針對UPS電源可靠性的相關研究

鄺宇　袁瑜霞

摘 要：作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，穩(wěn)定的UPS電源對于保證系統(tǒng)的正常運行具有重要作用。本文首先介紹了UPS電源的工作原理，然后具體探討了提高UPS電源可靠性的措施，以期為相關技術與研究人員提供參考。

關鍵詞：UPS電源；可靠性；研究

0 前言

UPS電源是一類包含儲能設備，主要采用逆變器進行恒壓恒頻工作的不間斷電源，其通常應用在各類電力電子設備、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中。在電量輸入保持恒定時，UPS會將電力穩(wěn)壓后提供給負載使用，此時UPS相當于一臺交流穩(wěn)壓器，其還可為機內(nèi)電池進行充電。UPS電源不但在斷電時能延長供電時間，且能改善供電系統(tǒng)的供電質量。因此，加強有關UPS電源可靠性的研究，對于改善UPS電源的應用質量具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 UPS電源的工作原理

1.1 工作原理

依據(jù)不同的輸出波形，UPS電源可分成正弦波輸出與方波輸出兩種。依據(jù)操作方式的不同，可將其分成在線式與后備式。后備式UPS電源是在市電穩(wěn)定運行狀態(tài)下，利用市電直接為負載進行供電，若市電供電出現(xiàn)故障，蓄電池才會采用逆變器實施供電，且利用UPS的逆變器為負載供應交流電。也就是UPS電源的逆變器需持續(xù)保持對負載進行后備供電。

在線式UPS電源多采用交流電至整流器至逆變器的模式進行交流電供電，若市電發(fā)生故障，則UPS轉換至蓄電池至逆變器的模式進行供電。僅在蓄電池放電至最低電壓時，利用控制電路輸出信號對自動切換開關進行控制，切換至側路交流旁路的市電供電。在市電供電恢復正常后，UPS可再次切換至有逆變器進行供電。所以在線式UPS電源在穩(wěn)定工作條件下，多采用UPS電源逆變器實施供電，由此可防止市電電網(wǎng)外部的各類電源波動及干擾影響負載供電。相對而言，在線式UPS電源供電質量要比后備式UPS電源更優(yōu)越。在線式可完成對負載的恒壓恒頻供電[1]。

1.2 UPS電源跟蹤切換

UPS電源逆變器選用脈沖寬度可調的調制方式，在逆變時可依據(jù)旁路電源相角信息和頻率實施調制，以確保主供電回路電源與旁路電源相角及頻率符合同期標準。逆變器依據(jù)用戶自定的電壓值實行自動調節(jié)，由此在工作時刻保持主供電回路電源同旁路電源符合同期標準。UPS電源設有同期監(jiān)測設備，僅在兩路電源符合同期標準時才可實施相互切換。UPS電源設定有自動切換程序，在通過主供電回路電源進行供電時，若逆變器輸出電壓過高或電源過載或逆變器晶閘管溫度異常，則UPS電源會自行由主供電回路向旁路電源回路切換。

2 提高UPS電源可靠性的措施

2.1 外設旁路切換裝置

為避免逆變器故障造成UPS供電中止，設定旁路交流電源。在逆變器發(fā)生故障時，旁路交流電源會利用接觸器與靜態(tài)開關自行切換且?guī)ж摵蛇\行，以確保UPS電源可持續(xù)供電。為確保旁路電源穩(wěn)定工作，旁路電源選用兩回路供電，并采用主電源加輔電源的方式運行，僅在主電源保持正常時，才可自動切換至主電源運行。

為避免交流輸入電源故障引發(fā)UPS電源供電中止，將一路經(jīng)二極管分離的直流電源接入至主電源中，若整流器供電導致逆變器輸入電源電壓減小，則直流電源會自行投入，以確保UPS電源持續(xù)供電[2]。

UPS電源主供電回路同旁路電源回路切換主要通過接觸器及靜態(tài)開關實現(xiàn)。在UPS電源主供電回路出現(xiàn)故障需轉換至旁路電源時，需先閉合旁路電源側的靜態(tài)開關，以保證主供電回路與旁路電源同時工作，隨后再切斷主回路側的接觸器，然后閉合旁路側的接觸器并斷開旁路側靜態(tài)開關，由此，旁路電源會通過接觸器進行供電。靜態(tài)開關的閉合與斷開需在切換時進行，切換完成后需依靠與其并聯(lián)的接觸器實施供電，由此減小靜態(tài)開關的功率消耗。

2.2 采用恰當?shù)倪B接方式

（1）初級并聯(lián)方式。初級并聯(lián)是兩臺UPS電源共同使用一組靜態(tài)旁路開關，且增設并聯(lián)柜以調控負載電流進而實現(xiàn)并聯(lián)。為確保供電系統(tǒng)工作穩(wěn)定，若采用UPS電源并聯(lián)方式，為提高不同UPS電源輸出參量的同步性，可增設一個并聯(lián)柜，也就是在傳統(tǒng)工作系統(tǒng)上設定一些檢測環(huán)節(jié)。為確保并聯(lián)UPS切換的一致性，需先卸載原有的各電源上的靜態(tài)開關，以采用同組靜態(tài)開關。相比串聯(lián)熱備份或單臺方式，此種并聯(lián)方式可很大程度上提高可靠性。但其仍存在部分缺陷：若負載類屬于非線性負載，則易引發(fā)逆變器燒損；若靜態(tài)開關自身發(fā)生故障，則整體供電系輸出便會發(fā)生異常；若平衡檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則不同UPS間很容易形成環(huán)流而導致逆變器燒損。

（2）高級并聯(lián)方式。高級并聯(lián)方式主要通過并聯(lián)通訊板完成，其工作原理同計算機并聯(lián)工作方式類似。整體并聯(lián)系統(tǒng)主要通過導航UPS輸出脈沖對并聯(lián)的UPS進行控制，此時并聯(lián)環(huán)路內(nèi)的UPS器件均采用并聯(lián)方式進行工作。若導航UPS停止工作，則下級UPS機會自動升成導航器，以調控其他UPS，若上級UPS工作恢復穩(wěn)定，則又會返回由其控制。若并聯(lián)環(huán)路內(nèi)的其他UPS產(chǎn)生運行故障，則會自行退出。此種連接方式可確保整體UPS均通過一臺UPS進行信號控制，由此可提高不同UPS間輸出動態(tài)特性與參量的同步性，且可克服初級并聯(lián)難以解決的內(nèi)部環(huán)流問題，及靜態(tài)旁路開關的一致性問題[3]。

2.3 做好日常檢查維護

（1）儲能電池多選用免維護電池，但僅對配比、測比、定時添加蒸餾水等工作免維護。由于外部工作環(huán)境和非正常工作狀態(tài)同樣會影響電池運行質量，所以仍應加強電池的檢查維護。UPS電源系統(tǒng)的維護檢修重點在于電池，特別是儲能電池外設的UPS電源，如SIS服務器UPS電源、輔控網(wǎng)服務器UPS電源。日常工作時，各組電池應有2只以上的電池作為標識電池，以為電池組工作狀況提供依據(jù)，且應做好定期測量記錄。

（2）UPS電源主機應做好定期除塵機防塵。通常應每隔三個月進行深入清潔一次；在除塵過程中，應對各插接件及連接件接觸狀況進行檢查，以排除松動、接觸不良問題。

3 結束語

UPS電源工作的可靠性將直接影響供電系統(tǒng)的供電質量及效率，因此，相關技術與研究人員應加強有關UPS電源工作可靠性的研究，總結UPS電源工作可靠性原理及改善技術措施，以逐步提升UPS電源可靠性運行水平。

參考文獻：

[1]馬亮.淺談UPS電源的技術性能及可用性[J].科技與企業(yè)，2012，05（35）：57-58.

[2]馮勇，尚金梅.UPS不間斷電源的原理與維護[J].黑龍江科技信息，2012，06（10）：61-62.

[3]杭阿芳.UPS電源的改進研究與設計[J].科技資訊2011，12（29）：62-63.endprint