針對UPS電源可靠性的相關研究

鄺 宇，袁瑜霞（中科院廣州電子技術有限公司，廣州 50070; 中外運空運發展股份有限公司華南分公司，廣州 50030）

針對UPS電源可靠性的相關研究

鄺 宇1，袁瑜霞2
（1中科院廣州電子技術有限公司，廣州 510070; 2中外運空運發展股份有限公司華南分公司，廣州 510030）

作為供電系統的重要組成部分，穩定的UPS電源對于保證系統的正常運行具有重要作用。本文首先介紹了UPS電源的工作原理，然后具體探討了提高UPS電源可靠性的措施，以期為相關技術與研究人員提供參考。

UPS電源；可靠性；研究

0 前言

UPS電源是一類包含儲能設備，主要采用逆變器進行恒壓恒頻工作的不間斷電源，其通常應用在各類電力電子設備、計算機網絡系統中。在電量輸入保持恒定時，UPS會將電力穩壓后提供給負載使用，此時UPS相當于一臺交流穩壓器，其還可為機內電池進行充電。UPS電源不但在斷電時能延長供電時間，且能改善供電系統的供電質量。因此，加強有關UPS電源可靠性的研究，對于改善UPS電源的應用質量具有重要的理論和現實意義。

1 UPS電源的工作原理

1.1 工作原理

依據不同的輸出波形，UPS電源可分成正弦波輸出與方波輸出兩種。依據操作方式的不同，可將其分成在線式與后備式。后備式UPS電源是在市電穩定運行狀態下，利用市電直接為負載進行供電，若市電供電出現故障，蓄電池才會采用逆變器實施供電，且利用UPS的逆變器為負載供應交流電。也就是UPS電源的逆變器需持續保持對負載進行后備供電。

在線式UPS電源多采用交流電至整流器至逆變器的模式進行交流電供電，若市電發生故障，則UPS轉換至蓄電池至逆變器的模式進行供電。僅在蓄電池放電至最低電壓時，利用控制電路輸出信號對自動切換開關進行控制，切換至側路交流旁路的市電供電。在市電供電恢復正常后，UPS可再次切換至有逆變器進行供電。所以在線式UPS電源在穩定工作條件下，多采用UPS電源逆變器實施供電，由此可防止市電電網外部的各類電源波動及干擾影響負載供電。相對而言，在線式UPS電源供電質量要比后備式UPS電源更優越。在線式可完成對負載的恒壓恒頻供電[1]。

1.2 UPS電源跟蹤切換

UPS電源逆變器選用脈沖寬度可調的調制方式，在逆變時可依據旁路電源相角信息和頻率實施調制，以確保主供電回路電源與旁路電源相角及頻率符合同期標準。逆變器依據用戶自定的電壓值實行自動調節，由此在工作時刻保持主供電回路電源同旁路電源符合同期標準。UPS電源設有同期監測設備，僅在兩路電源符合同期標準時才可實施相互切換。UPS電源設定有自動切換程序，在通過主供電回路電源進行供電時，若逆變器輸出電壓過高或電源過載或逆變器晶閘管溫度異常，則UPS電源會自行由主供電回路向旁路電源回路切換。

2 提高UPS電源可靠性的措施

2.1 外設旁路切換裝置

為避免逆變器故障造成UPS供電中止，設定旁路交流電源。在逆變器發生故障時，旁路交流電源會利用接觸器與靜態開關自行切換且帶負荷運行，以確保UPS電源可持續供電。為確保旁路電源穩定工作，旁路電源選用兩回路供電，并采用主電源加輔電源的方式運行，僅在主電源保持正常時，才可自動切換至主電源運行。

為避免交流輸入電源故障引發UPS電源供電中止，將一路經二極管分離的直流電源接入至主電源中，若整流器供電導致逆變器輸入電源電壓減小，則直流電源會自行投入，以確保UPS電源持續供電[2]。

UPS電源主供電回路同旁路電源回路切換主要通過接觸器及靜態開關實現。在UPS電源主供電回路出現故障需轉換至旁路電源時，需先閉合旁路電源側的靜態開關，以保證主供電回路與旁路電源同時工作，隨后再切斷主回路側的接觸器，然后閉合旁路側的接觸器并斷開旁路側靜態開關，由此，旁路電源會通過接觸器進行供電。靜態開關的閉合與斷開需在切換時進行，切換完成后需依靠與其并聯的接觸器實施供電，由此減小靜態開關的功率消耗。

2.2 采用恰當的連接方式

（1）初級并聯方式。初級并聯是兩臺UPS電源共同使用一組靜態旁路開關，且增設并聯柜以調控負載電流進而實現并聯。為確保供電系統工作穩定，若采用UPS電源并聯方式，為提高不同UPS電源輸出參量的同步性，可增設一個并聯柜，也就是在傳統工作系統上設定一些檢測環節。為確保并聯UPS切換的一致性，需先卸載原有的各電源上的靜態開關，以采用同組靜態開關。相比串聯熱備份或單臺方式，此種并聯方式可很大程度上提高可靠性。但其仍存在部分缺陷：若負載類屬于非線性負載，則易引發逆變器燒損；若靜態開關自身發生故障，則整體供電系輸出便會發生異常；若平衡檢測環節出現問題，則不同UPS間很容易形成環流而導致逆變器燒損。

（2）高級并聯方式。高級并聯方式主要通過并聯通訊板完成，其工作原理同計算機并聯工作方式類似。整體并聯系統主要通過導航UPS輸出脈沖對并聯的UPS進行控制，此時并聯環路內的UPS器件均采用并聯方式進行工作。若導航UPS停止工作，則下級UPS機會自動升成導航器，以調控其他UPS，若上級UPS工作恢復穩定，則又會返回由其控制。若并聯環路內的其他UPS產生運行故障，則會自行退出。此種連接方式可確保整體UPS均通過一臺UPS進行信號控制，由此可提高不同UPS間輸出動態特性與參量的同步性，且可克服初級并聯難以解決的內部環流問題，及靜態旁路開關的一致性問題[3]。

2.3 做好日常檢查維護

（1）儲能電池多選用免維護電池，但僅對配比、測比、定時添加蒸餾水等工作免維護。由于外部工作環境和非正常工作狀態同樣會影響電池運行質量，所以仍應加強電池的檢查維護。UPS電源系統的維護檢修重點在于電池，特別是儲能電池外設的UPS電源，如SIS服務器UPS電源、輔控網服務器UPS電源。日常工作時，各組電池應有2只以上的電池作為標識電池，以為電池組工作狀況提供依據，且應做好定期測量記錄。

（2）UPS電源主機應做好定期除塵機防塵。通常應每隔三個月進行深入清潔一次；在除塵過程中，應對各插接件及連接件接觸狀況進行檢查，以排除松動、接觸不良問題。

3 結束語

UPS電源工作的可靠性將直接影響供電系統的供電質量及效率，因此，相關技術與研究人員應加強有關UPS電源工作可靠性的研究，總結UPS電源工作可靠性原理及改善技術措施，以逐步提升UPS電源可靠性運行水平。

[1]馬亮．淺談UPS電源的技術性能及可用性[J].科技與企業，2012,05（35）:57-58.

[2]馮勇,尚金梅.UPS不間斷電源的原理與維護[J].黑龍江科技信息，2012,06（10）:61-62.

[3]杭阿芳.UPS電源的改進研究與設計[J].科技資訊2011,12（29）:62-63.