淺析UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

摘 "要：UPS系統(tǒng)即不間斷電源系統(tǒng)。一般來說供電系統(tǒng)應(yīng)該是由市電電源直接供電的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。由于市電電源經(jīng)常會出現(xiàn)各種干擾和故障，許多靈敏負(fù)載不能由市電電源直接供電，需要進(jìn)行電源保護(hù)。UPS就是很好的選擇，本文將就UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理以及應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：UPS;系統(tǒng)結(jié)構(gòu);原理;應(yīng)用;保護(hù)

文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、UPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

它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(hù)設(shè)備。主要起兩個(gè)作用：一是應(yīng)急使用，二是消除市電網(wǎng)上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、暫態(tài)過電壓、電線噪聲和頻率偏移等，改善電源質(zhì)量，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。

UPS電源系統(tǒng)由五部分組成：主路、旁路、電池等電源輸入電路，進(jìn)行AC/DC變換的整流器（REC），進(jìn)行DC/AC變換的逆變器（INV），逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān)，主機(jī)自檢、故障后的自動旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，UPS電源開始工作，由儲能電池供給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn);UPS中的蓄電池在市電正常供電時(shí)處于充電狀態(tài)。市電中斷后，蓄電池立即將儲存的直流電輸出給逆變器逆變成交流電供給計(jì)算機(jī)設(shè)備，保持對計(jì)算機(jī)設(shè)備供電的連續(xù)性。一般情況下，中小功率后備式UPS靠蓄電池維持供電的時(shí)間在10～30min左右。

（一）交流濾波調(diào)壓回路

交流濾波回路主要是對輸入的交流電進(jìn)行濾波凈化，去掉電網(wǎng)中的干擾成分。并在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)壓。

（二）整流充電回路

整流充電回路是將交流整流成直流，經(jīng)充電電路給蓄電池充電，并向內(nèi)部提供所需的直流電。

（三）蓄電池組電路

蓄電池是UPS的重要組成部分，蓄電池性能和質(zhì)量的好壞直接影響到UPS電源整機(jī)的質(zhì)量，它的成本占整機(jī)成本的1/3以上。

（四）脈寬調(diào)制型（PWM）逆變器及控制電路

在UPS中普遍地采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）來實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)變成交流，實(shí)現(xiàn)直流轉(zhuǎn)變成交流的電路稱為逆變器。逆變器及其控制電路是UPS的核心電路。

對于后備式UPS來說，當(dāng)市電電壓低于170V時(shí)，此時(shí)其內(nèi)部的交流穩(wěn)壓電路無法維持正常的220V輸出，逆變器啟動工作，將蓄電池中儲存的直流電轉(zhuǎn)變成交流電。對于在線式UPS來說，逆變器始終處于逆變工作狀態(tài)。市電供電時(shí)，不斷地將交流電整流成直流后再逆變成交流輸出。當(dāng)市電下降到170V以下時(shí)，逆變器將蓄電池儲存的直流電逆變成交流電輸出。市電上升到180V時(shí)，又恢復(fù)到市電供電狀態(tài)。

（五）檢測報(bào)警保護(hù)電路

為了確保UPS安全可靠的工作，UPS必須設(shè)有完善的檢測報(bào)警保護(hù)電路。一般UPS均設(shè)有過流、過壓、空載保護(hù)，電池電壓過低、電池極性和交流極性檢測電路，指示燈和喇叭報(bào)警電路。

（六）智能監(jiān)控及通訊電路

新型的智能UPS具有與計(jì)算機(jī)通訊和自動監(jiān)控功能，UPS監(jiān)控軟件通過接口通訊線路隨時(shí)監(jiān)控UPS及供電線路的運(yùn)行情況，記載并提示掉電情況，自動處理掉電時(shí)的數(shù)據(jù)保存與系統(tǒng)保護(hù)。

二、UPS系統(tǒng)的應(yīng)用

UPS的功能是確保負(fù)載供電的不間斷，并改善供電電源質(zhì)量，保證在任何情況下均能供給負(fù)載穩(wěn)定可靠的交流電源。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，UPS已成為重要負(fù)載必不可少的配套電源系統(tǒng)。

（一）目前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電。其中分散供電的好處是分散風(fēng)險(xiǎn)，不會因?yàn)橐慌_UPS供電異常而造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置，不便管理。另一種是采用集中供電方案，由一套大功率的UPS供電系統(tǒng)直接對機(jī)房的所有負(fù)載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常，容易引起大面積停電事故。

（二）采用模塊化UPS實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容

目前，模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應(yīng)用，模塊化UPS特點(diǎn)主要包括：可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時(shí)間短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。采用模塊化UPS，只需擴(kuò)容一個(gè)20kVA的模塊即可，節(jié)省大筆資金的投入。

（三）提高UPS自身能效

UPS均為在線式雙變換構(gòu)架，在其工作時(shí)整流器、逆變器均存在功率損耗。提高UPS的工作效率，是降低整個(gè)機(jī)房能耗的最直接方法。除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。

（四）降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)

由于非線性負(fù)載產(chǎn)生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。諧波有很多危害，降低使用壽命;干擾設(shè)備正常工作。而UPS在工作時(shí)會產(chǎn)生大量的諧波。可以采用12脈沖整流器，對諧波改善明顯;但是對功率因數(shù)改善有限。無源濾波器，優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單，成本較低;缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償將點(diǎn)階次的諧波，無法適用于全功率段。有源濾波器優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個(gè)階次的諧波，且不受負(fù)載阻抗大小的影響;缺點(diǎn)是購置成本較高。

（五）日常維護(hù)

除了選配正規(guī)品牌蓄電池以外，應(yīng)多方面正確地使用與維護(hù)蓄電池：灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。在除塵時(shí)檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電池部分。要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，經(jīng)對落后電池處理后再作核對性放電實(shí)驗(yàn)。

三、結(jié)語

UPS已經(jīng)是電源日常維護(hù)的重點(diǎn)， 并且需要及時(shí)并且能采用適當(dāng)?shù)霓k法對故障進(jìn)行處理， 進(jìn)而減少和避免故障的再次發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]于瑋，徐德鴻，周朝陽等.并聯(lián)UPS系統(tǒng)均流控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（21）：63-67.

[2]熊峰.發(fā)電廠UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J].電氣應(yīng)用，2009，28（5）：62-64.

[3]于博偉，趙汝輝.UPS系統(tǒng)常見故障研究與處理[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（6）：151-151