第2章 UPS供电系统

2.1 UPS概述

2.1.1 UPS的定义及特点

1.UPS的定义

UPS的英文全称是UninterruptiblePowerSupply，意为不间断电源，是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源，主要用于给单台计算机、计算机网络系统及其他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，同时它还向机内蓄电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内蓄电池的电能，通过逆变换的方法向负载提供交流电，使负载维持正常工作，并保护负载软、硬件不受损坏，即UPS是一种能为负载提供连续电能的供电系统。

UPS的产生完全是当今社会计算机技术、信息技术及相关产业飞速发展的必然结果。随着计算机在各行各业的广泛应用，越来越多的重要数据、图像和文字要由计算机来处理和存储，如果在工作中间突然停电，计算机中随机存储器中的数据和程序就会丢失或损坏。更为严重的是，如果此时计算机的读写磁头正在工作的话，那么极易造成磁头或磁盘的损坏。如果这些数据是银行清算系统或证券交易等系统中的数据的话，那么后果将更不堪设想。同时，电网中的一些强脉冲尖峰、高能浪涌等干扰也会引起计算机的误操作而造成不必要的损失。另外，计算机内部的滤波电容放电只能维持计算机工作8～10ms的时间，如果超过这个时间，则计算机就进入自检重启状态。为了避免出现这些情况，就必须设计一种电源系统，它能在停电后10ms以内恢复对负载的供电，这就是近年来出现并被广泛使用的UPS系统。UPS作为计算机的重要外设，已从最初的提供后备时间的单一功能发展到今天提供后备时间及改善电网质量的双重功能，在保护计算机数据、改善电网质量、防止停电和电网污染对用户造成危害等方面起着很重要的作用。

UPS作为保护性电源设备，它的性能参数具有重要意义，是选购时的考虑重点。UPS的输入电压可变范围大，则表明对市电的利用能力强（减少蓄电池放电）；UPS的输出电压、频率范围小，则表明对市电调整能力强，输出稳定；总谐波畸变率（THD）用以衡量输出电压波形的稳定性；而输出电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性。还有UPS效率、输入功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数，决定了UPS对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好，保护能力也越强。总体来说，后备式UPS对负载的保护最差，在线互动式UPS略优之，在线式UPS则几乎可以解决所有的常见电力问题。当然，成本也随着性能的提高而上升。因此，用户在选购UPS时，应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同，而选取不同类型的UPS。

2.UPS的特点

UPS是能够提供持续、稳定、不间断电源供应的重要外部设备。从原理上来说，UPS是一种集数字和模拟电路、自动控制逆变器与免维护储能装置于一体的电力电子设备。从功能上来说，UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电，还可以在市电突然中断时持续一定时间给计算机等设备供电。从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、存储到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而提高的。UPS有以下几个特点。

① 电源可靠性高。UPS为负载提供了主、备两套供电系统，而且备用电源和主电源通过静态开关进行转换，由于转换时间极短且主电源和备用电源始终保持锁相同步，所以停电时从负载侧看来，电源没有丝毫的中断。这就为负载连续、可靠地运行提供了强有力的保障。当市电供电中断时，在线正弦波输出式UPS对负载供电的转换时间为零；后备式UPS在市电供电与逆变器供电之间有一定的转换时间，且负载在转换瞬间要承受较高的电压冲击，并有可能出现瞬间的交流短路现象，所以在使用时一定要注意这一点。

② 电源供电质量高。对负载能实现稳压稳频供电，在市电电压变化范围为180～250V时输出电压稳定范围为220V±5%。由于采用了微处理器控制的负反馈电路，UPS的输出电压稳定度较高，可达±0.5%～±2%。同时又由于UPS利用石英晶体振荡来控制逆变器的频率，所以输出频率稳定，稳定度可达±0.01%～±0.5%；电压失真度小（电压畸变小于1%时，不存在谐波失真的问题）。

③ 效率高，损耗小。由于UPS中的逆变器采用了脉冲宽度调制（PWM）技术，所以它具有开关电源的一系列优点。通过精确调整脉冲宽度，可保证功率稳定输出。同时，开关管在截止期间没有电流流过，所以自身损耗小，其供电效率可达90%以上。

④ 噪声比较小，波形失真度小，一般小于3%。

⑤故障率小，维护容易。由于采用了微处理器监控技术、先进的IGBT、正弦波脉冲宽度调制（SPWM）技术等，目前UPS已达到极高的可靠性水平。对大型UPS来讲，其单机的MTBF超过20万小时已不成问题。如果采用双总线输出的多机冗余UPS供电系统，其MTBF甚至可达100万小时数量级。