UPS電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用

張宏宇

(中國(guó)石油大慶石化公司煉油廠供電車間，黑龍江 大慶 163711)

UPS是一個(gè)電源保護(hù)裝置，廣泛應(yīng)用于石油化工、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、郵電通訊、醫(yī)療、金融等各個(gè)領(lǐng)域。其重要性越來(lái)越受到廣大用戶的關(guān)注。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和全球信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)高質(zhì)量供電設(shè)備的需求越來(lái)越大,因此UPS電源技術(shù)為了滿足這種情況不斷更新發(fā)展。

1 UPS電源的分類

UPS按其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理分為以下3類:

1.1 被動(dòng)后備式UPS在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電，當(dāng)市電超出其工作范圍或停電時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)是沒有穩(wěn)壓，有切換時(shí)間，且輸出波形一般為方波。被動(dòng)后備式UPS的工作原理示意圖如圖1-1所示。

1.2 在線互動(dòng)式UPS在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電，當(dāng)市電偏低或偏高時(shí)，通過UPS內(nèi)部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出，當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)是：有穩(wěn)壓，但同樣存在切換時(shí)間。在線互動(dòng)式UPS的工作原理示意圖如圖1-2所示。

1.3 在線式UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無(wú)間斷輸出。其特點(diǎn)是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無(wú)切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合，但是成本較高。目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。雙變換式UPS的工作原理示意圖如圖1-3所示。

2 UPS電源技術(shù)發(fā)展方向

UPS電源技術(shù)包括電源變換技術(shù)、電源冗余技術(shù)、蓄電池發(fā)展技術(shù)等。近幾年來(lái),隨著對(duì)UPS電源性能要求不斷提高,UPS電源技術(shù)又有新的分支出現(xiàn),其中UPS電源高頻化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)、全數(shù)字化技術(shù)、綠色化技術(shù)就是UPS電源新技術(shù)。

2.1 UPS高頻化技術(shù)

在技術(shù)先進(jìn)的UPS中采用了IGBT和VDMOSFET等性能優(yōu)良、工藝成熟的器件，工作頻率提高到16kHz，功率變換、電路頻率的提高使得用于濾波的慣性元件，如:電感、電容大量減小，其效率高達(dá)94.5%，體積減小1/3至1/2，電壓偏差<0.5%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)<3%，總諧波失真度<2%(100%非線性負(fù)載)，可聞噪音等指標(biāo)均得以大幅度提高。數(shù)字電路占80%，可靠性大大加強(qiáng)。

2.2 UPS全數(shù)字化技術(shù)

UPS全數(shù)字化技術(shù)是將UPS的AC/DC變換器及DC/AC逆變器(即輸入與輸出部分)使它們組成一個(gè)非常完善的負(fù)反饋系統(tǒng),再配以專用集成電路以及直接數(shù)字控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)UPS整機(jī)變換、控制、反饋、測(cè)量、顯示、通訊全數(shù)字化、智能化。UPS全數(shù)字化技術(shù)使UPS許多特性從硬件的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到靈活并可升級(jí)的軟件上來(lái),為用戶提供十分快捷的設(shè)計(jì)與制造功能;更完善更靈活的運(yùn)行與控制模式;非常簡(jiǎn)單方便的使用、安裝、維護(hù)操作功能。全數(shù)字化UPS是新一代UPS,它除具有高質(zhì)量、高可靠、高指標(biāo)、多功能等特點(diǎn)外,還符合當(dāng)今節(jié)能環(huán)保的要求,所以它是未來(lái)發(fā)展所需要的UPS。

2.3 UPS網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)

高級(jí)UPS管理員軟件配合電源分配器設(shè)計(jì)使管理員不僅可以通過PC機(jī)或網(wǎng)上終端對(duì)UPS運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，還可以進(jìn)行一些其他很有意義的控制。主要監(jiān)控內(nèi)容如下:

·UPS負(fù)荷百分比;

·充電條件下蓄電池已具有的容量;

·放電條件下蓄電池剩余的容量;

·UPS報(bào)警及主要管理參數(shù)記錄;

·UPS故障診斷;

·可對(duì)功率分配器及機(jī)房配電柜開關(guān)分別遙控(On/0ff);

·可設(shè)立網(wǎng)上負(fù)荷分四級(jí)按設(shè)定的順序及時(shí)間間隔啟動(dòng)或卸載。網(wǎng)上設(shè)備按順序啟動(dòng)可以避免因同時(shí)啟動(dòng)而引起的問題;

·可以設(shè)定在市電停電的情況下，蓄電池的能量按需要分配給不同的設(shè)備，自動(dòng)按時(shí)關(guān)掉次要設(shè)備，把有限的能量用到關(guān)鍵設(shè)備上去;

·如果市電停電蓄電池能量消耗到一定程度時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)文件，然后停機(jī)。

高性能的UPS具有相同的通信協(xié)議，采用獨(dú)立于控制電路的另一個(gè)微處理器作為網(wǎng)絡(luò)通信的核心。通過包含在高級(jí)UPS管理員軟件中心的SNMP協(xié)議，UPS可利用任何網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通信，如HP Open View,Sun Net Manager等等，實(shí)現(xiàn)UPS與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)網(wǎng)上多臺(tái)UPS進(jìn)行集中管理。同時(shí)，也可以選用遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)通過Medem與UPS服務(wù)中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地監(jiān)控管理以獲得快速故障診斷及UPS運(yùn)行狀況報(bào)告。

2.4 “綠色”無(wú)污染UPS

為適應(yīng)計(jì)算機(jī)房設(shè)備的“綠色”發(fā)展趨勢(shì)，在梅蘭日蘭UPS中領(lǐng)先采用了PFC(Power Factor Correction)新技術(shù)，使UPS的功率因數(shù)指標(biāo)高達(dá)0.98以上。

這一新技術(shù)的實(shí)質(zhì)是通過電路中功率管VT7的開關(guān)作用，使電感中電流的大小隨市電電壓瞬時(shí)值大小的變化而同步變化。由于VT7工作頻率高達(dá)50kHz，故在市電輸入處只需加很小的濾波器，就得到了與市電電壓基本上無(wú)相位差的、諧波量很小的電流波形。故PFC的采用十分有效地將UPS功率因數(shù)提高到了相當(dāng)理想的程度，從而顯著減小了其它UPS設(shè)備普遍存在的對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾和無(wú)功消耗，有效地隔離了計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)等非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的不利影響。同時(shí)還采用了輸人輸出雙重濾波，加強(qiáng)了抗電磁干擾的能力，降低輻射干擾，在UPS周圍1.5m處，測(cè)不到任何的電磁干擾，從而引出了“無(wú)污染”，UPS的新概念。

3 結(jié)語(yǔ)

UPS電源隨著電子器件的發(fā)展,使UPS走向小型化、高效率、高可靠性發(fā)展,而高頻化技術(shù)﹑網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)﹑全數(shù)字化技術(shù)﹑綠色化技術(shù)的出現(xiàn),不僅提供完全可靠的網(wǎng)絡(luò)電源管理，也為節(jié)能、環(huán)保提供了一種最佳的解決方案,所以隨著科學(xué)的進(jìn)步,UPS將朝著高頻化、數(shù)字化、智能化、綠色化等趨勢(shì)發(fā)展。

[1]林新春,段善旭.全數(shù)字化控制系統(tǒng)[J].電力電子術(shù),2001(2).

[2]姚行中.智能化交流不間斷UPS設(shè)計(jì).北京:科學(xué)出版社,1996

[3]楊碧石，UPS電源新技術(shù)及應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù)，2002年第2期

[4]許傳朝，續(xù)寫輝煌-UPS電源產(chǎn)品新發(fā)展，微電腦世界，2001年第52期[5]劉紅玲，詹躍東，UPS電源技術(shù)發(fā)展新動(dòng)態(tài)，電源世界，2000年第2期