UPS电源应用分析

1 UPS电源设备的发展

不间断电源(Uninterruptible Power System简称UPS)从60年代的动态UPS到今天的静态UPS已走过了30多年的路程。60年代的UPS是采用柴油机—电动机—发电机组来实现电能的转换，平时由市电驱动电动机，再由电动机带动发电机向负载供电。当市电停电时，控制电路切断市电线路和电动机，利用飞轮的惯性，使发电机组继续供电，同时立即启动柴油机，当柴油机的转速与发电机转速相同时，柴油机离合器与发电机联上，完成由市电到柴油发电机的切换，这种不间断电源称为旋转型不间断电源，也叫动态不间断电源或动态UPS。

随着半导体技术的发展，1960年以后，采用了大功率逆变技术和强电流电子开关来实现大功率的电能转换。这种电能转换电路，不论是主电路还是其他控制电路，均采用半导体固体器件，故称固态不停电电源或静止型不停电电源，简称静态UPS。

静态UPS的历史虽然不长，但发展速度很快，近两年的UPS比80年代初期的UPS有了很大发展。在功率结构方面，进入90年代，IGBT技术已成为近几年UPS的发展趋势。在控制技术方面，80年代的UPS主要是采用模拟控制，它是利用有限的微处理器技术，辅助于模拟量的反馈回路，以其采样值与设定的参数值比较而生成一个误差信号，并去周期性修正驱动回路，以求得稳定之输出，这就是最初级的最简单的PWM技术之功能。进入90年代，数字控制技术取代模拟控制技术，即采用软件编程方式。这种控制方式使元器件更精少，硬件线路更简化，可靠性更高，瞬态反应能力更强。而IGBT应用于大容量UPS后，使整体系统的效率更高(逆变器效率可达98％～99％)，开关速度更快，输出波形更好，谐波更小(小于1％～2％)，噪音降低，控制回路更简单。

静态UPS的基本框图如图1所示。

图1 静态在线式UPS结构框图

随着开关器件水平的提高和计算机技术的发展，UPS正在向智能化的方向发展，也就是借助于计算机技术，充分利用硬件和软件的各自特点，使UPS智能化。智能化的UPS不仅能够完成普通UPS所能完成的全部工作，还能对运行中的UPS进行监测，随时将采样点的状态信息送人计算机进行处理，一方面获取UPS运行的有关参数，另一方面监视电路中各部分的状态，从中分析电路的工作是否正常。当UPS发生故障时，根据监测结果，进行故障诊断，指出故障的部位，给出处理方法，自动显示监测参数，自动记录有关异常或故障的信息。智能化的UPS除完成正常的控制工作外，还能在UPS发生故障时，采取必要的应急控制动作。智能化的UPS除能按照产品指标自动定期地进行自检并形成自检记录外，还能用程序控制UPS的启动或停止。可以随时向计算机输入信息或从计算机获取信息。

近10年间，UPS发展速度很快，应用领域也在迅速扩展，已经成为“计算机的生命线”，“是电脑及其它先进仪器不可缺少的电源保护天使”。

2 UPS在炼油厂的应用过程

我们在齐鲁石化炼油厂应用UPS是从三机、重整等装置的三端口UPS开始的。1989年安装的意大利siel公司的三端口UPS，其核心部分是有一个双向变换器(既逆变又整流)。这种UPS主要由市电、整流／逆变器、蓄电池组、三端口变压器构成，其框图如图2所示。

图2 三端口UPS结构框图

三端口UPS具有市电输入端口、整流／逆变器输入端口、输出端口，俗称三端口。三端口UPS与在线式UPS的工作方式有很大不同。首先是它的整流／逆变器处于同一电路，整流／逆变器既有市电输入，又有逆变输出，同时又给电池充电。从图1可以看出，在线式UPS要经过二次变换，即交流→直流→交流→负载。而三端口UPS经过一次变换就供给了负载。其次，三端口UPS所使用的变压器，不是一般的稳压变压器，而是一个铁磁谐振变压器，这样，当初级电压变化时，次级电压基本维持不变；逆变器在市电正常情况下也工作，没有切换时间，并在控制电路的作用下，调整逆变器输出电压的幅度与相位，保证逆变器输出电压的稳定；在市电不正常或发生故障时，系统由蓄电池作为输入电源继续向负载供电，保证负载不间断地稳定工作。三端口UPS逆变器的输出电压频率不够稳定，带非线性负载的能力也比较差，但成本较低。从1996年开始，炼油厂采用了具有先进电子技术的在线式UPS，如：法国梅兰日兰、德国Siemens、意大利best等30套。在线式UPS的含义是：即使在电网电压正常供电时，UPS的输出也是将外来电压经过本身的加工转换后再供给负载。也就是说，即使是在电网电压正常时，市电也是经过变压器→整流滤波→逆变器→开关S3(S3闭合，S2断开，见图1)→输出