治。UPS技術(shù)只是涉及供電系統(tǒng)可靠性問題的因素之一，然而它僅僅提高UPS設(shè)備的可靠性，卻不能從根本上解決其安全性和可靠性的。據(jù)統(tǒng)計，由于配電系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)和人為操作、設(shè)備的質(zhì)量問題、維護問題和安裝問題引起的，或者由于這些問題而誘發(fā)UPS產(chǎn)生誤動作乃至發(fā)生故障占配電系統(tǒng)故障總數(shù)的50%～70%。

(3)技術(shù)沒有充分運用。從發(fā)展歷程上看，UPS已由原來的獨立電源設(shè)備，發(fā)展到今天的具有多種通訊方式管理和與IT系統(tǒng)無縫集成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。UPS技術(shù)正在朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、透明化和多元化方向發(fā)展。

(4)設(shè)計不規(guī)范存在隱患。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多已經(jīng)在運行的、特別是在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造的UPS供電系統(tǒng)，在設(shè)計上存在不規(guī)范現(xiàn)象，系統(tǒng)配置不盡合理，存在諸多隱患。

(5)傳統(tǒng)UPS投資存在風險。當前已建和正在設(shè)計建造的UPS供電系統(tǒng)中，普遍存在資源浪費和生命周期成本問題。更大的投資風險在于，由于直流UPS具有生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低，結(jié)構(gòu)簡單等特點，而傳統(tǒng)UPS只具備使用和市場成熟的特點。因此，從未來的發(fā)展趨勢來看，直流UPS取代傳統(tǒng)UPS只是時間問題。所以說，投資傳統(tǒng)UPS的風險相當大。

3 結(jié)語

隨著該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，UPS的發(fā)展趨向小型化、高效率、高可靠性。網(wǎng)絡(luò)智能化UPS技術(shù)和全數(shù)字化UPS技術(shù)的出現(xiàn)，不但提供完全可靠的網(wǎng)絡(luò)電源管理，也為環(huán)保、節(jié)能提供了解決方案。因此，UPS電源技術(shù)的發(fā)展趨勢是逐步向小型網(wǎng)絡(luò)智能化和全數(shù)字方向。相信隨著技術(shù)的不斷進步，UPS技術(shù)在不久的將來必定開辟一個更新的領(lǐng)域。

參考文獻

[1]任紅.UPS的選擇及應(yīng)用[J].建筑電氣，2002.

[2]張廣明.論傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)的問題與變革，2007(9）.

[3]劉文芹．淺談UPS發(fā)展趨勢，電源世界，2006(2).