淺析UPS系統結構原理及應用

摘 "要：UPS系統即不間斷電源系統。一般來說供電系統應該是由市電電源直接供電的系統，這種系統簡單、經濟、可靠。由于市電電源經常會出現各種干擾和故障，許多靈敏負載不能由市電電源直接供電，需要進行電源保護。UPS就是很好的選擇，本文將就UPS的系統結構原理以及應用進行探討。

關鍵詞：UPS;系統結構;原理;應用;保護

文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、UPS系統的結構原理

它是一種含有儲能裝置、以逆變器為主要元件、穩壓穩頻輸出的電源保護設備。主要起兩個作用：一是應急使用，二是消除市電網上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、暫態過電壓、電線噪聲和頻率偏移等，改善電源質量，為計算機系統提供高質量的電源。

UPS電源系統由五部分組成：主路、旁路、電池等電源輸入電路，進行AC/DC變換的整流器（REC），進行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電源系統的日常操作與維護，設計了系統工作開關，主機自檢、故障后的自動旁路開關，檢修旁路開關等開關控制。當突發停電時，UPS電源開始工作，由儲能電池供給負載所需電源，維持正常的生產;UPS中的蓄電池在市電正常供電時處于充電狀態。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算機設備，保持對計算機設備供電的連續性。一般情況下，中小功率后備式UPS靠蓄電池維持供電的時間在10～30min左右。

（一）交流濾波調壓回路

交流濾波回路主要是對輸入的交流電進行濾波凈化，去掉電網中的干擾成分。并在一定范圍內進行調壓。

（二）整流充電回路

整流充電回路是將交流整流成直流，經充電電路給蓄電池充電，并向內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，蓄電池性能和質量的好壞直接影響到UPS電源整機的質量，它的成本占整機成本的1/3以上。

（四）脈寬調制型（PWM）逆變器及控制電路

在UPS中普遍地采用脈沖寬度調制技術（PWM）來實現直流轉變成交流，實現直流轉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，當市電電壓低于170V時，此時其內部的交流穩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。市電供電時，不斷地將交流電整流成直流后再逆變成交流輸出。當市電下降到170V以下時，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，又恢復到市電供電狀態。

（五）檢測報警保護電路

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

（六）智能監控及通訊電路

新型的智能UPS具有與計算機通訊和自動監控功能，UPS監控軟件通過接口通訊線路隨時監控UPS及供電線路的運行情況，記載并提示掉電情況，自動處理掉電時的數據保存與系統保護。

二、UPS系統的應用

UPS的功能是確保負載供電的不間斷，并改善供電電源質量，保證在任何情況下均能供給負載穩定可靠的交流電源。隨著數字技術的發展，UPS已成為重要負載必不可少的配套電源系統。

（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險，不會因為一臺UPS供電異常而造成大面積停電;缺點是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供電系統直接對機房的所有負載供電。集中供電的好處是便于規劃、管理方便、維護方便;缺點是如果UPS系統異常，容易引起大面積停電事故。

（二）采用模塊化UPS實現逐步擴容

目前，模塊化UPS已經開始在國內應用，模塊化UPS特點主要包括：可擴容、平均故障修復時間短、可經濟實現“N+X”冗余并機。采用模塊化UPS，只需擴容一個20kVA的模塊即可，節省大筆資金的投入。

（三）提高UPS自身能效

UPS均為在線式雙變換構架，在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。提高UPS的工作效率，是降低整個機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

由于非線性負載產生的非正弦電流，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;干擾設備正常工作。而UPS在工作時會產生大量的諧波。可以采用12脈沖整流器，對諧波改善明顯;但是對功率因數改善有限。無源濾波器，優點是技術簡單，成本較低;缺點是只能補償將點階次的諧波，無法適用于全功率段。有源濾波器優點是可以補償多個階次的諧波，且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置成本較高。

（五）日常維護

除了選配正規品牌蓄電池以外，應多方面正確地使用與維護蓄電池：灰塵帶入機內沉積、當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。在除塵時檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。UPS電源系統的大量維修檢修工作主要在電池部分。要關注發現和處理落后電池，經對落后電池處理后再作核對性放電實驗。

三、結語

UPS已經是電源日常維護的重點， 并且需要及時并且能采用適當的辦法對故障進行處理， 進而減少和避免故障的再次發生。

參考文獻：

[1]于瑋，徐德鴻，周朝陽等.并聯UPS系統均流控制[J].中國電機工程學報，2008，28（21）：63-67.

[2]熊峰.發電廠UPS系統的設計探討[J].電氣應用，2009，28（5）：62-64.

[3]于博偉，趙汝輝.UPS系統常見故障研究與處理[J].科技創業家，2014，（6）：151-151