UPS電源技術發展趨勢及應用

張宏宇

(中國石油大慶石化公司煉油廠供電車間，黑龍江 大慶 163711)

UPS是一個電源保護裝置，廣泛應用于石油化工、計算機系統、郵電通訊、醫療、金融等各個領域。其重要性越來越受到廣大用戶的關注。隨著計算機應用的日益普及和全球信息網絡技術的迅速發展,對高質量供電設備的需求越來越大,因此UPS電源技術為了滿足這種情況不斷更新發展。

1 UPS電源的分類

UPS按其結構和運行原理分為以下3類:

1.1 被動后備式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作范圍或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是沒有穩壓，有切換時間，且輸出波形一般為方波。被動后備式UPS的工作原理示意圖如圖1-1所示。

1.2 在線互動式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，通過UPS內部穩壓線路穩壓后輸出，當市電異常或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是：有穩壓，但同樣存在切換時間。在線互動式UPS的工作原理示意圖如圖1-2所示。

1.3 在線式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。雙變換式UPS的工作原理示意圖如圖1-3所示。

2 UPS電源技術發展方向

UPS電源技術包括電源變換技術、電源冗余技術、蓄電池發展技術等。近幾年來,隨著對UPS電源性能要求不斷提高,UPS電源技術又有新的分支出現,其中UPS電源高頻化技術、網絡智能化技術、全數字化技術、綠色化技術就是UPS電源新技術。

2.1 UPS高頻化技術

在技術先進的UPS中采用了IGBT和VDMOSFET等性能優良、工藝成熟的器件，工作頻率提高到16kHz，功率變換、電路頻率的提高使得用于濾波的慣性元件，如:電感、電容大量減小，其效率高達94.5%，體積減小1/3至1/2，電壓偏差<0.5%，動態響應<3%，總諧波失真度<2%(100%非線性負載)，可聞噪音等指標均得以大幅度提高。數字電路占80%，可靠性大大加強。

2.2 UPS全數字化技術

UPS全數字化技術是將UPS的AC/DC變換器及DC/AC逆變器(即輸入與輸出部分)使它們組成一個非常完善的負反饋系統,再配以專用集成電路以及直接數字控制技術,實現UPS整機變換、控制、反饋、測量、顯示、通訊全數字化、智能化。UPS全數字化技術使UPS許多特性從硬件的設計轉移到靈活并可升級的軟件上來,為用戶提供十分快捷的設計與制造功能;更完善更靈活的運行與控制模式;非常簡單方便的使用、安裝、維護操作功能。全數字化UPS是新一代UPS,它除具有高質量、高可靠、高指標、多功能等特點外,還符合當今節能環保的要求,所以它是未來發展所需要的UPS。

2.3 UPS網絡智能化技術

高級UPS管理員軟件配合電源分配器設計使管理員不僅可以通過PC機或網上終端對UPS運行參數、狀態進行監管，還可以進行一些其他很有意義的控制。主要監控內容如下:

·UPS負荷百分比;

·充電條件下蓄電池已具有的容量;

·放電條件下蓄電池剩余的容量;

·UPS報警及主要管理參數記錄;

·UPS故障診斷;

·可對功率分配器及機房配電柜開關分別遙控(On/0ff);

·可設立網上負荷分四級按設定的順序及時間間隔啟動或卸載。網上設備按順序啟動可以避免因同時啟動而引起的問題;

·可以設定在市電停電的情況下，蓄電池的能量按需要分配給不同的設備，自動按時關掉次要設備，把有限的能量用到關鍵設備上去;

·如果市電停電蓄電池能量消耗到一定程度時，自動關閉計算機系統文件，然后停機。

高性能的UPS具有相同的通信協議，采用獨立于控制電路的另一個微處理器作為網絡通信的核心。通過包含在高級UPS管理員軟件中心的SNMP協議，UPS可利用任何網絡管理系統通信，如HP Open View,Sun Net Manager等等，實現UPS與計算機系統的通信，由一臺計算機對網上多臺UPS進行集中管理。同時，也可以選用遠程服務系統通過Medem與UPS服務中心聯網，實現遠程異地監控管理以獲得快速故障診斷及UPS運行狀況報告。

2.4 “綠色”無污染UPS

為適應計算機房設備的“綠色”發展趨勢，在梅蘭日蘭UPS中領先采用了PFC(Power Factor Correction)新技術，使UPS的功率因數指標高達0.98以上。

這一新技術的實質是通過電路中功率管VT7的開關作用，使電感中電流的大小隨市電電壓瞬時值大小的變化而同步變化。由于VT7工作頻率高達50kHz，故在市電輸入處只需加很小的濾波器，就得到了與市電電壓基本上無相位差的、諧波量很小的電流波形。故PFC的采用十分有效地將UPS功率因數提高到了相當理想的程度，從而顯著減小了其它UPS設備普遍存在的對電網的諧波干擾和無功消耗，有效地隔離了計算機、程控交換機等非線性負荷對電網的不利影響。同時還采用了輸人輸出雙重濾波，加強了抗電磁干擾的能力，降低輻射干擾，在UPS周圍1.5m處，測不到任何的電磁干擾，從而引出了“無污染”，UPS的新概念。

3 結語

UPS電源隨著電子器件的發展,使UPS走向小型化、高效率、高可靠性發展,而高頻化技術﹑網絡智能化技術﹑全數字化技術﹑綠色化技術的出現,不僅提供完全可靠的網絡電源管理，也為節能、環保提供了一種最佳的解決方案,所以隨著科學的進步,UPS將朝著高頻化、數字化、智能化、綠色化等趨勢發展。

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[4]許傳朝，續寫輝煌-UPS電源產品新發展，微電腦世界，2001年第52期[5]劉紅玲，詹躍東，UPS電源技術發展新動態，電源世界，2000年第2期