新一代UPS的技术动向

1.引言

随着人们对生活品质要求的提高，家庭、办公室、工厂等均朝着信息化、自动化的方向发展。与此同时，人们对高品质电力的需求也在日益增加。尽管UPS技术的发展不像计算机技术那么迅猛，但也是今非昔比。UPS技术发展到今天，其功能已经从最初单纯的供电发展到今天的多功能并举。现在的UPS不仅可以在计算机无人值守时定时开机关机，也可以在市电发生异常后通知计算机，还可按事先约定的顺序关机，甚至还拥有通过联网及远程通讯进行远程监控的能力。目前UPS技术未来发展的趋势是朝向网络化，智能化和数据通信一体化发展。

2.UPS的冗余技术

在UPS的应用中，用户为了提高运行中的可靠性，往往要求几台UPS冗余连接。UPS的冗余数目，从理论上讲是是否越多越好，但在实际应用中并非如此简单，单输出均流这一项指标就带来好多问题。在三相UPS中，若作到均流，就必须保证并联的各UPS的对应相电压和相位保持在一个最小的误差值，并联台数越多，越不易达到一致，即使当时达到了一致，随着时间的推移、温度的变化，尘埃的侵入，器件的老化，冷却系统造成的振动以及湿度和腐蚀性气体的破坏等等因素都时刻在破坏着这种平衡，当并联台数达到一定数量后，可靠性开始降低，这就是从量变到质变。单从理论推导出来的结论是在一定的理想条件下作出的，它和实际一直在变化着的情况是有距离的。

就目前的UPS制造技术和工艺水平而言，已可使UPS的故障率大大降低。例如：中、小型UPS平均无故障工作时间（MTBF）已做到5～14万小时，对大型UPS而言，它的MTBF可达24万小时以上。然而，即使对于这样高质量的系统，也不能确保它的故障率为零。在UPS中可采用具有容错功能的冗余配置方案来解决这个问题。所谓“容错”特性，是指在整个UPS供电系统中，如果因故造成个别机器出故障时，该UPS供电系统自动将有故障的机器“脱机”进行检修的同时，整个UPS供电系统必须继续向用户提供高质量电源。由于在冗余式UPS供电系统中，采用了多台UPS组合起来共同承担向负载供电的任务，因此如何正确地解决好多台UPS输出的交流电源以同频率、同相位和同幅度的方式运行是能否成功地实现多台UPS冗余供电的关键。就目前所掌握的资料来看，有如下几种冗余配置方案可供用户选择：主机－从机型的“热备份”UPS供电方式；直接并联供电方式；双总线冗余供电方式。

2.1 USP热备份连接

任何具有旁路环节的UPS都可以进行热备份连接，两台UPS热备份连接时，只需将一台UPS1的旁路的输入端与市电断开，并连接到另一台UPS2的输出端，就构成了两台UPS热备份冗余系统。在正常情况下由UPS1向负载供电，而UPS2处于热备份状态空载运行；当UPS1故障时，UPS2投入运行接替UPS1继续向负载供电。只有当UPS2由于过载或逆变器故障时，才闭合旁路开关，负载改由市电供电。

这种UPS的热备份连接一般不超过两台，它不能增加系统的输出容量，尤其是两台不同容量的USP连接时，该系统的输出容量不能超过其中容量较小的那一台的功率。

2.2 UPS的并联连接

UPS的并联连接并不象热备份连接那么容易。因为所有UPS的输出阻抗不可能一样，加之各逆变器的输出电压和市电电压锁相都具有正负误差，则各个UPS的电压即有相位差又有幅值差，因此用普通UPS直接并联是危险的，只有具备并联功能的UPS才能并联。

并联连接的优点在于它不但可以提高可靠性，而且过载、动态性能比热备份方式好得多，并且可增容。并联连接的方式有下述几种：

2.2.1 主从式并联系统 这种方式是并联系统中有一台UPS为主机，其它为从机。 　

2.2.2 无主从并联系统 系统中任一台UPS既是主机又是从机，哪一台UPS先开机它就是主机。  

2.3 并联冗余系统的关键技术

无论那一种并联冗余系统，都必须解决以下一些关键技术问题。

2.3.1 并联运行的各单机或模块的均流问题。实践证明，并联单机间的环流是造成UPS逆变器故障的主要原因，这个问题解决不好，不仅可靠性得不到提高，而且适得其反。目前控制并联系统中的各UPS的负载电流均衡的方法主要有有功、无功环流控制法、电压-频率下垂特性控制法、主从模块控制法、负载母线同步法等，模块间的负荷电流不均衡性已可以控制在5%以内。

2.3.2 模块间的均流控制信号的可靠传送问题。模块间的信号传输线实际上构成了系统的故障瓶颈，电磁干扰或其它的物理毁损都会造成系统故障，所以，均流信号力求简单，要采取强抗干扰编码技术，互连线越少越好。

2.3.3 无互连线均流机理的研究与开发。UPS并联冗余系统的最理想状