UPS電源的選配與應(yīng)用研究

李金博

陜西凌云電器集團(tuán)有限公司 陜西 寶雞 721000

1 UPS的工作原理

1.1 UPS的基本組成

對于UPS電源的基本組成部分，主要分為以下兩個部分，分別是蓄電池部分以及控制部分[1]。其中，對于UPS電源的控制部分，主要包括以下三個部分，分別是逆變模塊、充電模塊以及穩(wěn)壓模塊。

1.2 UPS電源的分類

首先，從UPS的形式出發(fā)，對UPS電源進(jìn)行分類，主要能夠分成以下三個部分，分別是，三相中大功率在線式不間斷電源、在線式不間斷電源以及后備式不間斷電源[2]。

其次，從逆變技術(shù)的種類出發(fā)，對UPS電源進(jìn)行分類，主要能夠分成以下四種逆變技術(shù)的UPS電源，分別是，鐵磁諧振式、交互式、PWM正弦波以及PWM方波。

最后，從逆變器器件的選用種類出發(fā)，對UPS電源進(jìn)行分類，主要能夠分成使用以下幾種逆變器器件的UPS電源，分別是，絕緣門雙極型晶體管IG-BT、功率場效應(yīng)晶體管POWERMOSFET、雙極型晶體管以及可控硅。

1.3 UPS的工作原理

UPS的工作原理是，若市電正常，UPS電源將會把輸入的市電，轉(zhuǎn)換成直流電[3]。UPS對市電進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻等一系列調(diào)整之后，提供給設(shè)備更加穩(wěn)定的電力質(zhì)量。如圖1所示，是UPS工作原理框圖。然后，對電池進(jìn)行充電操作，防止中途電力發(fā)生中斷能夠有電能進(jìn)行備用。不斷電系統(tǒng)，不僅會在市電停止，即發(fā)生停電情況下啟動工作，而且會在電壓過高、過低，或者發(fā)生瞬間突波等情況下啟動工作。因此，不斷電系統(tǒng)，主要是為了給設(shè)備提供干凈并且穩(wěn)定的電力，對于能夠影響設(shè)備正常工作的電力質(zhì)量時，不斷電系統(tǒng)都會積極動作。若市電異常，UPS會切換到電池供電，用以確保對于設(shè)備的不間斷電力質(zhì)量保證。此時，主要是通過逆變器，將電池當(dāng)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成交流電，進(jìn)行電能的供給。

圖1 UPS工作原理框圖

2 UPS電源的選配

由于目前UPS電源的技術(shù)在不斷的發(fā)展和提高，雖然目前已經(jīng)具有一定的技術(shù)高度，也逐漸趨向于成熟，但是隨著智能化技術(shù)的更新迭代，新興的技術(shù)也在不斷增加。如何基于當(dāng)前的應(yīng)用場景，進(jìn)行UPS電源的選擇，成為使用過程中的關(guān)鍵問題。

2.1 UPS容量的選擇

對于UPS電源的容量進(jìn)行選擇的時候，需要注意需要供電的用電設(shè)備上，對于銘牌中所描述的需要功率值的描述。將所有需要供電的用電設(shè)備的功率值，進(jìn)行加法操作，得到的是總共需要的功率值。根據(jù)最終得到的功率值之和，進(jìn)行UPS電源的容量選取。由于目前工業(yè)上所使用的用電設(shè)備，大多數(shù)都是屬于非線性負(fù)載。因此，為了提高后續(xù)供電過程的穩(wěn)定性和安全性，在整體計算出來的功率值上乘以1.2倍或者是1.5倍。用所多出來的20% ~ 50% 的功率值裕量，來補(bǔ)償對于用電設(shè)備上負(fù)載的大小波動，以及非線性負(fù)載的波動情況。與此同時，這一裕量的設(shè)置，也能夠很好地避免了UPS電源由于瞬時過載，從而切換到旁路的情況發(fā)生。

另外，如果能夠在選取UPS電源的過程當(dāng)中，了解到有關(guān)負(fù)載的有功功率，進(jìn)而計算出有關(guān)負(fù)載的功率因數(shù)估計值，就能夠選取出UPS電源的容量。一般來說，大容量的UPS幾種供電，有兩種供電方案。一種，是使用多臺小容量的UPS電源組成一個整體的供電系統(tǒng)，其中，小容量的UPS電源容量，為1 ~ 20KVA 。另一種，是使用單獨的一臺大容量UPS電源進(jìn)行幾種供電。通常，實踐表明，后者的供電方式性價比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者的供電方式。但是，對于通信的樞紐局，UPS電源一般會采取多臺小容量的UPS電源組成一個整體的供電系統(tǒng)，進(jìn)行分布式供電[4]。

根據(jù)工業(yè)上的經(jīng)驗來看，UPS電源并不適合滿載運行。對于關(guān)鍵的用電設(shè)備，應(yīng)該采用20KVA以上容量的UPS電源，但是整體的UPS電源容量也不適合選取的過大。對于10KVA以下容量的UPS電源，對于市電的抗干擾能力相對于其他容量的UPS電源來看，抗干擾能力會差很多。

2.2 UPS輸入電壓的選擇

對于UPS電源的輸入電壓進(jìn)行選擇的時候，對于UPS電源的使用場所的基本情況，需要進(jìn)行了解和調(diào)查。例如，一般每個地方的市電變化情況都會具有一定程度上的差異。因此，在對于UPS電源選擇的時候，必須要根據(jù)電壓的變化幅度，來挑選UPS電源的輸入電壓。當(dāng)市電的電壓變化幅度在20%左右進(jìn)行波動的時候，選取的UPS電源，對于輸入電壓的要求，就需要UPS電源的輸入電壓范圍要超過20%。只有UPS電源的輸入電壓超過20%，才能保證UPS電源當(dāng)中的蓄電池不會被反復(fù)動作，進(jìn)而延長蓄電池的使用壽命。其中，對于大容量的UPS電源來說，輸入電壓范圍一般在10% ~ 15% 之間。

2.3 UPS備用時間的選擇

對于UPS電源的備用時間進(jìn)行選擇的時候，主要考慮到的是蓄電池容量的大小問題。主要考慮到的是用電設(shè)備所處場所的基本情況，比如說這一地區(qū)的停電時間、停電次數(shù)多少、電網(wǎng)的質(zhì)量以及電網(wǎng)的容量等等。如果UPS電源所使用的地區(qū)，經(jīng)常斷電，并且斷電的時間較長，可以選擇備用時間較長的UPS電源，也就是挑選UPS電源中蓄電池容量較大的UPS電源。一般情況下，對于UPS電源而言，如果條件允許，可以考慮配置燃油發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步延長備用時間。發(fā)電機(jī)的容量大小，一般選取為UPS電源中蓄電池容量大小的1.5 ~ 3.0 倍左右[5-9]。

3 UPS電源的應(yīng)用

UPS電源的應(yīng)用，主要是為了確保用電設(shè)備，能夠在市電停電，或者是出現(xiàn)其他故障的時候，能夠穩(wěn)定的、不間斷地為供電設(shè)備提供干凈的電力。因此，對于UPS電源的應(yīng)用，主要取決于UPS電源的工作時間，也就是蓄電池的容量以及用電設(shè)備的負(fù)載功率。UPS電源在檢測到市電出現(xiàn)停電，或者是其他故障的時候，立刻啟動蓄電池進(jìn)行供電。與此同時，發(fā)出警報聲來提醒相關(guān)的工作人員。蓄電池在工作的過程中，電池的電量會逐漸降低，為了蓄電池的使用壽命不受到明顯的損耗，需要確保蓄電池有一半左右的電能余量。

UPS電源的應(yīng)用場景有很多，比如說，首先，在軍事領(lǐng)域當(dāng)中，主要使用于坦克、艦船等移動設(shè)備，以及服務(wù)器、雷達(dá)、航天器等固定設(shè)備當(dāng)中；其次，在通信領(lǐng)域當(dāng)中，主要使用于電信、移動、聯(lián)通等大型企業(yè)的通信站和服務(wù)器當(dāng)中；然后，在高精度的設(shè)備或者是實驗室當(dāng)中，使用UPS電源主要是為了避免突然停電所帶來的各種損失。除此以外，還包括其他領(lǐng)域當(dāng)中的一些UPS電源的使用場景。可以看出，隨著UPS電源應(yīng)用場景，不斷變得更加廣泛，UPS應(yīng)用的領(lǐng)域和場景也就變得越來越多。目前，UPS的應(yīng)用趨勢，已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出數(shù)字化、智能化、高頻化、綠色化、國際化以及可靠性越來越強(qiáng)的現(xiàn)象[10]。

4 結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，UPS電源將會具有更廣泛的研究場景，對于各個應(yīng)用領(lǐng)域，都會發(fā)揮著更加重要的作用。本文主要分析了UPS應(yīng)用的發(fā)展趨勢，對于UPS電源的組成、技術(shù)以及功能方面進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。并且對于UPS電源的選配原則以及UPS電源的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。目前，UPS電源的主要應(yīng)用場景，包括軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域以及一些高精度的設(shè)備或者是實驗室的應(yīng)用領(lǐng)域等等。UPS電源的應(yīng)用趨勢呈現(xiàn)出逐漸數(shù)字化、智能化、高頻化、綠色化、國際化以及可靠性等發(fā)展趨勢。