隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的逐漸普及，特別是互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的日趨擴(kuò)大，UPS在網(wǎng)絡(luò)與電子商務(wù)飛速發(fā)展的年代里迎來了它的黃金時期。網(wǎng)絡(luò)時代的UPS產(chǎn)品已經(jīng)由獨立的外設(shè)產(chǎn)品發(fā)展成為整個計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可分割的一部分。與此同時對UPS自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的要求也越來越高，這種需求為UPS的蓬勃發(fā)展奠定了基礎(chǔ),并為UPS提供了廣闊的使用空間。

二、UPS概述

1、UPS基本功能

高可靠不間斷供電、高質(zhì)量供電――――錯誤概念――――電網(wǎng)問題

2、分類

3、幾種結(jié)構(gòu)形式UPS的基本原理及特點

（1）后備式

后備式UPS如圖所示，是靜止式UPS的最初形式。其應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，電路簡單，價格低廉，一般只適用于小功率范圍。

后備式UPS

（2） 在線互動式

在線互動式UPS如圖所示?！霸诰€”的含義是逆變器工作，但不輸出功率，處于熱備份狀態(tài)，同時兼顧對蓄電池充電，增大了UPS在市電正常時的功率容量，并且減少了在市電中斷時的轉(zhuǎn)換時間，提高了輸出電壓的濾波作用，屬于并聯(lián)功率調(diào)整方式，輸出功率多在5kVA以下。

在線互動式UPS

（3）雙變換在線式

雙變換在線式UPS如圖所示。傳統(tǒng)雙變換在線式，特別是大功率UPS，目前仍多采用這種電路結(jié)構(gòu)，屬于串聯(lián)功率傳輸方式。

雙變換在線式UPS方框圖

三、UPS配置

（一）UPS的選型

1、選擇UPS的若干考慮：

根據(jù)自己的要求和可能，一般考慮三個因素

產(chǎn)品的技術(shù)性能

產(chǎn)品可維護(hù)性

產(chǎn)品價格

2、負(fù)載容量、功率因數(shù)對選型的影響

3、電池后備時間對選型的影響

4、集中與分散供電方案對選型的影響

（二）如何考慮UPS的容量與連接方式

1、容量：根據(jù)負(fù)荷量確定，為延長UPS使用壽命，一般推薦負(fù)荷量占UPS輸出功率的60～70％為宜。且盡可能選用單臺大容量UPS。

2、連接方式：為確保供電可靠，可采用冗余配置

主從“熱備份”冗余

“1＋1”型直接并機(jī)冗余

多機(jī)直接并機(jī)冗余

（三）選擇UPS的注意事項

1、不要簡單地以結(jié)構(gòu)形式確定優(yōu)劣

2、重視UPS對電網(wǎng)的適應(yīng)性與電力污染問題

3、重視對UPS輸出能力和可靠性的考察

（四）容量計算

1、UPS系統(tǒng)容量估算

式中n（安全系數(shù)）取1.2～1.5，m（余量系數(shù)）取1.15～1.2。

2、油機(jī)發(fā)電機(jī)組容量選擇

油機(jī)發(fā)電機(jī)組容量一般為UPS系統(tǒng)容量的1.2～1.5倍。

3、蓄電池組容量估算

（1）計算電池放電電流

（2）計算電池組容量

K為容量系數(shù)，與用戶要求的放電時間T有關(guān)，如表1-2所示。

表1-2 容量系數(shù)K與用戶要求的放電時間T關(guān)系

四、UPS發(fā)展

1、小型化。

由于功率器件的工作頻率的提高，在UPS中采用體積更小、重量較輕的高頻鐵氧體磁芯變壓器來代替硅鋼片變壓器，特別是在小型UPS電源中普遍采用無逆變器輸出變壓器設(shè)計方案后，使得小型UPS得以向體積小、重量輕、噪音小的方向發(fā)展。

2、高效率。

節(jié)能；壽命。永恒的話題

3、引用柔性切換技術(shù)。

為了有效的提高效率，減少UPS的尺寸與重量，高頻化設(shè)計式必要的。但由于開關(guān)元件的非理想性導(dǎo)致進(jìn)一步高頻化的困難。主要表現(xiàn)在：

（1）在開關(guān)器件導(dǎo)通和斷開過程中，電壓電流重疊產(chǎn)生開關(guān)損耗，即開關(guān)損耗隨開關(guān)頻率的提高而增大；

（2）電路的寄生電感和寄生電容在高頻時產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓尖峰(spirevoltage)和浪涌電流(surgecurrent)。尖峰電壓和浪涌電流將導(dǎo)致開關(guān)應(yīng)力增大，有可能損壞開關(guān)器件，是電源噪聲的主要來源。一般需要接入吸收回路加以消除，但吸收回路會消耗能量，降低電源的效率。

實質(zhì)上，高頻化時需要著重解決的問題是：實現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓或零電流開關(guān)條件，即引用柔性切換技術(shù)（軟開關(guān)），以盡可能減小開關(guān)損耗，消除開關(guān)浪涌。柔性切換技術(shù)按切換時開關(guān)的狀態(tài)可分為ZCS、ZVS及ZCS_ZVS，以其被肯定的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于高頻開關(guān)整流器，相信在不久的將來會被廣泛應(yīng)用于UPS。

4、UPS的綠色化　　　　

輸入功率因數(shù)是一個重要指標(biāo)。提高此項指標(biāo)不僅可以降低線路損耗，節(jié)約電能，消除火災(zāi)隱患，還可以減少對市電的諧波污染，提高市電的供電質(zhì)量，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。傳統(tǒng)提高輸入功率因數(shù)的方法為無源功率因數(shù)校正技術(shù)，而現(xiàn)在發(fā)展為采用配置有輸入功率因數(shù)校正的高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，采用這種技術(shù)的UPS輸入功率因數(shù)一般都可被提高到0.99以上，可使UPS電源的輸入電壓和輸入電流在幾乎同相位的條件下，其輸入電流波形也呈現(xiàn)為正弦波。這樣，就可在大大提高對電能利用率的同時，消除傳統(tǒng)的UPS電源對市電電網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波干擾和污染，加強(qiáng)抗電磁干擾能力，降低輻射干擾，從而引出綠色無污染UPS的新概念。此外，高頻脈寬調(diào)制技術(shù)在UPS的整流濾波電路上的利用，大大提高了UPS電源對市電電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力。傳統(tǒng)的UPS允許的市電電壓的范圍可以波動20%，然而采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)的UPS的市電輸入范圍可達(dá)25%左右。

5、冗余技術(shù)　　

在UPS的應(yīng)用中，用戶為了提高運行中的可靠性，往往要求幾臺UPS冗余連接。UPS的冗余數(shù)目，從理論上講是是否越多越好，但在實際應(yīng)用中并非如此簡單，單輸出均流這一項指標(biāo)就帶來好多問題。在三相UPS中，若作到均流，就必須保證并聯(lián)的各UPS的對應(yīng)相電壓和相位保持在一個最小的誤差值，并聯(lián)臺數(shù)越多，越不易達(dá)到一致，即使當(dāng)時達(dá)到了一致，隨著時間的推移、溫度的變化，塵埃的侵入，器件的老化，冷卻系統(tǒng)造成的振動以及濕度和腐蝕性氣體的破壞等等因素都時刻在破壞著這種平衡，當(dāng)并聯(lián)臺數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，可靠性開始降低，這就是從量變到質(zhì)變。單從理論推導(dǎo)出來的結(jié)論是在一定的理想條件下作出的，它和實際一直在變化著的情況是有距離的?！　?/SPAN>

就目前的UPS制造技術(shù)和工藝水平而言，已可使UPS的故障率大大降低。例如：中、小型UPS平均工作時間（MTBF）已做到5～14萬小時，對大型UPS而言，它的MTBF可達(dá)24萬小時以上。然而，即使對于這樣高質(zhì)量的系統(tǒng)，也不能確保它的故障率為零。在UPS中可采用具有容錯功能的冗余配置方案來解決這個問題。所謂“容錯”特性，是指在整個UPS供電系統(tǒng)中，如果因故造成個別機(jī)器出故障時，該UPS供電系統(tǒng)自動將有故障的機(jī)器“脫機(jī)”進(jìn)行檢修的同時，整個UPS供電系統(tǒng)必須繼續(xù)向用戶提供高質(zhì)量電源。由于在冗余式UPS供電系統(tǒng)中，采用了多臺UPS組合起來共同承擔(dān)向負(fù)載供電的任務(wù)，因此如何正確地解決好多臺UPS輸出的交流電源以同頻率、同相位和同幅度的方式運行是能否成功地實現(xiàn)多臺UPS冗余供電的關(guān)鍵。就目前所掌握的資料來看，有如下幾種冗余配置方案可供選擇：主機(jī)－從機(jī)型的“熱備份”UPS供電方式；直接并聯(lián)供電方式；雙總線冗余供電方式。

6、全數(shù)字化　　

　模擬系統(tǒng)存在元器件數(shù)量大、分散性強(qiáng)、不利于生產(chǎn)與調(diào)試的缺點，且具有漂移、老化等不良特性，系統(tǒng)可靠性難以提高。而高檔微處理器和數(shù)字信號處理器（DSP）的數(shù)字化控制，則具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)、邏輯運算能力，可以實現(xiàn)一些復(fù)雜的算法和智能算法，這些功能在模擬系統(tǒng)中是不敢企及的。

功率MOSFET及IGBT的問世為UPS開拓出一條光輝燦爛之路，使UPS技術(shù)步入嶄新的時代——全數(shù)字化時代。 　　　　

首先,UPS的輸入部分取消了用于與市電隔離的工頻變壓器或為降壓用的自耦變壓器,而采用SPWM技術(shù)實現(xiàn)整流高頻化（AC/DC）。一方面減少直流側(cè)濾波器尺寸，改善直流側(cè)調(diào)節(jié)性能,提高市電電壓允許變化范圍；另一方面在控制技術(shù)中采用數(shù)字信號處理器DSP （DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）控制，使輸入電流正弦化，并與市電電壓同相，從而實現(xiàn)UPS高輸入功率因數(shù)（PF≈1），消除對市電的諧波“污染”，達(dá)到環(huán)保目的，大幅度減少無功損耗，明顯降低了運行成本?！　　　∑浯?，取消了UPS逆變器中的工頻變壓器，用高頻變壓器來實現(xiàn)UPS與市電的隔離，而UPS的輸出級采用SPWM變換方式(不用變壓器直接逆變)輸出工頻電壓。逆變器中的功率MOSFET或IGBT工作頻率在20KHZ以上，因此輸出濾波器小而簡單，而且輸出的正弦波非常光滑?！　　　?/SPAN>

對于UPS內(nèi)部的蓄電池組采取高頻變換降壓方式（DC/DC）充電，當(dāng)市電停電，UPS轉(zhuǎn)換為由蓄電池給逆變器供電時亦采取高頻變換降壓方式（DC/DC）實現(xiàn)?！　　　?/SPAN>

在逆變器控制電路中采用正弦波直接反饋技術(shù)，使其調(diào)節(jié)高速化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)式模擬反饋技術(shù)，再加上小的輸出濾波器和20KHZ以上的SPWM調(diào)制，使UPS動態(tài)響應(yīng)特性非常好。在逆變器保護(hù)電路中采用性能優(yōu)良的過流保護(hù)技術(shù)，使逆變器不僅具有較強(qiáng)的過載能力，允許100％負(fù)載不平衡（指三相逆變器），而且具有強(qiáng)有力的自身保護(hù)。也正是在上述條件保證下，拋棄了傳統(tǒng)式逆變器輸出變壓器，不僅噪音低而且效率高。全數(shù)字化UPS是新一代UPS，它具有高質(zhì)量、高可靠、高指標(biāo)、多功能等特點。

DSP技術(shù)的優(yōu)勢在于具有良好的自我診斷功能，能迅速地排除故障，大幅度地減少零件的數(shù)量，從而大大降低因元器件而造成的系統(tǒng)故障，提高其可靠性，并且運算控制更簡單、準(zhǔn)確、，同時DSP技術(shù)的引入也極大地推動了并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。采用數(shù)字控制的系統(tǒng)則很容易實現(xiàn)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊，可以通過網(wǎng)絡(luò)對關(guān)鍵器件進(jìn)行有效的監(jiān)視，對已發(fā)生的故障有冗余措施處理。隨著高速、廉價的數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，在線式UPS全數(shù)字化的實現(xiàn)已經(jīng)成為可能。全數(shù)字化更易實現(xiàn)計算機(jī)的處理和控制，避免模擬信號傳遞的畸變、失真，減少雜散信號的干擾，便于軟件包的調(diào)試和遙控，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。由于將網(wǎng)絡(luò)通訊和電源監(jiān)控軟件調(diào)控技術(shù)進(jìn)行了完善的結(jié)合，全數(shù)字化在線式UPS將成為UPS發(fā)展的一種趨勢。

7、智能化UPS 　　　

　UPS的智能化包括系統(tǒng)運行狀態(tài)自動識別和控制、系統(tǒng)故障自診斷、蓄電池自動監(jiān)測管理、智能化內(nèi)部信息檢測與顯示等。UPS的異地遠(yuǎn)程監(jiān)控包括系統(tǒng)專用遠(yuǎn)程監(jiān)控控制盤、RS232/485通信口與監(jiān)控PC機(jī)間的交互控制、將UPS系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)交互控制等。 　　　

　UPS的智能化主要是通過系統(tǒng)的控制軟件實現(xiàn)的。在系統(tǒng)運行狀態(tài)識別與控制方面，通過內(nèi)部傳感器和狀態(tài)邏輯及時識別系統(tǒng)所處的運行狀態(tài)，判定系統(tǒng)運行程序和運行是否正常，主要包括以下幾個方面：　　

根據(jù)負(fù)載被切換到旁路的時間和次數(shù)以及切換時的輸入輸出參數(shù)等判定系統(tǒng)的運行模式即旁路運行還是主機(jī)運行、充電運行還是放電運行等?！　?/SPAN>

根據(jù)系統(tǒng)運行的狀態(tài)參數(shù)識別外部指令，決定執(zhí)行外部指令的方式，包括系統(tǒng)功能和運行參數(shù)的調(diào)整。 　　

快速準(zhǔn)確的判定系統(tǒng)的故障狀態(tài)并采取相應(yīng)的故障處理措施，如封閉功率變換器、輸出故障參數(shù)報警等。 　　

歷史事件的記錄并根據(jù)歷史記錄和當(dāng)前運行參數(shù)預(yù)測蓄電池的后備時間等。 　　

智能化的人機(jī)對話控制操作面板包括圖形顯示等。 　　

并機(jī)系統(tǒng)的熱待機(jī)到帶載運行的自動判定與轉(zhuǎn)換。所有這些都簡化了外部操作程序，有效的防止了系統(tǒng)的誤操作對系統(tǒng)自身和負(fù)載所帶來的危害，提高了UPS的可靠性。UPS的智能化的另一個方面是通過運行于PC機(jī)內(nèi)的監(jiān)控軟件實現(xiàn)的。通過RS232C等接口將UPS與PC機(jī)串口連接，并在PC機(jī)上運行相關(guān)平臺的UPS監(jiān)控軟件，由PC機(jī)定時發(fā)送查詢指令，UPS則在規(guī)定的時間內(nèi)返回運行參數(shù)信息。由PC機(jī)進(jìn)一步對UPS的運行狀態(tài)、故障的具體部位等進(jìn)行判斷，并在必要時對UPS發(fā)出指令進(jìn)行運行干預(yù)和提醒現(xiàn)場維護(hù)人員。

8、網(wǎng)絡(luò)化　　

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信事業(yè)迅猛發(fā)展的推動下，當(dāng)今的UPS已在大量引進(jìn)微處理監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一種能在UPS和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間建立起雙向通信調(diào)控管理功能。UPS的網(wǎng)絡(luò)化有兩方面的含義。一是UPS及其監(jiān)控系統(tǒng)與其所保護(hù)的負(fù)載——計算機(jī)或局域網(wǎng)絡(luò)間的交互作用。當(dāng)電源出現(xiàn)異常時，UPS內(nèi)部的微控制器會及時把異常信息發(fā)送給它所保護(hù)的計算機(jī)或局域網(wǎng)，并由監(jiān)控軟件在相應(yīng)計算機(jī)上發(fā)出告警信息，提醒操作員或網(wǎng)絡(luò)管理員及時處理，并在UPS供電時間結(jié)束前自動中止計算機(jī)或局域網(wǎng)的運行，并將現(xiàn)場信息自動存盤，通過MODEM向有關(guān)人員發(fā)出、BP-CALL等。在這個意義上UPS是其保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)的一個接點。另一方面的含義是把UPS當(dāng)作廣域網(wǎng)絡(luò)的一個獨立節(jié)點并裝上通訊適配器，給UPS分配獨立的IP地址。這樣，網(wǎng)管員或被人可在網(wǎng)絡(luò)的任何地方通過網(wǎng)絡(luò)象管理計算機(jī)一樣對UPS的情況進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用這種控制功能用戶可在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上實時監(jiān)控UPS的運行參數(shù)（例如：輸入、輸出的電壓、電流和頻率，UPS電池組的充電、放電和電壓值顯示，UPS的輸出功率及有關(guān)的故障、報警信息）。此外，用戶還可在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上對UPS的輸出執(zhí)行定時的自動開機(jī)、自動關(guān)機(jī)操作。在自動完成將程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入磁盤操作之后，再自動“關(guān)閉操作系統(tǒng)”。這樣有序的關(guān)機(jī)操作，將確保用戶的軟件和數(shù)據(jù)的安全可靠。　　　

UPS生產(chǎn)廠家也可以直接通過網(wǎng)絡(luò)了解分布在世界各地的UPS的運行情況，便于向用戶提供系統(tǒng)診斷和維修等的售后服務(wù)，提高了服務(wù)的快速性和準(zhǔn)確性。為實現(xiàn)上述控制功能，在目前市售的的UPS上可向用戶提供RS232，DB9、RS485通信接口。對于要求能執(zhí)行計算機(jī)網(wǎng)控管理功能的UPS來說，還應(yīng)配置簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 SNMP （SINGLE NETWORK MANAGEMENT PROTOCOL）卡，才能配套運行。

9、完善的電池管理。

為提高UPS電源中的蓄電池的使用效率和延長使用壽命，引入以微處理器監(jiān)控技術(shù)為主的電池管理系統(tǒng)，從而使電池監(jiān)控系統(tǒng)變得更加完善。對電池的充電采用雙重保護(hù)系統(tǒng)，配置有防止電池被過壓充電和被過流充電的具有先恒流后恒壓充電特性的充電電路。利用微處理器對UPS電源的實際后備供電時間進(jìn)行可編程的定時自動檢測和預(yù)報。在小型UPS中，一般利用位于前面板上的由發(fā)光二極管（LED）所構(gòu)成的電池充電容量百分比顯示器來觀察電池的充電狀態(tài)。當(dāng)電池放電時，利用該電池剩余容量百分比模擬顯示器來形象化地向用戶展示電池組的實際運行狀態(tài)。

五、結(jié)束語　　　　

UPS使用MOSFET及IGBT功率元件，使其走向高頻化、小型化、高效率，也延長了蓄電池的壽命；采用冗余技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了UPS的容量和可靠性，而網(wǎng)絡(luò)智能化UPS技術(shù)不僅提供可靠的網(wǎng)絡(luò)電源管理，也為節(jié)能提供了一種的解決方案。可以說UPS技術(shù)總的發(fā)展趨勢是逐步向小型網(wǎng)絡(luò)智能化和具有長延時方向發(fā)展，隨著科技進(jìn)步，UPS發(fā)展在不久的將來也將開辟一個更新的領(lǐng)域。