新一代UPS的技术动向

态是并联单机间无任何控制信号连线，从而消除了并联系统的故障瓶颈，国内外关于这方面的工作已取得一些进展，有些已在产品中得到实现。

2.3.4 均流控制电路的冗余问题。既然有互连线并联系统的故障瓶颈现象的存在，可以采取均流控制电路冗余来消除之。

2.3.5 热插拔电路及接插件技术。对于模块并联系统，可以根据负载情况进行组件的热插拔，以方便用户进行系统扩容和组件的维修，并可在不停机的情况下添加或减少组件。  

3.UPS的绿色技术

3.1 优越的功率因数指标

UPS有两个功率因数指标：

3.1.1 UPS输入功率因数。输入功率因数是一个重要指标。提高此项指标不仅可以降低线路损耗，节约电能，消除火灾隐患，还可以减少对市电的谐波污染，提高市电的供电质量，获得较大的经济效益及社会效益。传统提高输入功率因数的方法为无源功率因数校正技术，而现在发展为：单相市电输入的UPS采用有源功率因数校正技术，三相市电输入的UPS采用SPWM高频整流来提高UPS输入功率因数。最理想的输入功率因数是1，表明输入电压和电流均为正弦波时其相位完全相同。

3.1.2 UPS输出功率因数。输出功率因数是适应不同性质负载的能力。输出功率因数在2001年《YD/T 1095-2000通信用不间断电源——UPS》标准中，使用了输入功率因数的概念，在电气性能技术要求中，分三个等级分别给出了指标，并提出了试验方法。但是在定义部分没有给出明确的解释，也许是因为它已经广泛应用，并约定俗成。

不过另一个概念，输出功率因数的应用却并非约定俗成，同样没有给出明确、清晰的定义。只在电气性能技术要求中给出指标：输出功率因数≤0.8。并在输出功率因数的试验方法中提到：“调节非线性负载的输入功率因数在小范围内变化，由电力多功能分析仪测得非线性负载的输入功率因数应符合技术要求的规定，并使得UPS输出达到额定容量，UPS能正常工作。”显然在这里测得的数据是UPS负载的功率因数，这个数据范围的大小是用来衡量UPS输出能力大小的。

但是由于“输出功率因数”这个概念本身的模糊状态，以及这个概念本身隐匿的逻辑上的矛盾，导致了理解这个概念时出现的诸多歧义。

首先，功率因数这个概念是针对负载而言的，非线性负载中，电流和电压出现相位差，导致负载和电源间吞吐互换的无功功率出现，功率因数反映了负载从电源中获取有功功率的能力。对UPS来说，UPS的输入功率因数反映了UPS从电网中获取有功功率的能力，也可以衡量UPS对电网的污染程度。功率因数越大，获取有功功率的能力越强，对电网的污染程度越小。

但是UPS的“输出功率因数”这个概念是衡量UPS输出能力的一个指标。显然，这里UPS是作为负载的供电设备出现的，而“功率因数”这个概念是专为负载量身定做的，它反映的是负载的某些性质。于是我们借用“功率因数”的概念加上“输出”两字，来描述作为供电设备的UPS的输出能力。这种前后矛盾的组合导致了很多理解上的歧义和逻辑上的混乱。

例如，UPS的“输出功率因数”的大小是由UPS负载的功率因数决定的，我们认为负载功率因数越大，它获得有功功率的能力越强，但是由负载功率因数决定的“输出功率因数”越大，表示UPS的输出能力越小。

另外，作为一项衡量UPS输出能力的技术指标，“由于UPS输出能力有限，不可能满足任意非线性负载的要求，约定以计算机类负载的输入功率因数作为UPS的输出功率因数指标，约定≤0.8。既然UPS输出功率因数的大小由负载的功率因数决定，那么直接用“负载功率因数”的概念来衡量UPS的输出能力更为清晰。

现代概念的UPS强调的不仅仅是对其保护的负载提供纯正的正弦电压，而且越来越注重对公共电网的环境保护意识，尤其是中大功率的UPS，在谐波污染、无功损耗等方面对电网的影响更加突出，这方面有着严格的指标要求。

传统的UPS整流器、充电器大多采用晶闸管相控整流电路外加输入侧的无源滤波器，最高可使输入功率因数提高到0.9，电流谐波THD＜5%，再想提高输入功率因数、降低谐波含量其滤波器的体积和成本难以令人接受。因此，对中大功率的三相UPS可以在其网侧设置由电力电子电路构成的有源滤波器来吸收谐波和无功进行补偿。近年来，12脉波整流器在中大功率的三相UPS中得到较多的采用。通过多相整流及其变压器的作用，在无输入滤波器的情况下可以使网侧电流THD＜9%，输入功率因数提高到0.92左右。但是，系统的成本比较高、体积比较大，控制也比较复杂。

解决UPS整流器无功问题的另一个措施是采用不可控整流电路外加直流侧电容滤波。这种电路的网侧输入功率因数可达到0.99以上，同时也省掉了繁杂的可控整流电路的控制驱动部分。但是，网侧的谐波却没有降低，仍必须增设网侧滤波器。另外，为给蓄电池充放电，直流侧必须设置双向直流变换器。

要使UPS整流器对电网的影响小，最好采用高频整流技术。高频整流器通过高频PWM控制，可使输入电流与输入电压同相位，网侧功率因数为1；又由于高频化，网侧只需要高频滤波器，该滤波器的体积可以非常小，只要载波的频率足够高，就可以利用线路杂散电感和很小的电容进行滤波，实现输入电流正弦化。当然，在UPS中采用高频整流器也不是十全十美，直流电压高出电网电压的峰值，要么增加蓄电池串联数量，结果使故障率增高；要么采用降压变压器，结果使整机的效率降低，而且采用高频整流器的技术难度比高频逆变器的技术难度要高，控制不当极易造成器件的损坏，但无论如何，采用高频整流器将成为今后UPS整流器的主要发展方向之一，高频整流器的一些性能指标将会得到改进与提高。

此外，在UPS结构上进行改进，避免传统的整流加逆变的串级级联模式，也可以克服功率庞大的相控整流器对电网的干扰和影响，甚至可以对电网起到一定的调节作用。例如，曾经一度被冷落的三端口式UPS若采用PWM高频变换器技术，既可以实现输入电流的正弦化和输出电压的稳压作用，又对电网的谐波干扰非常小，系统的运行效率也很高，只是在稳定输出交流电压的前提下对功率因数进行校正比较困难。采用类似于电力潮流控制器的串联功率变换器加并联功率变换器结构的UPS，在降低对电网干扰方面既可以实现输入电流的正弦化又可以使输入功率因数为1或为所需的任意值，系统运行效率也较高，此种UPS接入电网不仅不会造成电网的无功电流的增加，而且还可以适量地对电网无功进行调节。但是这两种结构的UPS都存在固有的不足，即一旦电网频率超出UPS输出频率指标要求范围就只有进入蓄电池供电的逆变运行状态。

总之，在降低对电网的干扰影响方面可采取的技术措施和电路结构种类比较多，其中对于小功率的UPS主要采用PFC整流器和高频PWM整流器及其相应的控制技术，对于大中功率的UPS采用高频PWM整流器尚有开关损耗不易解决的问题，采用串联功率变换器加并联功率变换器结构则比较适合于三相大功率UPS，具有较广阔的发展应用前景。