不间断电源技术、特点及发展

当前，数字革命和网络经济正席卷全球。随着各种信息系统在各个行业的应用，更带动了不间断电源（UPS）的迅猛发展。作为直接关系到计算机软硬件能否安全运行的一个重要因素，电源质量的可靠性应当成为中小企业、学校等首要考虑的问题。UPS（Uninterruptable Power System）是不间断电源的意思，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源，主要用于给服务器、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。不间断电源从计算机的外围设备，一个不受重用的角色迅速变成为互联网的关键设备及电子商务的保卫者。UPS作为信息社会的基石，已开始了她新的历史使命。随着国际互联网时代的到来，对电力供电质量提出了越来越高的要求，无论是整个网络的设备还是数据传输途径给以端到端的全面保护，都要求配置高质量的不间断电源。

一、UPS的工作原理

UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压、稳频输出的电源保护设备。当市电正常输入时，UPS就将市电稳压后供给负载使用。同时对机内电池充电，把能量储存在电池中，当市电中断（各种原因停电）或输入故障时，UPS即将机内电池的能量转换为220V交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS主要从九十年代开始成规模，90年代初，对UPS要求能提供无时间中断的电源来确保用户的数据不致丢失为保护重点；90年代中期，在UPS配置了RS232接口和在计算机监控平台上配置各种电源监控软件的智能化 UPS，保护重点为用户的数据的完整性；到了90年代末期，UPS以确保系统具有“高稳定性”及“高可用性”为其保护重点。不同年代的需要对UPS不同分类及发展，UPS的分类及展是当今信息社会高速发展的需要。

二、UPS的基本分类与特点

目前市场上已经有不同类型的UPS，按UPS的工作方式可分为后备式、在双变换在线式、在线互动式三大类。

1、 备式UPS电源

它是静止式UPS的最初形式，应用广泛，技术成熟，一般只用小功率范围，电路简单，价格低廉。这种UPS对电压的频率不稳、波形畸变以及从电网侵入的干扰等不良影响基本上没有任何改善:

其工作性能特点：

1） 市电利用率高，可达96%。

2） 输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。

3） 输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制。

4） 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。

2、 在线互动式UPS电源

也称为3端口式UPS电源，使用的是工频变压器。从能量传递的角度来考虑，其变压器在3个能量流动的端口；端口1连接市电输入，端口2通过双向变换器与蓄电池相连，端口3输出，市电供电时，交流电经端口1流入变压器，在稳压电路的控制下选择合适的变压器抽头拉入，同时在端口2的双向变换器的作用下借助蓄电池的能量转换共同调节端口3上的输出电压，以此来达到比较好的稳压效果。当市电掉电时，蓄电池通过双向变换器经端口2给变压器供电，维持端口3上的交流输出。在线动式UPS电源在变压器抽头切换的过程中，双向变换器作为逆变器方式工作，蓄电池供电，因此能实现输出电压的不间断。

其工作性能特点：

1） 市电利用率高，可达98%。

2） 输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。

3） 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。

4） 变换器直接接在输出端，并处于热备份状态。对输出电压尖峰干扰有抑制作用。

5） 输入开关存在断开时间，致使UPS输出仍有转换时间，但比后备式小得多。

6） 变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强。

7） 如在输入开关与自动稳压器之间串接一电感，当市电掉电时，逆变器可立即向负载供电，可避免输入开关未断开时，逆变器反馈到电网而出现短路的危险。

3、 双变换在线式UPS电源

它是属于串联功率传输方式。当市电存在时，实现AC－＞DC转换功能，一方面向DC－＞AC逆变器提供能量，同时还向蓄电池充电。该整流器多为可控硅整流器，但也有IGBT－PWM－DSP高频变换新一代整流器。当逆变时，完成DC－＞AC转换功能，向输出端提供高质量电能，无论由市电供电或转向电池供电，其转换时间为零。当逆变器过载或发生故障时，逆变器停止输出，静态开关自动转换，由市电直接向负载供电。静态开关为智能型大功率无触点开关。

其工作性能特点：

1） 不管有无市电供应，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电力输出。

2） 由于全部负载功率都由逆变器提供，因而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件，如负载流峰值因数，过载能力，输出功率因数等。

3） 对可控整流器还存在输入功率因数低，无功损耗大，输入谐波电流对电网产生极大的，当然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技术成功率因数校正技术，可把输入功率因数提高到接近1。

4、 双逆变电压补偿在线式UPS电源

此项技术是近些年提出来的，主要是把交流稳压技术中的电压补偿原理（delta变换）应用到UPS的主电路中，产生一种新的UPS电路结构型式，它属于串并联功率传输。

其工作性能特点：

1） 逆变器（II）监视输出端，并与逆变器（I）参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量的电能。

2） 市电掉电时，输出电压不受影响，没有转换时间；当负载电流发生畸变时，由逆变器（II）调整补偿，因而是在线工作方式。

3） 当市电存在时，逆变器（I）与（II）只对输入电压与输出电压的差值进行调整与补偿，逆变器只承担最大输出功率的20%，因而功率余最大。过载能力强。

4） 逆变器（I）同时完成对输入端的功率因数校正功能。输入功率因数可达到0.99，输入谐波电流＜3%。

5） 在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，因此整机效率可达到96%。

6） 在市电存在时，逆变器（II）功率强度仅为额定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。

7） 由于具有输入功率因数补偿，因而有节能效果。