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當前，數字革命和網絡經濟正席卷全球。隨著各種信息系統在各個行業的應用，更帶動了不間斷電源（UPS）的迅猛發展。作為直接關系到計算機軟硬件能否安全運行的一個重要因素，電源質量的可靠性應當成為中小企業、學校等首要考慮的問題。UPS（Uninterruptable Power System）是不間斷電源的意思，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源，主要用于給服務器、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。不間斷電源從計算機的外圍設備，一個不受重用的角色迅速變成為互聯網的關鍵設備及電子商務的保衛者。UPS作為信息社會的基石，已開始了她新的歷史使命。隨著國際互聯網時代的到來，對電力供電質量提出了越來越高的要求，無論是整個網絡的設備還是數據傳輸途徑給以端到端的全面保護，都要求配置高質量的不間斷電源。 一、UPS的工作原理 UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩壓、穩頻輸出的電源保護設備。當市電正常輸入時，UPS就將市電穩壓后供給負載使用。同時對機內電池充電，把能量儲存在電池中，當市電中斷（各種原因停電）或輸入故障時，UPS即將機內電池的能量轉換為220V交流電繼續供負載使用，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。 UPS主要從九十年代開始成規模，90年代初，對UPS要求能提供無時間中斷的電源來確保用戶的數據不致丟失為保護重點；90年代中期，在UPS配置了RS232接口和在計算機監控平臺上配置各種電源監控軟件的智能化 UPS，保護重點為用戶的數據的完整性；到了90年代末期，UPS以確保系統具有“高穩定性”及“高可用性”為其保護重點。不同年代的需要對UPS不同分類及發展，UPS的分類及展是當今信息社會高速發展的需要。 二、UPS的基本分類與特點 目前市場上已經有不同類型的UPS，按UPS的工作方式可分為后備式、在雙變換在線式、在線互動式三大類。 1、 備式UPS電源 它是靜止式UPS的最初形式，應用廣泛，技術成熟，一般只用小功率范圍，電路簡單，價格低廉。這種UPS對電壓的頻率不穩、波形畸變以及從電網侵入的干擾等不良影響基本上沒有任何改善: 其工作性能特點： 1） 市電利用率高，可達96%。 2） 輸出能力強，對負載電流波峰因數、浪涌系數、輸出功率因數、過載等沒有嚴格的限制。 3） 輸出轉換開關受切換電流能力和動作時間限制。 4） 輸入功率因數和輸入電流諧波取決于負載性質。 2、 在線互動式UPS電源 也稱為3端口式UPS電源，使用的是工頻變壓器。從能量傳遞的角度來考慮，其變壓器在3個能量流動的端口；端口1連接市電輸入，端口2通過雙向變換器與蓄電池相連，端口3輸出，市電供電時，交流電經端口1流入變壓器，在穩壓電路的控制下選擇合適的變壓器抽頭拉入，同時在端口2的雙向變換器的作用下借助蓄電池的能量轉換共同調節端口3上的輸出電壓，以此來達到比較好的穩壓效果。當市電掉電時，蓄電池通過雙向變換器經端口2給變壓器供電，維持端口3上的交流輸出。在線動式UPS電源在變壓器抽頭切換的過程中，雙向變換器作為逆變器方式工作，蓄電池供電，因此能實現輸出電壓的不間斷。 其工作性能特點： 1） 市電利用率高，可達98%。 2） 輸出能力強，對負載電流波峰因數、浪涌系數、輸出功率因數、過載等沒有嚴格的限制。 3） 輸入功率因數和輸入電流諧波取決于負載性質。 4） 變換器直接接在輸出端，并處于熱備份狀態。對輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。 5） 輸入開關存在斷開時間，致使UPS輸出仍有轉換時間，但比后備式小得多。 6） 變換器同時具有充電功能，且其充電能力很強。 7） 如在輸入開關與自動穩壓器之間串接一電感，當市電掉電時，逆變器可立即向負載供電，可避免輸入開關未斷開時，逆變器反饋到電網而出現短路的危險。 3、 雙變換在線式UPS電源 它是屬于串聯功率傳輸方式。當市電存在時，實現AC－＞DC轉換功能，一方面向DC－＞AC逆變器提供能量，同時還向蓄電池充電。該整流器多為可控硅整流器，但也有IGBT－PWM－DSP高頻變換新一代整流器。當逆變時，完成DC－＞AC轉換功能，向輸出端提供高質量電能，無論由市電供電或轉向電池供電，其轉換時間為零。當逆變器過載或發生故障時，逆變器停止輸出，靜態開關自動轉換，由市電直接向負載供電。靜態開關為智能型大功率無觸點開關。 其工作性能特點： 1） 不管有無市電供應，負載的全部功率都由逆變器提供，保證高質量的電力輸出。 2） 由于全部負載功率都由逆變器提供，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件，如負載流峰值因數，過載能力，輸出功率因數等。 3） 對可控整流器還存在輸入功率因數低，無功損耗大，輸入諧波電流對電網產生極大的，當然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技術成功率因數校正技術，可把輸入功率因數提高到接近1。 4、 雙逆變電壓補償在線式UPS電源 此項技術是近些年提出來的，主要是把交流穩壓技術中的電壓補償原理（delta變換）應用到UPS的主電路中，產生一種新的UPS電路結構型式，它屬于串并聯功率傳輸。 其工作性能特點： 1） 逆變器（II）監視輸出端，并與逆變器（I）參與主電路電壓的調整，可向負載提供高質量的電能。 2） 市電掉電時，輸出電壓不受影響，沒有轉換時間；當負載電流發生畸變時，由逆變器（II）調整補償，因而是在線工作方式。 3） 當市電存在時，逆變器（I）與（II）只對輸入電壓與輸出電壓的差值進行調整與補償，逆變器只承擔最大輸出功率的20%，因而功率余最大。過載能力強。 4） 逆變器（I）同時完成對輸入端的功率因數校正功能。輸入功率因數可達到0.99，輸入諧波電流＜3%。 5） 在市電存在時，由于兩個逆變器承擔的最大功率僅為輸出功率的1/5，因此整機效率可達到96%。 6） 在市電存在時，逆變器（II）功率強度僅為額定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。 7） 由于具有輸入功率因數補償，因而有節能效果。 三、UPS電源的選購 一臺UPS至少可以使用3年以上，用戶在挑選UPS電源時，應根據自己的要求來確定挑選標準，選擇最適合自身業務需求的UPS，而不是最便宜或最高檔。在選購UPS之前，用戶應就負載設備所處理資料的重要性、各種用電設備對電源質量的要求、安裝與空間要求以及經濟預算等因素綜合考慮，此外，UPS的重量和體積大小是否合適也是我們在選購時應注意的關鍵問題。 接下來，用戶應了解所需UPS的容量，并考慮未來擴充設備時的總容量。選擇有信譽的品牌與制造商也是必不可少的。當然，在購買UPS時還要注意其輸出功率、可供電霎時間長短、輸出電壓波形、瞬時響應特性、輸出頻率穩定度、波形失真系數、輸出電壓穩度、安全性能、可維護性能及價格等諸多問題。簡而言之，用戶應根據自身的業務需求來選購適當的UPS產品，并從技術性能、服務保證和產品價格3個方面進行考慮。 對供電質量要求很高的計算中心、網管中心等，為確保對負載供電的萬無一失，常需要采用以下幾種具有“容錯”功能的冗余供電系統： 1） 主機－從機型“熱備份”冗余供電系統：基結構是將主機UPS的交流旁路連接到從機UPS的逆變器電源輸出端，萬一主機USP出故障，可改由從機UPS帶載。這種冗余工作方式由于沒有“擴容”功能和可能出現4毫秒的供電中斷，其應用范圍有限。 2）利用雙機冗余供電系統：通過將兩臺具有相同功率的UPS輸出置于同幅度、同相位和同頻率的狀態而直接并聯起來。正常工作時，由兩臺UPS各承擔1/2負載電流，萬一其中一臺UPS出故障，則由剩下的一臺UPS來承擔全部負載。這種并機系統的平均故障工作時間（MTBF）是單機UPS的7－8倍，從而大大提高了系統的可靠性。 四、UPS的維護 隨著電腦的日益普及，電腦的保護神UPS也得到了廣泛的應用。UPS是使用簡單但又容易損壞的設備。科學的使用和維護將會延長UPS的壽命。 1） 盡量不接電感性負載。因為電感性負載的啟動電流往往會超過額定電流的3－4倍，這樣就會引起UPS的瞬時超載。影響UPS的壽命。電感性負載包括夏天常用的電風扇、冰箱等。 2） 不宜滿載或過度輕載。不要按照UPS的額定功率去使用它，不要認為空著的接口不應該閑著而連接其他電器。長期滿載狀態將直接影響UPS的使命。 3） 保護好蓄電池，UPS的一個非常重要的組成部分就是蓄電池。目前，多數中不型的UPS都采用無需維護的密封式鉛酸蓄電池。雖然表面上它不需要維護，但照顧不周，同樣會出毛病，何況這種電池還很貴，要求在0－30環境中工作。 4） 定期維護。通常，半年應該給UPS測量一下電池的端電壓。如果電壓超過1V就應該使用均衡的恒壓限流（0.5A）充電。若不奏效，只能換新電池。如果當地長期不停電，必須定期（一般為三個月）人為中斷供電，使UPS帶負載放電。 5） 注意防雷擊。一定要注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護。 五、UPS電源的發展趨勢 隨著新技術不斷地被開發出來和在實踐中的逐步應用，可以預見：今后UPS電源將向著高頻化、智能化、網絡化和大容量單機冗余化的方向發展。 高頻化：雖然傳統在線式的技術已經非常成熟，但由于它本身帶有許多無法突破的問題，使其發展前途受限。高頻化概念的引入，給UPS的發展帶來了許多新的思路和空間，隨著高頻技術和器件的發展，3KVA及以下的高頻在線式UPS的技術和產品已經成熟，其功能和可靠性均應高于傳統UPS，高頻化對于減小體積、降低成本，以及對非線性負載有更好的響應上起著重要的作用。 智能化：微處理器在UPS上的應用，過去只在大、中型UPS上來用，近年來已逐漸向小型、微型UPS方面發展，其結果是UPS的智能化發展，包括控制、檢測、通信。UPS逐漸由計算機管理，并且計算機及外設能“自主”應付一些可能預見到的問題，能進行自動管理和調整，并能將有關信息通過網絡傳遞給操作系統或網絡管理員，便于進行遠程管理。 網絡化：把UPS做為網絡家庭一個成員的要求越來越迫切，因為它是網絡能正常運行的基礎。要求UPS擁有更大的蓄電量、可以同時為多臺計算機或其它外設服務，并能夠通過某種機制達成負載之間的動態配置。 大容量單機冗余化：由于網絡對UPS可靠性的要求越來越高，而解決可靠性的途徑除要求元器件本身高可靠外，就是用冗余的方法。小容量UPS的單機內冗余已出現。而大容量的UPS目前還必須通過并機的方法實現。但這樣做又會使用戶投資太大。但毫無疑問，使用Internet技術監控的UPS系統將成為未來 UPS技術的主流之一。 |
