基于UPS 電源發展下通信電源技術應用及發展研究

孫 亮，鞏峰峰

（山東省郵電規劃設計院有限公司，山東 青島 266000）

0 引 言

不 間 斷 電 源（Uninterruptible Power Supply，UPS）是一種用于不中斷電力供應的電力設備，如計算機設備、網絡系統等。它在石油化工、計算機系統、郵電通信、醫療保健、金融等行業得到了越來越多的關注，其重要性日益為人們所重視。在電腦應用日漸廣泛以及全球資訊網絡技術快速發展的今天，由于對高品質電力供應的要求也愈來愈高，UPS 電源技術必須不斷更新換代[1]。UPS 是一種具有自身儲能能力的不中斷電力供應設備。這種設備由蓄電池、逆變器、整流器、逆變器和交流靜態開關構成。近年來，為了適應用戶對不間斷電源更高的需求，不間斷電源技術也有了新的發展，如智能化的不間斷電源和全數字化的不間斷電源[2]。

1 UPS 電源的分類

1.1 在線互動式UPS 電源

當市電正常時，可以從電源中直接供給負荷。而當市電過高或過低時，則從UPS 中的內部電壓調整到電源端。其特征在于具有穩定的電壓，但同時也具有開關的時間。在線互動式UPS 電源如圖1 所示。

圖1 在線互動式UPS 電源

1.2 在線式UPS 電源

在市電正常時，由市電進行整流，以提供直流電壓來讓逆變器工作，再由逆變器為負荷提供交流電。在市電異常時，逆變器通過電池來提供能量，使其一直保持在工作的狀態中，以確保不間斷地輸出[3]。它的特征在于，具有極廣的輸入電壓范圍，基本無開關時間，并且輸出電壓穩定、精度高，尤其適用于對電源要求較高的場合，但其價格相對昂貴。當前，超過3 kVA 的UPS 基本上都是聯機型UPS。在線式UPS 電源如圖2 所示。

圖2 在線式UPS 電源

1.3 被動后備式UPS 電源

電源正常時，電源可直接提供給負荷；電源不正常或斷電時，可經逆變器提供電源。被動后備式UPS 電源最大的特征是穩定、具有開關周期，并且輸出波形通常為方波。被動后備式UPS 電源如圖3所示。

圖3 被動后備式UPS 電源

2 UPS 電源技術內容概述

2.1 UPS 電源定義

在國內，UPS 供電已被普遍采用。在原來的UPS電源應用基礎上，有關技術人員又研發出了基于小靈通和有線電視的UPS 電源。當前，UPS 電源在我國的金融領域、制造領域、教育領域等領域都得到了廣泛應用，UPS 電源也由此進入到了人們的日常生活及生產中。

2.2 UPS 電源技術定義

第一，在UPS 的輸入處，設置了專門的整流器和過濾器，這2 個設備可以改善輸入處的性能和品質，同時也可以確保UPS 的輸出。另外，UPS 的輸入端口采用了串聯及并聯相互之間補償的技術，可以很大程度上確保輸入的電流可以充分起作用，降低電流的損耗，從而也可以確保UPS 電源具有良好的環保功能，降低對于其他電源的污染[4]。UPS 供電既符合“綠色”概念，又對“綠色”電力的發展起到了很大的推動作用。

第二，為確保國內UPS 供電系統更好的工作，有關工作人員與技術人員在UPS 技術上進行了改進，降低了輸出變壓器的體積，并對其進行了改造，從而降低了對其他電池的影響。通過這種方式，就能很好地避免某些變壓器飽和狀況的發生。而在國外，使用的是串聯逆變器，通過隔離變壓器和其他組件與UPS電源相連接。

第三，科技進步使得現代化的數控系統得到了越來越多的運用，國內數字控制技術也得到了廣泛運用，使用一個數字處理器，就可以確保和控制一個更精細的電路。數控系統作為一項尖端技術，其優點和特征很多，可以保證其在工作中的抗干擾性，同時還可以保證高精度。另外，采用數字控制技術可以推動UPS 電源檢測工作的開展，在對UPS 電源進行檢測的整個過程中，有關技術人員可以對問題的具體位置、類型和特點進行準確的判斷，便于管理者對電池的實時監測和高效管理。

第四，在UPS 的供電體系里，電池組起到了至關重要的作用。當前，國內UPS 技術中普遍采用的是封閉型鉛酸電池，一般不需要進行維修[5]。要想讓這類蓄電池擁有更長的使用壽命，可以對其進行分階段的管理，采用一種科學的方式來對其進行充放電，從而將其使用壽命提高到更高的程度。

2.3 UPS 電源特征

在UPS 供電中，有許多特定的功能，其中包括很多的內容。UPS 最顯著的特點就是可以確保電壓的穩定，從而實現傳輸的穩定，并可為使用者提供優質穩定的電力供應。同時，UPS 電源具有較大的自控能力，該能力的運用和發揮對于電源的日常維修與管理非常有利。UPS 供電可實現中央監視與管理，并可精確偵測周邊情況，實現開關的自動化。此外，要利用現代化的信息網絡技術，實現聯網，在電量不足的情況下可以對其進行補償，并進行檢測。

2.4 UPS 電源工作模式

根據UPS 的工作原則和工作模式進行分類，可以有3 種工作模式：一是采用后備式UPS，以低功耗為主，具有更高的轉化效率，在常規操作中易于維修，而且它的性能更好，價格也更便宜，但轉化的速度也更快；二是在線式UPS 電源，這種模式以大功率和中功率為主，在提供電力時，電源性能好，可以確保電力供應更穩定，抗噪聲的性能更強，但是缺點是成本高；三是在線互動式UPS 電源，這種工作模式利用了現代網絡技術，將上述2 種電源的特性相結合，但缺點在于使用過程中持續的時間相對較短。

2.5 UPS 管理系統

從當前的發展狀況可以看出，國內采用的UPS供電管理體系正朝著智能化方向發展。智能化的UPS系統是將過去的各種UPS 與現代信息技術結合起來，利用計算機硬件接口，設計出相應的特定軟件，這樣就可以對電腦中的有關數據進行保護。為了保證UPS電源可以充分發揮作用，還可以對UPS電源進行檢測。在此過程中，全面實施智慧化的管理，運用電腦資訊網絡對其進行即時的監測與高效的管理。智能的UPS管理系統還可以節省費用，確保了數據的傳輸路徑更為暢通，為用戶的日常應用提供了便利。

3 UPS 電源技術發展前景及趨勢

3.1 UPS 電源技術發展前景

本文從UPS 的發展狀況出發，探討了UPS 的未來發展方向。首先，某些大容量UPS 的需求將會增加。UPS 的發展前景十分廣闊，隨著UPS 相關產品的改進和價格優勢的不斷提升，使得UPS 電源在市場的競爭力逐步提升，發展前景也更加廣闊。與UPS有關的公司還應該積極地學習外國的先進技術，不斷提升UPS 電源技術的競爭力，更好地將UPS 產品推向世界，與世界各國相關從事研發、生產UPS 的機構、公司展開更多的交流與合作，促使UPS 技術的研發和革新，讓UPS 技術的相關商品可以充分發揮自身潛能。其次，運用相關技術提升UPS 的效能，研發相關配套技術。UPS 在運行時很可能會產生開關損失，而采用該技術就能很好地避免這個問題，從而有效控制開關損失，凸顯出UPS 的高效率。

3.2 UPS 電源技術發展趨勢

近年來，隨著對UPS 電源的需求日益提高，UPS電源技術也在持續地進行著改進與完善，進而出現了很多新型的UPS 電源產品，它們與目前電力領域中的最新科技成果及技術理念相結合，極大地提高了UPS 電源的各項性能。

3.2.1 發展UPS 的全數字化技術

UPS 全數字化技術是由UPS 的AC/DC 變換器及逆變器構成的負反饋系統，配合專用IC 和直接數字控制技術，實現UPS 整機變換、控制、反饋等。UPS的全數字化技術將UPS 的性能從對硬件進行設計升級轉變成了對其軟件進行靈活更新，從而提升了使用者的生產能力。并且，UPS 全數字化的發展使得UPS電源的使用、安裝、維護操作變得更加簡便。全數字化UPS 屬于新一代UPS，除了具有高質量、多功能等優點外，還與當前節能環保的要求相吻合，是未來發展所需的UPS。

3.2.2 發展UPS 的綠色技術

梅蘭日蘭UPS 為順應電腦室裝備的“綠色”發展潮流，隨著功率因數校正（Power Factor Correction，PFC）技術的發展，使得UPS 功率因子大于0.98 的目標得到了實現。其本質是利用電源VT7在線路中的切換功能，實現了電感器中的電流與電網電壓瞬時數值的同步改變。因為VT7的工作頻率為50 kHz，只要在電源輸入端加上一個極小的濾波，就可以獲得一個具有極少諧波的電流波形。因此，PFC 技術的使用可以很好地將UPS 的功率因數提升到一個比較理想的水平，這樣就可以明顯地降低其他UPS 設備中常見的對電網的諧波干擾和無功損耗，還可以很好地隔離計算機、程控交換機等非線性負載對電網造成的負面影響。

3.2.3 發展UPS 的高頻化技術

在技術先進的UPS 中，使用了雙極性晶體管和垂直雙擴散金屬-氧化物半導體場效應晶體管（Vertical Double-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor，VDMOS）等性能優良、工藝成熟的器件，將工作頻率提升到16 kHz。使用這些高頻化技術能夠讓濾波的慣性元件減小，提升其效率，從而使得UPS 電源體積減小1/3，電壓偏差小于0.5%，動態響應小于3%，總諧波失真度小于2%（100%非線性負荷），各種指標都得到了提升。

4 結 論

從UPS 本身的特性及其構成特征出發，對其選擇時應遵守的幾個基本原理進行了分析。同時，對國內UPS 電源各個方面的應用和發展狀況進行了分析，在此基礎上，對UPS 電源的發展方向進行了展望，得出UPS 電源有著良好發展前景的結論。在其發展的全過程中，一定要持續地對技術進行創新，對其本身的功能進行改進，這樣UPS 電源才會被越來越多地使用并受到越來越多的關注，從而在人們的生活和生產中起到重要的影響。