大型UPS系统应用技术要点

电力18讯：    一、UPS介绍
    不间断电源UPS(Uninterruptible Power Supply)不仅在输入电源中断时可立即供应电力，在电源输入正常时，也可对品质不良的电源进行稳压、稳频、抑制浪涌、滤除噪声、防雷击、净化电源、避免高频干扰等以提供使用者稳定纯净的电源，在工业中应用广泛。但如果没有掌握UPS系统的选型、安装调试、使用维护的要点，则会使UPS性能下降、寿命缩短，甚至损坏[1]。
    UPS可分成离线式、在线式、在线交互式3种[2]。离线式不断电系统，又称后备式，平常市电走旁边的一条路径(俗称旁路)直接供电给负载，只有停电时，才由蓄电池经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。在线式UPS就是平常由逆变器输出给负载电力，只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。在线交互式UPS平常由旁路输出给负载，逆变器此时做为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。
l.1 在线式UPS原理方块图
    UPS系统主要由UPS主机和蓄电池组两部分组成，如图1所示。
       
    在线式UPS主要包括:维修旁路、静态旁路电路，整流器(AC/DC)，直流变直流转换器(DC/DC),逆变器(DC/AC)，蓄电池充电器及控制、侦测电路[3]。
1.2 UPS系统工作原理
    a.整流器将交流电转换为直流电压。
    b.直流直流转换器为一功率因数校正的倍压式升压转换器，校正交流输入电流与输入电压同步;并稳定地将电压提升至约400V DC输出。此控制电路，使输入电流能同步于输入电压，并且使UPS能承受更宽范围的输入电压。
    c.逆变器将直流电压转换成交流电压输出，并且与输入市电同步，本逆变器为一半桥电路。
    d.静态旁路电路可选择旁路输出或逆变器输出作为UPS输出的开关，逆变器关闭时以旁路输出。
    e.充电器可接受市电做输入而转换，适合对电池充电的直流电压，使电池保持在充满状态。各机种内部充电器之最大充电电流约为2.6A。
    f.控制电路是侦测各部分控制电路运作。
    g.手动旁路开关是用来隔离UPS的整流器、充电器、逆变器和静态开关，交流市电直接经手动旁路开关及输出断路器供电给负载，以便对UPS做维修保养。
    h.输出隔离变压器提供电气隔离和多重输出电压。当UPS开机时，由输入交流电源经滤波器后分成2路输出，其中1路输出送至交流变直流转换器(AC/DC)，转换成直流电后再送给半桥式直流变交流逆变器(DC/AC)，呈交流输出;另1路作为旁通路径。一般而言，开机后UPS会进行内部自我诊断，若一切正常，旁通开关会选择逆变器输出，此种输出称为在线式模式输出。
    当输入市电断电时，整流器与充电器即不工作，而直流直流转换器工作，将蓄电池的电压转换至逆变器的输入端，再转换为交流输出，即电池模式输出。
二、UPS选型要点
2.1 UPS功率问题
    UPS的输出功率与功率因数关系密切，在容性负载条件下，UPS的输出功率可以达到标称功率;在感性负载条件下，UPS的输出功率则大大下降。即使在功率因数为0.8(感性)时，其输出也只能达到标称功率的50%。UPS的负载，一般都是计算机负载，而计算机负载内部电源大都是开关电源，在开关电源负载条件下，瞬时功率很高，但实际平均功率却很小。故一般UPS在开关电源作负载时，其功率因数只能达约0.65;而UPS在开关电源作负载时，其功率因数指标，一般为0.8[4]，按此指标来带开关电源负载，就有可能损坏UPS设备。因此，选择UPS的功率时，一定要考虑负载的功率因数。
    后备式方式输出的UPS不能带电感性负载，而且负载量在额定负载的约50%最好。因为在这种负载条件下，可以消除50Hz主波输出波形中的3次谐波(150Hz正弦波)分量，减轻开关电源中流过直流滤波电容中的电流，防止滤波电容因长期过流工作而损坏。
2.2 UPS轻载运行问题
    大多数UPS在50%～100%负载时，其效率最高，当负载低于50%时，其效率急剧下降。因此，当UPS过度轻载运行时，从经济角度讲是不合算的。另外，有的用户总认为，负载越轻，机器的可靠性就越高，故障率就越低，其实，这种概念并不全面，因为负载轻，虽然可以降低末级功率管被损坏的概率，但对蓄电池却极其有害，过度轻载运行，一旦市电停电，如果UPS没有深放电保护系统，有可能造成蓄电池过度深放电，一次深度过放电可能会使蓄电池的使用寿命减少1-2年，甚至造成蓄电池的报废[5]。
2.3 UPS是否须购买电源监控软件问题
    当消费者在使用UPS时，可通过电源监控软件掌握UPS状态，及对市电的稳定度与状况记录并提供给相关人员分析<