UPS电源十篇

UPS电源 篇1

交流不停电供电系统简称UPS电源,现对UPS电源的工作原理、组成结构、技术特点等进行分析介绍。

1 UPS不间断电源的基本原理及组成

UPS电源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,按工作方式可分为后备式(离线式)和在线式2种。

1.1 后备式UPS的工作特性

当输入电源的电压、频率满足输入指标时,由市电逆变供电转换控制电路输出3路信号,其中1路信号控制由电磁继电器构成的单刀双掷开关接通市电供电(这条线路就是交流旁路),此时负载直接由市电供电,对市电品质基本没有改变;第2路控制信号送到面板显示电路,用来显示市电的供电状态;第3路控制信号送至逆变器,以切断逆变电路;同时,市电还经过降压、整流,再经由充电电路给蓄电池充电。当市电因意外而中断时,市电逆变供电转换控制电路输出信号会发生变化,蓄电池内的直流电源会经过逆变器的作用而转变为交流电源,经输出变压器升压后,向负载提供220 V的交流电。不过,由电磁继电器控制单刀双掷开关从市电供电状态切换到逆变器供电时有一小段时间间隔,在此期间电流供应会发生中断;不过,像计算机这样的用电设备由于主机电源内有滤波电容的存在,因此当断电的瞬间滤波电容所储存的电能可以维持计算机继续工作至少8 ms～10 ms,而电磁继电器的切换时间一般只有2 ms～4 ms,所以不会发生因计算机重新启动而引发数据丢失的情况;但是,如果用电设备要求断电时间不得超过4 ms,则必须选用以双向可控硅作切换元件的UPS或在线式UPS。

1.2 在线式UPS的工作特性

在线式UPS的结构与后备式UPS很相似,二者之间的最大不同之处在于在线式UPS不再采用断电切换的工作方式,而是可以持续供电。简单地说,当市电供电正常时,它首先将市电交流电压经整流器和滤波器变为直流电送入逆变器,接下来逆变器将直流电变为功率放大的脉宽调制驱动电源信号,再经逆变器的输出滤波器重新变成交流电提供给负载。在线式UPS机内采用了反馈控制系统,可以向负载提供稳压精度高、频率稳定、波形失真度小、无干扰的瞬态响应特性好的高质量交流电。当在线式UPS的输出端承受100%的加载或减载时,它的输出电压波动不但小于5%,而且即便是这样小的瞬态电压波动也会在20 ms内恢复到正常稳压值。此外还配置了蓄电池作为储能单元,当市电供电中断时,UPS中的逆变器利用机内蓄电池所提供的直流电来维持负载的正常运转,由于不存在从市电供电到逆变器供电的转换步骤,因此就不存在转换时间长短的问题。一般在线式UPS电源均有旁路开关与备用电源相连(备用电源可以是另一路交流电,也可以是柴油发电机)。在线式UPS电源输出的是与市电电网完全隔离的纯净的正弦波电源,大大改善了供电的品质,保证了负载安全、有效的工作。可以向用电设备提供可靠的高质量的电流,这是在线式UPS的最大优势。

1.3 在线式UPS电源的原理图:

由图1可以看出UPS系统的基本组成主要有4部分:a)能源:市电电源;b)储能装置:蓄电池组;c)能量转换部件:主要包括整流器和逆变器,是UPS的核心部分;d)静态开关:是由晶闸管等大功率电子器以及逻辑控制电路组成。

2 各组成部分的作用及要求

2.1 逆变器

逆变器是UPS电源的关键设备,它由晶闸管主电路、输出变压器、交流滤波器以及各种控制电路组成,主要任务是将经过滤波的平稳直流电源变换为一定波形和一定频率的交流电,经过交流滤波装置,使负载得到50 Hz的正弦交流电压。

UPS的逆变器不仅仅是将直流简单地变换为交流输出,而是有一系列的要求:a)UPS的交流输出电压必须具备自动稳压性能,因此逆变器电路的输出波形,应该容易实现电压自动调节;b)UPS的输出通常为二频正弦波,对非线性失真有一定的要求,因此,逆变器输出波形的谐波成分应尽量小,这样才便于进行正弦化滤波,并可使滤波器简化;c)逆变器的交流二频输出要求能与市电或另外一台逆变器的二频输出锁相同步,以便进行同频切换或并机运行,因此,主电路输出波形的频率和相位应能方便地随时进行调;d)其他要求就是逆变器的效率要高,动态特性要好,触发控制回路要简单,元器件及材料消耗要少,无特殊规格要求,加工容易,成本低等。

逆变器的主要性能指标:a)直流输入电压:由接有蓄电池的多少而定,每只蓄电池的电压为1.75 V～2.25 V之间;b)交流输出电压:220±5%;c)输入功率:单相UPS一般在2 kVA～30 kVA,三相一般在30 kVA以上;d)频率:内振50 Hz,允许漂移不超过±0.5 Hz～1 Hz;e)谐波:<5%;f)效率:>75%～80%;g)功率因数:Cos滞后可达0.8;h)过流与限流:维持满载电流125%～150%内可调;i)环境温度:0℃～40℃应能工作。

UPS的技术性能很大程度上取决于逆变器的性能,它对UPS装置的输出波形极其谐波含量、装置效率,可靠性、对负载变化的瞬态响应能力、噪声甚至装置的体积重量均有决定影响。迄今为止,已能制造出多种形式的逆变器,其中有代表性的是:方波型、纯正谐波型、准方波型、稳压变压器型、阶梯波型、脉宽调制型、脉宽调制阶梯波型以及微处理器控制合成正弦波型。

2.2 整流器

UPS电源用的整流器由晶闸管及控制电路组成,从不可控的整流直到来往电抗器的双反星可控整流都有。主要功能是在市电正常时或市电故障由柴油发电机组提供电源时为逆变器提供波纹很小的直流电压。因为在UPS中逆变器有自动调节输出电压的能力,所以对整流器的稳压性能一般来说没有什么严格要求,把直流电压的变化作为一个扰动量加入逆变器的自动调压系统。如果直流电压的变化±10%,而逆变器的输出电压变化±(1%～2%),容量同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要,就可满足负载供电的要求。

整流器的主要性能指标:a)输入交流电压:一般均为380 V±10%,三相四线制;b)频率:一般允许为50 Hz±5%;c)容量:应能同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要;d)自动稳压精度:在直流输出镇定点上,交流输入电压波动±10%,负载电流在20%～100%的范围内,可以任意给定;e)自动稳流范围:在额定输出电流的10%～120%的范围内,可以任意给定;f)自动稳压范围:在额定输出电压的±20%范围内,可以任意给定;g)波纹电压:不大于额定输出电压的1%;h)效率:≥80%;i)功率因数:Cos≥0.7;j)限流:多数为额定负载电流的120%～150%。

一般常用整流器电路有不可控整流电路,可控整流电路、三相桥式半控整流电路3种。

2.3 静态开关

静态开关主要由晶闸管等大功率电子器件以及逻辑控制电路组成。可分为2类:1类是转换型,即两路交流电源通过转换开关相互切换的不间断供电方式。另1类是并机型,即由多台逆变器或逆变器和市电电源组成的并机型供电方式。静态开关是UPS的关键,它决定了UPS的“停电连接能力”,静态开关的切换时间主要取决于电压或电流的检测时间,采用瞬时值检测可提高静态开关的切换速度,使UPS的切换时间下降100μs,在开机运行系统中,无切换时间(t=0)。正常情况下,负载由和市电锁相同步的逆变器静态开关转向逆变器一边,再由逆变器供电,同时给电池充电,市电正常时,电池通过逆变器给负载供电。目前,国内外大量采用的是具有转换开关的转换型方式。

2.4 UPS用蓄电池的种类

UPS电源要求所选用的蓄电池必须在全载下供电时间一般在30 min,对电池来说是处于高倍率电流放电,在半载时一般不超过50 min。常用的蓄电池有3种,它们都属于铅酸蓄电池。

a)经济型HS型电池和适合于低温工作的AH型电池;b)适用于长放电时间要求的es型电池;c)小型密封式M型电池。其中M型电池因其体积小,而且密封无需维护,被广泛用于小型UPS电源中。

3 交流不停电电源UPS的种类

3.1 按输出功率分

微型UPS(≤1 kVA)、小型UPS(1 kVA～5 kVA)、中型(5 kVA～30 kVA)和大型UPS(30 k VA～100 kVA)。

3.2 按输出输入方式分

单相输入/单相输出、三相输入/单相输出和三相输入/三相输出。

3.3 按输出波形和逆变器的功率器件分为

正弦波、方波。

3.4 按后备时间分为

标准机和长效机。

3.5 按UPS电源内部线路分

a)在线式(On-Line)UPS;b)离线式也叫后备式(Off-Line)UPS;c)带转换开关的UPS电源;d)采用并机型静态开关的UPS;e)具有多重并联功能的UPS＿冗余系统;f)三端口UPS。

摘要：叙述了UPS不间断电源的基本原理、组成部分和种类,以及各部分的作用和要求。

UPS电源 篇2

随着广播电视事业的发展, 卫星地球站的安全播出是广播电视安全播出中的重中之重。因此, 作为机房电力保障系统中重要的组成部分, UPS系统必须要有非常高的稳定性和可靠性。如何合理使用和科学维护UPS电源, 提高机房供电质量, 杜绝因供电系统的各种故障造成对安全播出的影响, 是广播电视事业发展的重要因素之一。

1 UPS电源工作原理

UPS (Uninterruptible Power System) 不间断供电系统具有稳压、稳频、隔离、净化电源等作用, 从UPS的发展历史来看, 其经历了由旋转型工作方式到现在大量使用的静止转换工作方式的UPS。静止型UPS从其位于市电与负载之间的工作方式来区分可分为在线式、后备式和互动式。而在线式UPS无论从工作原理、电路组成、技术水平及使用方法等方面基本占据了UPS产品的主导地位, 以下就在线式UPS电源的工作原理做一简述。

在线式UPS的电路组成及框图如图1所示。其工作原理是当市电的电压和频率符合UPS的输入参数值时, 经过AC/DC整流器变换为直流电源, 此直流电源是下一级DC/AC逆变器的直流输入电源, 同时还为备用蓄电池组提供充电电流。逆变器将输入的直流电压经PWM全桥变换后经静态开关输出一个叠加有高频成分的工频正弦波电压, 而后经过输出滤波电路把正弦波电压上的高频成分滤除掉, 在输出端便得到失真度较小的正弦波电压。这种UPS能将市电隔离, 市电正常时, 过滤市电供给负载净化的电源, 市电中断或不能满足UPS的输入要求时, UPS的输入AC/DC整流器将关闭, 此时后备蓄电池以无切换时间的方式向逆变器供电, 以保证输出端负载得到连续稳定的高质量供电, 当市电恢复供电时, 蓄电池组便停止向逆变器供电, 此时机内充电器向蓄电池组补充消耗的电能, 以备下次使用。当市电存在且在UPS输入允许范围之内时, 由于DC/AC整流器发生故障或负载功率大于逆变器输出额定功率时, 为保证负载仍能正常工作, 逆变器输出端的静态开关切换到旁路供电状态, 此时市电通过输入滤波电路和输出端静态开关直接为负载供电。当逆变器恢复正常或负载功率降到逆变器输出额定功率之内时, 输出静态开关将自动由旁路供电切换到逆变供电状态。UPS的输出输入滤波器一般为无源滤波器, 市电电网一侧的滤波器主要是滤除电网中的高频干扰和噪声电压。输出滤波器主要是把输出正弦波电压上的高频成分滤除。UPS的控制电路较为复杂, 尤其是三相输入三相输出的大型UPS, 其告警及保护功能非常齐全, 这就使得其识别、控制、保护电路较为复杂庞大, 而且这些电路之间的相互动作与控制必须符合设计的时序与逻辑关系。控制电路的组成主要包括:输入交流电压、频率、相序、蓄电池组电压及容量检测电路、输出频率和相位跟踪电路、DC/AC逆变器PWM控制电路、静态开关状态识别与驱动电路、启动控制电路、各种告警信号处理及保护驱动电路、运行状态显示电路、蓄电池充电器的控制电路等。三进三出的UPS输出功率一般都在20 kVA以上直至400 kVA或更大。我站使用Galaxy 5000两台60 kVA双机并联冗余系统。

2 UPS的使用及维护

UPS电源系统按使用要求功率余量不大, 在使用中要避免随意增加大功率的额外设备, 也不容许在满负载状态下长期运行, 但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的, 增加大功率负载, 即使是在基本满载状态下工作, 都会造成主机出故障。自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度等应满足UPS电源对输入各参数的要求, 发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率, 否则任一条件不符, 将会造成UPS电源工作异常或损坏。UPS电源在正常使用情况下, 主机的维护工作很少, 主要是防尘和定期除尘, 防止主机内的风机将灰尘带入机内沉积, 当遇到空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常。大量灰尘也会造成元器件散热不好, 一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时检查各连接件和插件有无松动和接触不牢的情况。

蓄电池是实现UPS不间断供电的重要组成部分, 是UPS的“心脏”, 不管UPS系统多么复杂, 其性能最终决定于它的电池, 如果电池失效再好的UPS也无法提供后备电源, 如何监视电池以精确地预测其临界失效期和如何延长电池的有效寿命是保证UPS供电系统稳定和可靠性的关键。

蓄电池的正确使用、定期维护以及合理地设置UPS电池管理系统中的重要参数, 可使蓄电池的实际使用寿命尽可能接近设计使用寿命, 减少设备资金的再投入, 尽可能地避免由于蓄电池故障所造成的不必要损失、减少故障发生。对于密封铅酸蓄电池在使用过程中主要是注意UPS及其备用电池组的周围工作环境温度不宜超过30度, 当电池工作环境温度超过35度时, 由于电池内部损耗增加, 电池本身的“存储寿命”将会缩短。如果选配有温度补偿功能充电器的UPS, 可以使电池的寿命延长30%～50%, 因为当环境温度升高时, 电池所允许的浮充电压阈值下降, 此时, 若浮充电压为固定, 势必对电池组置于“过压充电”工作状态, 加剧电池的化学反应造成蓄电池中的水分子大量电解, 放出氢气和氧气而逸出, 电解液不断干涸, 电池容量减少, 从而缩短电池的寿命, 环境温度补偿技术能随温度的变化调节浮充充电电压, 不至使电池组处于过压充电状态, 只是相对地提高了蓄电池的使用寿命, 还不能由此根本解决环境温度过高而造成使用寿命缩短的问题。另外当环境温度较低时, 尽管有的充电温度补偿范围较宽, 但由于电池内部电解液的温度特性将会造成蓄电池输出的实际容量下降, 充电器的温度补偿功能对蓄电池因环境温度较低使输出容量下降的问题是无法解决的, 解决电池由于工作温度过高而缩短使用寿命的最根本方法是在机房配备空调设备, 使环境工作温度控制在25度左右。其次, 密封铅酸蓄电池要注意避免的另一种现象是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电压值与其放电电流的大小有着规定的对应关系。如电池以10小时放电率放电, 即电池标称容量1/10的电流放电, 规定放电电压到单体电压1.8 V时应停止放电, 若此时仍使电池继续放电, 电池单体电压过低时, 便发生了过放电现象, 也即深度放电, 密封铅酸蓄电池深度放电必然会使其有效循环次数减少, 缩短电池使用寿命。如深度放电后不能及时进行充电则会更快加速电池的早期失效。大电流、小电流是针对电池容量而言的, 例如:100 AH的电池, 当放电电流为0.5C, 即100×0.5 A=50 A以上时称大电流放电;小于0.01C即1A的放电电流称小电流放电。小电流放电很容易造成涓流放电, 使电池永久性的损坏。研究发现, 电池的放电电流越大, 电池所允许的终止放电电压越小;相反, 放电电流越小, 电池所允许的终止放电电压越大。UPS的电池管理系统中都具有蓄电池组放电终止电压保护功能。在智能化程度较高的电池管理系统中, 其电池放电终止电压保护点是随电池组放电电流的大小而自动调节的。这样既可使后备电池组的能源得到较充分利用, 又不会使电池进入有害的深度放电状态。

对于与UPS连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。在UPS备用电池组定期维护时一定要采取可靠的措施确保在电池组放电维持时间内, UPS的负载不能中断供电。此时可采用两台同等容量、同型号的UPS, 其输出端共同通过自动转换柜以热备份方式对负载供电。把主供电的UPS用手动转为电池供电, 同时要注意观察UPS显示屏上显示的电池剩余容量, 但此时不必担心由于电池组电压突然下降造成UPS关机, 因为另一台UPS在交流市电供电下以热备份方式工作, 一旦主机关断, 备机便立即投入供电。采用这种放电方法时, 主机备用电池组的放电容量可在20%～30%左右即可达到放电维护的目的。

备用电池组的另一种维护是对电池组进行短时间的均衡充电。这是因为电池组在长时期的浮充备用状态下或经过多次循环使用后, 由于其内部原因会出现端电压、内阻不一致的现象。为了消除这种不均衡现象的故障隐患, 进行均衡充电时每个电池的单体电压可充到2.3 V～2.4 V, 充电电流要限制在0.2×电池容量以内, 在这种均衡充电状态下5个小时左右而后转入正常浮充状态。密封铅酸蓄电池的均衡充电维护应在环境温度为20～25度时进行, 至于何时对电池组进行均衡充电, 应根据电池组的实际使用情况而定。一般经过均衡充电后电池组中的电压、内阻不平衡现象可得到改善, 可延长电池组的使用寿命。

3结束语

UPS不间断电源是地球站重要的不可缺少的设备, 但要UPS电源真正成为不间断电源, 保障广播电视信号可靠地传输, 必须加强对它的管理与维护。

参考文献

UPS不间断电源浅谈 篇3

关键词：UPS 储能电池 逆变器 整流器 静态开关

0 引言

对于商业和工业工艺装置而言，连续的优质电源供应是非常关键的。电源中断甚至微小的扰动都将打断工艺链条，最终造成系统停止运行。因此，UPS系统的关键功能就是保护那些不能承受轻微电压扰动或冲动的装置（也称为用户或负载）的电源供应。公用工程提供的未经滤波的电源可能会含有谐频、低谷、峰值或其他噪音。在电源链条中引入一个或多个UPS系统可以有效地消除这些类似的扰动。更为重要的是，在断电条件下，UPS可以紧急填补电源缺口。当遇到这种情况时，系统将自动地切换为大的电池组，汲取所需的电源，直到主干线电源恢复为止。

1 UPS电源系统

不同的应用要求下，负载可以分为直流负载和交流负债两大类。为此，UPS电源又有三种主要的类型：经过双转换（AC电流转换为DC电流，再将DC电流转换为更加纯净的AC电流）的AC UPS，实现将AC电流转换为DC电流的DC整流器/充电器，和实现将DC电流转换为AC电流的AC逆变器。UPS出现的形态不一样，但其原理和主要功能基本相同。UPS电源系统主要有5部分组成：整流系统、储能（电池组）/净化系统、逆变系统、静态开关控制和旁路系统。系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整定电压。储能净化功能由储能电池组来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流电能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于逆变器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统静态开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

2 UPS电源工作原理

一般的UPS主要有以下几种工作模式：正常工作模式、电池工作模式、旁路工作模式和充电器工作模式。

2.1 正常工作模式 在正常情况下，UPS系统给负载供电，如图一实箭头所示。UPS系统从电网获取电能，经过隔离自藕变压器降压或者升压、全波整流、电容/电感滤波，输出直流电压供给逆变电路，同时给储能电池组充电。逆变电路由大功率IGBT模块组成，实现直流电到交流电的转换。逆变电路产生的交流电经过静态开关控制输出，供给负载。当电网电压超出正常工作范围，或者突然停电时，整流器关闭，储能电池组给逆变电路供电，见电池工作模式，如图二所示。当负载严重过载，逆变电路获得的直流电源不足以维持逆变器的正常工作时，系统转去旁路工作模式，如图三所示。

2.2 电池工作模式 当市电电网不再稳定超出正常工作范围，或者电网失电时，整流器不再工作，此时电池组立即接替整流器给逆变电路提供电源，如图二所示。

储能电池组的容量取决于负载功率的大小，原则上负载功率越大，要求储能电池的容量越大。当负载功率确定后，电池容量主要取决于其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几十分钟或几个小时，乃至于几十个小时不等。从整流器供电到电池组供电没有切换时间，当电池组能量即将耗尽时，UPS系统发出报警信号，并在电池放电下限点停止逆变器工作。如果在电池组能量耗尽之前，电网电压恢复供电，则系统自动转回正常整流器工作模式，供给逆变器，同时给电池组进行充电。反之，如果此时旁路电源正常，则系统自动切换到旁路系统，否则系统就将停止工作。

2.3 旁路工作模式 当逆变器由于整流器不能正常供电、或者储能电池组能量不足而无法工作，或者由于负载严重过载，而不能给负载提供足够的能量时，系统自动转去旁路工作模式，如图三所示。当负载恢复正常，或者系统恢复正常供电条件时，系统自动会从旁路工作模式切换回正常工作模式。

2.4 充电器工作模式 当UPS系统工作在充电器工作模式时，整流器仅仅对储能电池组充电，系统不对负载供电，如图四所示。

3 UPS电源系统的功能完善

为了完善UPS电源系统的功能，一些先进的技术应用到了UPS上。

3.1 多机并行工作 传统的UPS电源系统多为单机系统，也就是说当UPS系统出现故障时，负载只能通过旁路供电。对于某些要求严格的用电设备，显然这种方案是不能完全解决实际需要的，于是并机系统应运而生了。并机系统从外形上看就是有两台单机系统同时工作，两台单机之间互有联系。正常工作时，两台系统同时工作并各自承担50%的负载。当一台系统出现故障而不能正常工作时，另一台系统自动承担全部的负载，反之亦然。这种冗余的设计方式无疑大大提高了系统的稳定性，确保了关键负载的正常工作。并机系统的技术现在已经非常成熟，最多8台并机运行的设计方案时常可以看到，当然，UPS电源系统的价格相应要贵许多。

3.2 远程控制

IT技术的发展，成就了UPS系统的远程控制。对于某些特定场合，人类是不可能全天候呆在设备机房的，比如海上钻井平台。此时，需要我们可以远程控制设备，监测数据参数。智能控制模块和通信模块的面世也就显得尤为重要。

参考文献：

[1]美国GUTOR公司提供.PEW1000系列UPS用户说明书.

什么是UPS电源 篇4

稳压电源(不间断电源)有的时候，我们正在写一段文章，或者编一个程序，或者在用画笔画一幅画，突然屏幕一下子变黑了DD停电了，唉，里面的东西都不见了，白干了半天。连存盘的机会都没有啊。要是搞科研的科学家也遇到这种情况，损失就更大了。能源能想个办法，使电脑继续工作，或者在市电停止的时候，机器能在短时间内保持一段时间的电，使用我们有机会把已经干完的工作存盘，以便下一次再接着工作呢?办法一，较为困难，要买一台发电机，这对于一般用户来说，基本上是做不到的，

第二种情况，则较为容易一些，那就是买一台UPS。UPS是英文“不间断电源”的缩写，顾名思义，它就是一台这样的机器，它在市电停止供应的时候，能保持一段供电，使我们有时间存盘，再从容地关闭机器。UPS电源，分为在线式和后备式等几种，它在机器有电工作时，就将市电交流电逆变，并储存在自己的电源中，一旦停止供电，它就能提供电源，使电脑维持一段时间的工作，保持时间可能是10分钟、半小时等。

UPS不间断电源的原理与维护 篇5

1 UPS不间断电源的工作原理

UPS电源按工作方式可分为后备式和在线式两种。后备式UPS电源在市电正常供电时, 主机上的逆变器不工作, 只是在市电停电时, 才由蓄电池供电, 经逆变器驱动负载。因此它对市电品质没有改变。

而在线式UPS电源却有所不同, 在市电正常时, 它首先将交流电变成直流电, 然后进行脉宽调制、滤波, 再将直流电重新变成交流电向负载供电, 一旦市电中断, 立即改为蓄电池逆变器对负载供电, 因此, 在线式UPS电源输出的是与市电电网完全隔离的纯净的正弦波电源, 它能大大改善供电的品质, 保护负载安全有效地工作。新一代UPS电源带旁路输出功能, 并可组成热备份系统, 以提高系统的稳定性。

2 UPS电源的维护

2.1 为了提高系统的可靠性, 除应正确选用UPS外, 还要认真做好日常维护工作。技术的成熟使UPS电气部分的维护量极小, 主要是蓄电池维护。蓄电池对环境温度要求较高, 工作环境一般要求在20℃~25℃之间, 低于15℃时, 其放电容量下降1%, 而温度过高 (大于30℃) 其寿命就会缩短。目前常用的M型密封式铅酸蓄电池的使用寿命大约为3~5年。

2.2 对于大多数UPS电源来说, 当蓄电池每次放电后, 可利用内部充电回路进行浮充。为保证蓄电池重新置于饱和充电状态, 一般需要充电10~12小时。充电时间不够会使蓄电池实际可供使用的容量远远低于标称容量。在市电电压低于200V时, 部分UPS电源已经不能利用内部充电回路对蓄电池进行饱和充电了。另外, 要防止蓄电池短路或深度放电, 深度放电会造成电池内阻增大甚至失去充电能力, 放电能力越深, 循环寿命越短。

2.3 要避免大电流充放电, 否则会造成电池极板膨胀变形, 使得极板活性物质脱落, 内阻增大, 容量下降, 寿命缩短。因此不能接高耗电设备。

2.4 为保证蓄电池具有良好的充放电特性, 长期闲置不用的UPS电源 (UPS电源停机10天以上) , 在重新开机使用之前, 最好先不要加负责, 让UPS电源利用机内的充电回路对蓄电池浮充10~12个小时后再进行使用。对于不经常停电的地区, 建议用户每间隔3个月左右关闭市电, 让UPS电池对负载放电一次, 以保证电池的活性。电池如果长期没有放电, 不仅会因硫化而降低容量, 还会造成UPS电池瞬间不能输出足够大的电流使负载掉电。一般人为放电只需放出电池组额定容量的30%~50%即可。在放电过程中应避免过大或极小电流放电, 放电电压不得低于蓄电池的终止电压, 避免电池深度放电。放电期间要做好测试记录, 供日后对比。

2.5 不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池组串联在一起, 否则会影响整组蓄电池的性能。同时, 要定期对电池组进行检查、测量、并做好记录。检查项目包括:整组电池的浮充电压, 单体电池浮充电压。测单体电池电压时, 应在电池放电状态下进行, 否则测得的结果会是假电压, 经验做法是在测量时, 万用表两端并联一个1~3欧姆的电阻丝。

UPS电源 篇6

1 EPS电源与UPS电源的概述

1.1 EPS电源的定义

所谓的EPS电源也被人们称之为紧急电力供给系统, 它是当前建筑物中安全用电和消防安全中的一种主要的应急电源设施, 它是由输入输出单元、电池组、监控其等部分组成的。可见, EPS电源的使用主要是为了解决建筑物中的应急照明, 从而达到安全用电、消防保护的作用。其中EPS电源的工作原理主要为:在供电系统在正常运行的过程中, 在电力系统输送切换装置的作用, 来对相关的电力设备进行负荷供电, 而且也可以其中的蓄电池进行电能补偿。然而, 当供电系统出现故障的过程中, 供电系统就可以通过切换装置从而使其达到一个逆变器供电, 从而使得建筑设施在出现突发情况的时候, 可以对相关的电气设备进行应急供电, 其EPS电源的工作原理, 如图1所示。

1.2 UPS电源的定义

UPS电源也被人们称之为不间断电网, 它是一种含有储能设备, 以逆变器为主要内容的不间断电源系统, 它在正常使用的过程中, 主要是通过计算机网络信息技术和其他相关的控制系统设备来进行不间断的供电。使得供电系统在出现故障问题的时候, 可以通过UPS电源内部的储存电能来进行正常的供电, 从而有效的降低了供电系统故障所带来的经济损失。此外, UPS电源的使用还有利于人们的安全用电, 并且对相关的电气设施可以起到一定的保护作用。

2 EPS电源与UPS电源的实际应用

根据当前我国电网环境的实际情况, 我们在对电网系统和设备进行建设施工的过程中, 必须要采用相关的应急保护装置, 来保障人们的用电安全, 从而进一步的降低供电系统故障给人们的生活和工作带来的损失。其中UPS电源和EPS电源的应用, 就很好的解决了这些问题, 进而满足人们日常生活和工作的基本要求。

UPS电源系统主要是在计算机网络信息技术的基础之上来进行的, 它主要是应用在办公设备, 家用电器, 银行、通讯系统以及机房等方面, 从而有效的减少了供电系统故障给人们带来的经济损失, 保障了人们的用电安全。

EPS电源在使用的过程中, 人们主要是将其应用在建筑物的消防处理工作当中, 保障人们的生命财产安全。其应用场所主要为机场、体育馆、图书馆、商场等人口密集的大型公共场所当中。

3 UPS电源在实际中应用的优缺点

(1) 目前在我国电网系统建设和发展的过程中, 由于UPS电源具有结构简单、成本低的特点, 因此得到了人们的广泛应用, 但是在长期使用的过程中, 我们逐渐的发展UPS电源在实际应用的过程中, 其输入电压范围比较窄, 而且对电压的稳定性有着极高的要求, 这就使得UPS电源在使用时, 会受到周围电压环境的限制。

(2) 当前市政电网系统在运行过程中出现故障, UPS电源可以通过自身的转换设备, 来进行逆变供电, 但是UPS电源在使用时, 存在着一定的切换时间, 这就使得无法保证电网系统在出现故障时候, 人们可以通过UPS电源来对其进行及时的供电, 从而给人们带来一定的经济损失。

(3) 目前我们在对供、供电系统进行优化的过程中, 一般都是采用的在线式UPS电源。主要是因为这种形式的UPS电源在处于工作状态的过程中, 可以进行无间断的电能输送, 而且在实际应用的过程中也不会受到电压强度的影响, 其基本上不存在切换时间, 所以在线式UPS电源有着比较稳定的使用效果。此外随着科学技术的不断发展, 人们也将一些先进的科学技术应用到其中, 这就使得UPS电源在实际应用的过程中, 还具有稳压、滤波等使用功能, 从而使得电力系统的工作性能得到了进一步的优化。

(4) 后备式的电压输出有较大的波动, 在170V~260V之间, 采用高速继电器实现市电和蓄电池之间的转换, 转换时间小于10毫秒。在线式始终使用逆变电路工作, 其电压的稳定性高, 基本上在220V±5%范围内, 对蓄电池基本不存在转换时间;与市电旁路转换采用静态开关, 转换时间可以达到微秒级。UPS输出精度高、转换时间快, 同时造价较高 (约为EPS的两倍) , 平时能耗大 (在线式) , 主机寿命较短 (8~10年) 。

4 EPS电源在实际中应用的优缺点

(1) EPS电源优点是电网有电时处于静态, 无噪音, 小于60d B, 不需排烟、防震、防爆处理;而且无公害、无火灾隐患的特点;自动切换, 可实现无人值守, 节能, 供电电网与EPS电源相互切换时间为0.1s~0.25s;带载能力强, EPS适合电感性、电容性及综合性负载的设备, 如消防电梯、水泵、风机、应急照明等;性能稳定, 使用可靠, 主机寿命可达20年以上, 电池1年~10年以上;适应恶劣环境, 可放置于地下室或配电室, 或紧靠应急负载使用场所就地设置, 减少供电线路;对于某些功率较大的用电设施, 如:消防水泵、大型风机等, EPS可直接与电机相联变频启动后, 再进入正常运行状态;可省去电机的软起动和控制箱等设备及装置, 减少投资;应急备用时间可根据需要设置;并可以实现远程集中控制等。

(2) EPS电源缺点是要求用户的电机负载要首先停机, 然后再慢速“变频启动”, 从而造成电机负载工作的“不连续性”;如果后接的几台电机需要在不同的时刻进行“分时启动”操作时, 就会可能遇到这样的技术难题:在启动新的电机时, 当EPS的输功率足够大时, 它可能会承受到5~10倍的电机启动浪涌电流的冲击。否则, 就会迫使EPS重新进入新一轮的“变频启动”工作状态。由此所带来的问题之一是:原来处于正常工作转速的电动, 会被再次拖入转速由0~50Hz的变速启动阶段, 从而给用户的工作带来一定的困扰。EPS是近几年才开始小量生产, 其产品的可靠性还有待于实践的考验。

5 结束语

由此可见, 在当前我国电源建设发展的过程中, EPS电源与UPS电源系统得到了人们的广泛应用, 这就使得供电系统的安全性、经济性以及灵活性都得到了有效的提高。不过, 由于EPS电源与UPS电源在实际应用的过程中, 有时会受到一些客观因素的影响, 而出现质量一些新问题, 因此我们还要在不断的实践中, 对EPS电源与UPS电源技术进行改进和完善, 从而使其各方面的性能得到进一步的提高。

摘要：自我国改革开放以来, 我国国民经济得到了空前的发展, 电力系统相关设备供电可靠性提到了一个更高的高度, 在供电系统运行的过程中, 人们为了保证其电力供电质量与要求, 将许多先进的科学技术应用到其中, 从而使得电力系统的安全性、经济性和灵活性等性能都得到有效的提高。而目前, 我们在对供电系统进行控制管理的过程中, 为有效提高重要设备供电的可靠性, 一般都是采用的EPS电源与UPS电源来对其进行管理, 这样就使得供电系统的使用功能得到很好的提升。本文首先通过对EPS电源与UPS电源的相关内容进行概述, 其次讨论了EPS电源与UPS电源的实际应用, 最后对EPS电源与UPS电源在应用中存在的优缺点进行简要的介绍, 以供参考。

关键词：EPS电源,UPS电源,实际应用,优缺点

参考文献

[1]陈小冬.基于TMS320 DSP的动态不间断电源UPS的研究[D].杭州电子科技大学, 2012.

[2]吴杰.适合可再生能源接入的移动应急电源控制系统设计[D].上海交通大学, 2011.

UPS与开关电源应用场景的分析 篇7

在实际工程中, 经常遇到工程师将UPS (带有外置蓄电池) 和开关电源 (电源模块) 混淆使用, 为了减少通信安全事故, 故写此篇来详细研究两种电源系统的放电过程的特性。

1 UPS电源系统、开关电源系统的工作原理, 在通信系统中的作用

(1) 为了便于理解UPS电源系统 (电池外置) 的内部构造, 通过图-1来示意。

UPS (Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply) , 即不间断电源, 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, 主要用于给电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时, UPS将市电稳压后供应给负载使用, 此时的UPS就是一台交流市电稳压器, 同时它还向电池充电;当市电中断 (事故停电) 时, UPS立即将电池的电能, 通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电, 使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

(2) 为了便于理解开关电源系统 (电池外置) 的内部构造, 通过图-2来示意。

开关电源是利用现代电力电子技术, 控制开关管开通和关断的时间比率, 维持稳定输出电压的一种电源, 开关电源一般由脉冲宽度调制 (PWM) 控制IC和MOSFET构成。其功能是将电能质量较差的原生态电源 (粗电) , 如市电电源或蓄电池电源, 转换成满足设备要求的质量较高的直流电压 (精电) 。

(3) 二者区别与联系

从表中可以清楚的得知:UPS和开关电源的电能来源、输出在任何状况都是一样的。貌似看不出二者有何区别, 所以就造成很多工程师把二者当做同一个设备了。

在工程中, 有工程师将UPS (外置蓄电池) , 当做整流设备使用, 具体连接方式为:将UPS的输入连接在市电上, 将UPS输出 (辅) 同时连接在蓄电池和通信设备上, UPS的输出上不接任何设备。具体连接入图3。

现我们就这种连接进行如下分析:

设定设备的功耗为60W, 且电池始终输出功耗为60W固定不变。市电未停的时刻, 设备输入端电压、电流分析:

从图中可以看出市电停止的后, 电压逐步降低, 为了设备能保持正常工作, 电流必须持续升高, 因为此时的设备是直接接着电池, 未经过UPS的限流电路 (即设备与蓄电池直接连接) , 势必造成设备的电流无限升高, 造成线路过热, 设备烧毁、电池过放电损坏。

如果采用正确的整流器供电, 则市电停了的结果是:10小时的时候, 开关电源的LVD自动断开供电, 从而保护蓄电池过放电, 也保护了电源线、设备的安全。

2 故障浅析

我们要想真正的弄明白二者的区别, 需要从蓄电池与二者的连接位置, 以及二者在市电故障时, 电流的变化曲线图来分析。

将UPS用做整流器的全过程分析:

设备初次加电后, UPS对外输出的电流有两个方向:一个是流向蓄电池, 另外是流向设备, 随后启动设备, 设备正常运行, 用户认为这样连接是正确的, 其实这种用法, 设备启动初期, 因为市电未出现停电, 貌似能正常运行, 实际上掩盖了很严重的安全隐患。

(1) 设备未经过限流, 限压电路, 直接与蓄电池对接, 很容易出现电流过大, 造成设备烧毁, UPS过载的隐患。

(2) 当市电停的时候, 蓄电池未经过最低电压保护电路, 每次都是出现过放电的情况, 蓄电池很快就会损毁、且很容易出现电流过大, 造成设备烧毁的隐患。

(3) 因为最初UPS设计的时候, UPS主机到蓄电池之间的线径是按照只有蓄电池的电流经过考虑的, 而实际的用法中, 这段电源线在市电二次来的时候, 经过此段电源线的电流是蓄电池充电电流与设备工作电流之和, UPS主机的直流端口很容易出现电流过大, 造成UPS设备烧毁隐患。

(4) UPS交流输出端, 始终处于空载状态, 会浪费交流电路的无效功率。

3 结语

从上文我们不难看出, 整流柜 (模块) 与UPS的功能是完全不同的, 决不能乱用, 错用。

摘要：通信电源作为通信系统的“心脏”, 它包含的内容非常广泛。在实际的通信工程中, 我们会发现UPS与开关电源应用混乱的情况时有发生, 给通信安全有较大的隐患。本文将UPS与开关电源二者的区别进入深入的分析和探讨。

关键词：UPS,开关电源,网络安全

参考文献

UPS电源 篇8

大功率在线式UPS的基本原理是把交流电整流成直流电，让直流电对电池组充电，同时，再把直流电逆变成交流电对负载供电，配合不间断的静态旁路开关，实现负载不间断的供电。通过UPS的保护，还可以净化电源，消除市电的浪涌干扰和波动干扰，提高负载设备的供电质量。UPS采用的大功率器件的稳定性以及控制电路的可靠性，直接关系到UPS的性能。梅兰日兰GALAXY PW系列UPS采用的是第三代大功率IGBT（绝缘栅双极形三极管），具有高功率、低功耗、高速开关、低驱动功率和高可靠性的优点。输出控制采用负反馈脉宽可调的控制方式，实现较高的频率、相位稳定精度的要求。梅兰日兰UPS的控制系统采用全数字化动态信号处理DSP(Digital Sign Processor)控制技术，达到32位的数字器件和10ns的运算速度，获得快速、精确的跟踪能力，使得控制更准确、更可靠。整流器、逆变器、静态旁路和通信接口均使用独立的CPU控制，采用多重总线进行数据交换，降低了各控制电路板之间的兼容性要求，减少了用户的维护成本。整机的平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failures）可达到20～30万小时。

广播电视安全播出的需要，要求不见断、高可靠、高质量的供电保障，UPS在整个供电环节就显得尤为重要。我们在原有一台梅兰日兰GALAXY PW 60KVAUPS前提下，增加一台同型号的UPS，采用单机冗余并联连接，连接方式如图1。

两台UPS并机运行，共同对负载供电，静态开关具有冗余备份，令UPS具有两倍的过载能力。冗余并联可消除瓶颈故障点，进一步提高UPS的可靠性，把UPS的平均无故障时间（MTBF)提高了一个数量级；提高负载的过载和耐冲击的能力，从空载到100％负载阶跃变化时对输出电压的影响更小；提高了三相不平衡的承载能力；在并联系统中的一台UPS发生故障或者维修时，负载仍能保证由UPS供电，可做到脱机维修，这是提高并机系统可靠性的

关键所在。梅兰日兰UPS要求并机的UPS必须型号相同、功率相同，并且必须处理和控制好并机过程中相关的问题

和注意事项。下面我们从几个部分来探讨UPS并机过程中的一些问题和处理。

1、输入整流部分

（1）UPS的输入电流控制保护和输入相序要求

我们执行的是三相五线制的TN-S标准，A、B、C三相为正相序输入，N线和PE地线分开，并把PE线可靠连接到等电位接地体，防止高能雷电的浪涌干扰。梅兰日兰UPS的输入整流部分，采用的是六脉冲桥式硅堆整理电路，可设置延时启动，避免多台UPS同时启动冲击配电系统，尤其是冲击是发电机组。整流器/充电器的延时启动和电流的斜坡启动，时序波形如图2，通过可控硅导通角的控制，逐步增加输入电流，可实现整流器/充电器的输入限流，避免对发电机组造成冲击，有利于发电机组的平稳运行，在发电机组的功率不够时，可减少充电电流，或者自动让电池放电，补充不足的能量，使发电机组平稳运行，并延长整个系统的供电时间。

输入时序控制和斜波启动的设计，必须确保三相输入为正相序。反相序会造成整流器启动时，瞬间相电流过大，为了保护整流电路，会烧毁输入端的精密电流保险器，同时，也要求UPS在开机的时候必须延时10秒钟，等整流电流平稳之后，再启动逆变器。输入端的另一个问题是输入电路振荡而产生的谐波问题。梅兰日兰UPS采用的大功率的整流硅堆和直流滤波电容，会造成输入波形振荡，表现出来的就是输入端的高次谐波。

（2）抑制谐波失真，减少对前端供电设备及电网的影响

因为整流和振荡的原因，UPS系统会在电源输入端产生多次谐波，输入电流波形图如图3，标准的50Hz的正弦基波，因为多次谐波的叠加，造成输入电流波形歧变。从谐波分量图可以看出，其中影响较大的是五次谐波和七次谐波分量，五次谐波的幅度达到基波的55％左右，七次谐波的幅度达到基波的30%左右。谐波电流的危害会造成电网电压的失真度升高；中线电流有效值升高；补偿电容中电流增大；控制电路出现干扰等问题，谐波的影响还会增加无功功率，造成输入功率因素下降。两台UPS并联后，谐波分量也会叠加，将对供电电网造成影响，特别是当发电机供电的时候。因为交流发电机的阻抗大于变压器阻抗，交流发电机的输出瞬态阻抗表示为 X″d，对于第n谐波，交流发电机表现出的阻抗将变为n倍的X″d，所以过大的高次谐波会致使发电机发热过载。如果UPS负载较大，从投资和应用角度来看，有效的抑制高次谐波显得尤为必要。

梅兰日兰公司相应的谐波抑制选件，一般的方法有无源谐波滤波器和有源谐波滤波器，无源的谐波滤波器采用的是LC电路，只能消除某次谐波电流，成本低，但滤波效果较有限。一般选用的是有源谐波滤波器，基本原理是把有源谐波调节器与电源和非线性负载并联连接在一起，通过快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform）方法进行谐波的采样，然后提供一个谐波电流，此电流与被负载消耗的谐波电流总量相当，可以用来补偿所有的谐波（包含各次谐波），也可以针对几个特定的谐波进行补偿；这种调节器甚至可以自动地去消除几个不稳定的谐波或产生系统谐振的谐波次数。通过无功功率补偿与谐波电流补偿的结合，通过有效的调节配置，可以使负载的总功率因数提高到接近1，提高自备发电机的可靠性。在负载功率较大的情况下，可选用梅兰日兰SineWaveTM 和 SineWave PCSTM 系列有源谐波调节器，作为谐波抑制和功率补偿。

2、逆变输出部分

减少并机UPS的环流，均分负载，提高并机效率和可靠性。并联的UPS必须在同一电网供电，在这种情况下，UPS的逆变器永远在跟踪旁路的市电，由于这些UPS都在跟踪同一路市电，也就相当于在相位上跟踪。这些UPS在频率和相位上都是一致的，虽然可以并联，但这种并联并不保险，主要原因如下。虽然它们都在频率相位上跟踪旁路，但在相位上有超前和落后之分，一般大容量UPS的相位跟踪误差为±3度，如果这两台并联的UPS一个为＋3度，另一个为－3度，那么它们两个并联后都有可能在相位上差6度，这就可能使输出电压相差二十几伏，将会在UPS输出端造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。另外，虽然是同型号、同规格的UPS逆变器，但逆变参数和变压器参数的微小差异会导致输出电压不一样，比如一个218V，另一个221V，也将在UPS输出端造成很大的环流。以上两方面的差异都会导致输出电压的不一样，一方面形成环流，另一方面两台UPS向负载输送的电流也不一样，很可能造成一台过载的，以上两项指标虽然可以通过调整而达到基本一致，但随着UPS的时间和工作参数的变化，这种平衡很快就会失去，所以说，不加任何措施的UPS并联系统，其可靠性不一定比单台UPS高，甚至还要低。并联连接要解决的关键问题是处于并机状态的两台UPS逆变器，应在同时同步跟踪交流旁路电源的条件下，满足同幅度、同频率和同相位的要求，以达到均分负载和环流为零的目的。

UPS并联连接方式还有一个重要的指标就是电流均分，也就是说必须保证并联的每台UPS的输出电流是总输出电流的1/N，两台UPS并机连接，就要求两台UPS的输出电流相等，至少其相互之间的最大不平衡度要求要在要求的范围之内（一般小于2％）。

梅兰日兰PW 系列UPS对减少环流和负载均分的处理，采用负载同步跟踪方式来实现，设置一台作为导航机，让导航机的逆变输出控制跟踪静态旁路的市电的相位和频率，其他并机的UPS通过通讯板和高速通讯线路跟踪导航机的逆变输出，从而确保两台UPS输出相位、频率和幅度控制在标准范围之内。为了消除跟踪的瓶颈故障点，并机的UPS系统还具有互为跟踪的同步功能，即谁优先跟踪市电，谁就作为导航机，其逆变器输出为另一台UPS跟踪。同时采用电压负反馈、电流前馈、电流局部循环等技术，提高并机UPS的承载能力，实现精确的电流与负载均分。

3、 电池维护部分

在正常工作时，电池一直处于浮充状态。如果长时间不让电池放一部分电能，对电池正常化学反应不利。建议每月人为地放电一次，让电池放掉的电能最好占电池组总容量的20～30％。这样做是为了激活电池的惰性，恢复电池的储能容量。任何一节电池故障都可能造成UPS后备显示时间的失真，定期了解电池组的工作状态，通过放电测试，可以了解电池组的放电特性，如图4，从图中我们可以看出并机的两台UPS二十分钟的放电特性，两台UPS的电池的型号不同，使用寿命不同，表现出来的放电特性也不一样。在测试负载一样的情况下，可以比较出电池放电时的恒压能力，从而也反应出电池组的性能，恒压能力越好，电池组的性能也就越好。如果放电时间越长，表现出来的放电特性差异将会越明显。

4、其他注意事项

根据UPS对大多数用户负载需求的设计， 适当的负载才能提高UPS的工作效率，效率和功率关系图如图5，负载在达到满载的25％左右，效率可达到91％。在改造前后，负载不变的情况下，并机的两台UPS均分负载，相当于单台UPS的负载减少了一半，应该确保负载达到25％以上，有助于提高UPS的工作效率，高效率可减少因自身损耗而产生热量，提高转换效率，有利于冗余并联和长期运行。

确保并机UPS正常的运行并达到最佳的工作状态，定期的维护保养是必须的。UPS是精密的电源设备，发热量大，通过大量的散热风扇冷却，灰尘颗粒随气流流动，会造成精密电路板上大量的灰尘颗粒附着，时间久了或者室内湿度变化都可能引起UPS的不稳定。定期的维护可以清理附着的灰尘，定期了解两台UPS的工作状态和老化程度，定期观察每台UPS的参数，适当的调整UPS的输出参数和分担的功率，减少两台UPS因为器件差异而产生的环流，提高并机UPS的可靠性。

UPS不间断电源工作原理及应用 篇9

国电新疆艾比湖流域开发有限公司—刘晓伟

摘要：本文介绍了UPS电源系统的基本组成，原理及特点，并对如何对其全面、完善维护做了详细的阐述。

关键字：UPS 储能电池、工作原理、维护

一、引言

保证任何情况下的正常供电，是水电行业的重要基础。为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，虽说各企业配臵的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。

二、UPS电源系统

UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量。

2.1电源工作原理

2.1.1 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

2.1.2 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。

2.1.3 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。

2.3电源工作过程

当市电正常380V时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220V交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。

三、UPS电源系统的维护

(1)UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。

(2)虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。

a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。

b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。

c.日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。

d.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。

(3)当UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。

(4)对主机出现击穿，断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。

(5)当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。

四、结束语

UPS电源 篇10

近几十年来,我国通信业发展迅速,覆盖了全国绝大多数地区,已经成为人们现代生活密不可分的重要组成部分。电源作为通信网络的“心脏”,对保障通信网络的安全可靠运行起着至关重要的作用。

1 通信电源的三级划分

电源系统可靠性是确保通信系统正常运行的首要条件,为了确保可靠的供电,由交流电源供电的通信设备需要采用交流不间断电源(UPS)。某些通信设备对交流电源的电压和频率指标要求很高,也需要由交流不间断电源(UPS)供电。通信电源可以分为三级,第一级电源为交流基础电源,保证能源供给,但不能保证不间断。直流电源和交流不间断电源(UPS)为第二级电源,主要保证不间断供电。第三级电源为二次电源,主要提供通信设备内部各种不同交、直流电压的要求。

综上可知,在通信电源系统中引入UPS是为了以优良的供电质量向负载连续供电,从而提高供电系统的可靠性和质量。因此,UPS的性能优劣及其可靠性就显得十分重要。

2 通信用UPS电特性要求

通信行业标准对通信用UPS的电气性能技术要求如表1所示:

在实际设计和配置UPS时,可根据负载特性、电网以及对UPS的具体要求,来确定选择侧重的电气性能指标。

3 典型UPS的组成及特点

UPS的较早形式由整流器、电池、直流电动机、柴(汽)油机、飞轮和发电机组成,飞轮为储能装置,称为动态式UPS。其维护简单,比较稳定,但系统庞大,操作不便,效率低,噪声大,电力品质不高。

随着技术的进步,动态式UPS逐渐被蓄电池做储能装置的UPS所取代,称为静态式UPS,因其具有一系列优点而成为主流,由整流器、充电器、蓄电池、逆变器、静态开关和手动维修旁路开关组成,结构如图1所示。

根据运行原理和结构不同,可以分为后备式UPS、互动式UPS、双变换式UPS、Delta变换式UPS等四种类型。

3.1 后备式UPS

后备式UPS对市电进行简单的升降压及滤波处理后直接供给负载,当输入电源不符合要求时才由电池供电,绝大多数时间内负载使用的是市电或经简单处理后给负载供电。具有成本低、部件少、体积小、效率高等优点。但市电/电池供电转换时间约4～10ms,输出精度低、输出波形差、输出波形为方波,适用于单台计算机系统的断电保护。

3.2 互动式UPS

互动式UPS,当市电正常时,供给负载为改良了的市电;市电故障时,负载完全由电池逆变供电。双向变换器既可当逆变器,又可作为充电器给蓄电池供电。市电正常时逆变器处于热备份状态而作为充电器给电池充电,故又称为在线互动式UPS,此时其工作效率可达98%以上。具有输出能力强,不对电网产生谐波干扰等优点。但输出电压精度和稳定度比较差,能满足一般负载的供电要求。

3.3 双变换式UPS

双变换式UPS的电路结构如图1所示,这是10kVA以上功率范围的电源最常用的UPS类型。不管有无市电,负载的全部功率都由DC/AC逆变器提供,能够保证高质量的电源输出。市电掉电时,输出电压不受任何影响,没有转换时间,具备典型的在线式UPS功能。能够彻底解决市电停电、电压波动、频率不稳、波形失真及电压干扰等所有输入电源的问题。可以作为通信局(站)或者关键性负载的首选电源。

由于负载功率100%都由逆变器负担,因而UPS的输出能力不理想,对负载提出限制条件。而且,其可控输入整流器决定了UPS输入功率因数低,无功损耗大,输入电流谐波成分大于30%,对电网产生很大的污染。

3.4 Delta变换式UPS

Delta变换式UPS把电网调节技术中的串并联有源滤波技术应用到了UPS电路结构中,适用于功率范围5kVA到1.6MW的应用领域。它始终由逆变器提供负载电压,故有高性能输出特点。而且,Delta变换器也向逆变器输出供电,克服了双变换式UPS对电网产生污染和输出能力差的固有缺点。

其优点在于过载能力、输出电流峰值系数、输出功率因数等都得到了提高。但是,当市电存在时,Delta变换器承担的最大有功功率为额定的20%左右,而两个变换器承担的无功功率可能为输出功率的1倍。效率是个可变量,只有市电输入为额定值,负载为线性负载时,效率才达到最高值。当输入停电甚至出现短路时,Delta变换器将进入保护状态,若保护失效,则故障将是毁灭性的。事实上,电网停电或短路时有发生,相比之下,双变换式却不会出现此现象。

4 通信用UPS的设计

综合上述各种结构UPS性能的优劣,结合应用实际。我国通信用UPS几乎全部为双变换结构,为保证系统可用度,通常采用多个双变换单机UPS组成适当的冗余。在通信电源系统的实际应用中,设计UPS系统时主要包括以下几个方面的内容:前级供电系统、UPS容量计算、冗余配置等。

4.1 前级供电系统

UPS向负载提供电压稳定、频率稳定、波形失真度小的高质量电源,且保证实现无间断供电,其前级供电质量很重要。

前级供电系统电源电压及频率要稳定在正常范围内,通常大容量UPS主机输入电压范围为380V±15%。电压过低将使UPS后备蓄电池频繁放电,缩短蓄电池的使用寿命。电压过高则容易引起逆变器损坏。而且如果前级电压变化范围过大,会导致逆变器和旁路电源之间的切换被禁止或有间断。

在UPS供电系统中不应带有其他频繁启动的负载,否则其开、闭会出现瞬间高电压或低电压,导致供电线路上电压波形失真过大,造成UPS市电旁路供电与逆变器供电转换控制电路误动作,进而引起同步控制电路故障。

大多数通信用UPS都备有发电机组,以解决较长时间停电时的供电问题。在配置发电机组时,其容量不低于UPS额定输出功率的1.5～2倍,以保证发电机输出电压、频率正常,并改善其波形失真度。

4.2 UPS容量的计算

通常UPS的容量首先要满足当前负载的需要,同时也要考虑负载性质对UPS输出功率的影响。UPS电源实际可带负载量受负载功率因数的直接影响,对不同的负载功率因数要进行功率折算,UPS容量不宜过大或过小,还应考虑扩容的需要。

在计算UPS容量时,所有共用1台UPS的用电设备额定功率总和即为总负载功率P。UPS的最佳运行负载裕量百分值称为裕度,一般裕度m的值取20%为宜。考虑到通信行业的特点,功率因数PF取为0.9～0.95。则可以根据负载大小来确定UPS的容量S。

式中:———UPS容量(kVA);

P———负载有功功率(kW);

PF———负载功率因数;

m———裕度。

如果以PF取为0.9～0.95,m为0.2,则S=(1.3～1.4)P。可见,在确定UPS容量时,应按照所有负载功率总和的1.3～1.4倍来设计。

4.3 UPS冗余配置方式

提高UPS系统可用性问题的根本办法是采用多个双变换单机UPS组成冗余。UPS冗余主要有并联冗余、备用冗余、主—从串联冗余和分布冗余等几种形式。

并联冗余UPS由两个或多个单机UPS组成,各单机UPS的输出并联到一个公共的配电系统。系统一般按照个单机UPS配置,其中个单机就足以满足系统的全部负载用电,再增加一个作为备用。

备用冗余UPS的两个UPS中有一个是主用,另一个是备用。正常时两UPS同步运行,只有主用UPS为负载供电,备用UPS空载运行。当主用UPS故障时,转换为备用UPS供电,故障的主用UPS与负载断开。其控制电路简单,但主用UPS向备用UPS转换时,备用UPS要承受100%额定阶跃负载,故对逆变器的动态性能要求较高。

主—从串联冗余UPS由两个单机UPS按照串联方式连接,一个是主UPS1,另一个是冗余UPS2。冗余UPS2的输出直接与主UPS1的旁路输入端连接。当主UPS或冗余UPS需要进行维护时,负载可由另一台UPS供电,此时负载仍可与市电电源和各种干扰隔离。

在实际运用中,UPS输出端至负载之间的配电电路往往产生故障。为了既保证UPS输出端的电源可靠,又保证负载输入端的电源可靠,设计了分布冗余UPS。其目的是将电源系统的冗余扩展到每一个负载设备,使电源系统的冗余尽可能接近负载设备的输入端。它有两个独立的UPS,每个独立的UPS都能为全部重要负载供电,构成双母线供电系统。每个UPS系统的输出功率总容量都大于或等于系统负载总容量。通过适当的配电电路,可以为单电源输入和双电源输入的各种负载设备供电。分布冗余除了提高系统的可靠性外,还可使系统在线维护和扩容升级变得容易。

摘要：随着通信技术发展,对电源提出了越来越高的要求,本文介绍了通信电源的三级划分方法以及不间断电源(UPS)的重要性,通过分析各种类型UPS的性能特点,提出了在设计通信用UPS时的前级供电系统、UPS容量计算以及冗余配置的基本思路和方法。

关键词：通信电源,UPS,双变换式,可用性,冗余配置

参考文献

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