1、對數字化控制不間斷電源系統的探討摘 要如今,高性能、高效率、小型輕量化和智能監控越來越成為各類不間斷電源追求的目標，而數字控制技術的應用使得這些目標的實現更為簡單。因此，對數字化控制不間斷電源系統的探討是十分必要和有意義的。 首先探討了不間斷電源的硬件架構，重點講述了功率因數校正的整流器和逆變器主電路結構。以均值電流型功率因數校正技術為例詳細分析了功率因數校正電路的工作原理，并給出了設計思路和設計時應注意的問題。對不間斷電源的核心逆變器在連續狀態和離散狀態下進行了模型分析，指出逆變器模型是一個雙輸入單輸出的非線性模型，但是其非線性僅表達在負載擾動上。 在硬件架構的根底上還介紹了系統的軟件功能。

2、對不間斷電源和市電之間的整流問題進行了深入的探討，分析了整流的理論根底。對逆變器的控制技術，采用工程中應用廣泛的PID控制器提高其動態性能和穩定性，介紹了參數的設計，并通過仿真詳細分析其穩態和動態性能，對參數加以修正。關鍵詞：不間斷電源、功率因數校正、均值電流控制、整流。 ABSTRACTToday, high-performance, high efficiency, small lightweight and intelligent monitoring various types of uninterrupted power supply has increasingly become

3、the goal, and digital control technology allows the realization of these objectives is more simple. Therefore, digital control system of uninterrupted power supply is necessary and meaningful.First, the uninterrupted power supply of the hardware architecture to highlight the power factor correction

4、rectifier and inverter main circuit structure. The average current mode power factor correction technology as an example a detailed analysis of power factor correction circuit works, and gives design ideas and should pay attention to the problem. The core of the uninterrupted power supply - inverter

5、 in continuous state and discrete state model under analysis, pointed out that the inverter model is a two-input single-output nonlinear model, but only reflected in the nonlinear disturbances on the load . Based on the hardware architecture of the system also introduced software features. For unint

6、errupted power supply and electricity issues between the tracking phase-locked-depth discussions, analysis of the theoretical basis of lock-in technique, summarizes the analysis of two phase locking algorithm and the process and their respective lock algorithm. The inverter control technology, engin

7、eering PID controller is widely used in improving the dynamic performance and stability, the design parameters are introduced, and through detailed analysis of the steady-state simulation and dynamic performance parameters to be modified.KEY WORDS：Uninterrupted power supply, power factor correction,

8、 average current control, rectifier目錄摘要、關鍵詞1英文翻譯1緒論 4第一章UPS在社會上扮演的重要角色 我國市電供電的現狀與問題 41.1.1供電質量的危害性 51.1.2電源故障及產生的原因 51.1.3 UPS具備的根本功能 6第二章 2.1 UPS市場及產品開展概述 7 2 7 2.1.2 UPS具備的根本功能 7 2 UPS電源的分類 8 2 UPS的根本原理 9 2 UPS主要技術指標 10 2.2 UPS的分類及連接技術的開展 11 2.2.1 UPS的分類 11 2.2.2 UPS的開展 11 2 UPS性能分類 12 2.2.4 UPS日常

9、維護 14 2.2.5 UPS行業標準實施和現狀 15第三章 UPS電源的應用和工作原理 193.1中小企業購置UPS電源需要看四大標準 193.2正弦波輸出的后備式UPS工作原理 20第四章 UPS電源的分類及性能特點 21 4.1 后備式UPS 21 4.2 在線互動式UPS 23 4.3 傳統雙變換在線式UPS 254.4 變換在線式UPS 27 雙總線冗余供電系統 29結束語 32致謝 32參考文獻 33第一章 緒論UPS電源的問題在很大程度上是電池的問題，只要正確使用電池，并經常對電池進行維護，就能使其保持良好的狀態，也就解決了UPS電源的關鍵問題，就能保證UPS電源隨時處

10、于正常工作狀態，也就可以使設備在平安的環境中工作。 UPS電源的電池種類很多，有開口的鉛酸電池、閥控式鉛酸電池、鎘鎳開口式電池以及其他類型的電池。目前常用的主要是閥控式鉛酸電池、鎘鎳開口式電池，以上介紹的主要是閥控式鉛酸電池在使用中的考前須知，如果使用的是鎘鎳開口式電池，可以參考本文，并根據鎘鎳開口式電池的使用說明書進行使用維護。1.1 我國市電供電的現狀與問題市電即指公共電網。在同一個區域性電網上，連接著成千上萬個不同性質的負載，其中一些大容量感性、容性、沖擊性、高頻變換性的負載，不僅從電網獲取電能，還會反過來對電網造成污染，惡化局部乃至整個電網的供電質量，造成電網電壓的幅度變化、波形畸變、

11、頻率漂移或高頻干擾等。另外，意外的自然災害或人為事故，如地震、雷擊、輸變電系統短路或斷路等，都會危害電力的正常供給，從而影響負載設備的正常運行。影響供電質量的一個重要原因是一個國家或地區的發動機總裝容量和配電水平。供電網絡、配電設備以及維護水平落后是供電質量差、可靠性低的重要原因。供電網絡結構落后和供電線路損耗大，必然會加大電網終端用電設備的相互影響，加劇電網電壓的波動、浪涌、尖峰干擾等現象，增加電網電壓凈化的難度，再加上用電部門對負載設備的分配不合理，負載功率因數、負載電流諧波、設備啟、停對電網的干擾，這些都使得電網終端的供電質量進一步下降。近年來，我國加大了對電網工程的改造力度，大力進行城

12、市電網和農村電網的的改造，發動機總容量已能滿足用戶的需要。但其在供電設施和供電質量方面與國際先進水平相比，以及與我國的國民經濟與社會地位相比還存在著很大的差距，詳見表1-1。1-1。配電網運行、管理 國內現狀國際先進水平用戶年平均停電時間紐約10min，東京20min配電線路架空線為主，少量電纜，存在大量低壓配電線路城市主要用電纜，低壓線路短，或局限在建筑物內網絡結構簡單輻射式，少數雙回線，缺少規劃主干線，自動化環網結構N-1，網絡式結構N-2配電設備少油，真空，少量SF6定期維護、檢測完成“無油化“改造，全部為真空或SF6免維護自動化程度手動、自動兼有，手動操作為主自動、遠動，可實現自動故障

13、識別，隔離，網絡重構故障停電時間幾個小時<1min維護、管理按方案執行AM/FM/GIS技術線路損耗8.6%5%6%表1-1 供電質量的問題比擬從表1-1可以看出，即使我國發電機總裝機容量能滿足用電量的需求，也很難保證用電終端的的供電質量。1 供電質量問題的危害性電源質量是指供電設備的進線電源與正常穩定的50Hz正弦波電源之間在電源、電流、頻率、以及波形上的偏差頻繁度和嚴重的程度。在工業生產過程中，因電源質量問題造成的電源事故，其損失是不可低估的。例如像一份報紙，如果延誤了出版日期，它所刊登的新聞就變成了歷史，這樣的日報也就賣不出去了。在電視衛星直播過程中如果突然出現電源事故，信號就會無

14、法傳輸，用戶端就會無法看到正常的電視節目，對企業造成的影響顯而易見。在現代化的醫院中，搶救監護病人離不開一些電子監護儀器，而電源或設備的故障會造成生命危險。在商業及金融業，數據處理的活動非常重要和敏感，尤其是股票交易和金融交易的過程，而電源質量事故會造成數據喪失，其后果是無法估量的。 電源故障及產生的原因電源故障產生的原因是很復雜的，根據大量負載設備運行的案例和對電網進行的監測測控，市電電壓中存在的問題主要有以下幾種：a.電涌：指市電電壓有效值高于額定值110%，并且持續時間為一個至數個周期的現象。它主要是由于在同一電網上的大型設備突然關機時，電網因突然卸載而產生的高壓沖擊。電腦及類似的敏感設

15、備對可接受的電壓值都有一定的范圍，任何超出其設定范圍的的峰值或有效值都會對元器件的平安構成威脅，影響其可靠性和壽命。b.高壓尖脈沖：指峰值達上千伏，持續時間從0.1毫秒至幾毫秒的脈沖電壓。這主要是由于電弧放電、改善功率因數的電容器切換、感性負載的切換、靜態放電或大型電氣設備開關操作而產生的。c.電壓下陷：指市電電壓有效值介于額定值80%85%的低壓狀態，并且持續時間為一個至數個周期的情況，大型設備開機或大型電力變壓器接入都可能造成電壓下陷。d.頻率偏移：指市電頻率的變化超過3Hz，通常市電的頻率還是比擬穩定的，變化范圍在0.5Hz以內。f.電壓不平衡：指三相電源各相的電壓不對稱。他是由于三相負

16、載不平衡所致，他會使變壓器內部產生環流或過熱，并使三相電機的效率降低，對單相負載設備造成過欠電壓。g.諧波畸變：指電壓波形畸變，主要是非線性負載造成的。例如輸入端有整流環節的大型設備，如UPS、穩壓器、逆變器、變頻器、電子鎮流器等。h.持續欠電壓或過電壓：是市電長時間低于或高于額定的電壓值。欠電壓會造成設備運行不正常，如計算機系統故障，繼電器線圈斷開、鼠籠電動機過熱；過電壓會使電氣電子設備永久損壞。以上各種電源故障產生的原因是很復雜的，有發電設備的原因，有電力傳輸不良的原因，有自然環境的原因，也有負載的原因。各種現象也不是孤立出現的，由于某種原因影響供電質量時，往往是幾種現象同時伴生出現。1.

17、1.3 UPS具備的根本功能為負載設備提供連續的不間斷的交流電能供給。具體采用的技術方法是：平時由電網系統供電，在電網出現異常而突然停電的時候，能夠迅速地切換到UPS內部電源供電。由于負載設備對供電穩定性的要求不同，對選用的UPS的切換速度要求也有所不同。比方，計算機內部的濾波電容放電只能維持計算機工作810ms 的時間，如果超過這個時間，機器就進入自檢重啟狀態。為了防止出現這些情況，必須要求UPS能在停電后10ms以內恢復對負載的正常供電，提供電壓、頻率穩定的，準確的交流電能供給。電網中的一些強脈沖尖峰、高能浪涌等干擾也會引起計算機等一些電器設備的誤操作而帶來不必要的損失；市電供給在一些特殊

18、情況下電壓也會發生較大的波動，對精確設備的工作也會造成不量的影響。因此，UPS供電系統，實際上還需要起到穩定電壓、頻率，過濾潔凈電源環境等功能。一些UPS系統，還具備過電壓，過電流平安報警，或自動保護功能2.1 UPS市場及產品開展概述首先，就整體增長而言，在最近二三年內，中國UPS市場增長非常平穩，大約在 8%10%之間，而且這個狀態將持續穩定，不太會出現大起大落的現象。其次，就客戶需求而言，性能要求越來越高，而價格要求越來越低。這其實也是廠商之間競爭的結果，由于競爭加劇，使得客戶的胃口越來越高，而給廠商本錢和利潤都帶來更大的壓力。第三，由于現在多數行業都是公開招標，因此透明度還是比擬高，市

19、場秩序也相對更加標準，因此以前國內廠商倚重的外鄉化優勢不再具有。第四，行業需求還是集中在政府、金融、電信三大領域，在新的需求放緩的情況下，主要是設備更新換代拉動需求。第五，中低端市場的上升勢頭會更為明顯。這主要是由中小功率UPS產品廣闊的應用前景決定的。中小功率UPS雖然在單價、利潤率等方面與大功率產品無法相比，但由于其基數龐大，并且增長迅速，所以還將繼續成為市場熱點。2今天計算機技術、信息技術及其相關產業飛速開展，計算機在各行各業得到了廣泛應用，于是UPS似乎也成了計算機系統設備的一個局部。越來越多的重要數據、圖象、文字由計算機處理和存貯，如果在工作中間突然停電，必然導致隨機存貯器中的數據和

20、程序喪失或損壞；更嚴重的是，如果此時計算機的讀寫磁頭正在工作的話，極易造成磁頭或磁盤的損壞；假設這些數據是在銀行清算系統或是證券交易等系統中喪失的話，后果更將不堪設想。2.1.2 UPS具備的根本功能為負載設備提供連續的不間斷的交流電能供給。具體采用的技術方法是：平時由電網系統供電，在電網出現異常而突然停電的時候，能夠迅速地切換到UPS內部電源供電。由于負載設備對供電穩定性的要求不同，對選用的UPS的切換速度要求也有所不同。比方，計算機內部的濾波電容放電只能維持計算機工作810ms 的時間，如果超過這個時間，機器就進入自檢重啟狀態。為了防止出現這些情況，必須要求UPS能在停電后10ms以內恢復

21、對負載的正常供電，提供電壓、頻率穩定的，準確的交流電能供給。電網中的一些強脈沖尖峰、高能浪涌等干擾也會引起計算機等一些電器設備的誤操作而帶來不必要的損失；市電供給在一些特殊情況下電壓也會發生較大的波動，對精確設備的工作也會造成不量的影響。因此，UPS供電系統，實際上還需要起到穩定電壓、頻率，過濾潔凈電源環境等功能。一些UPS系統，還具備過電壓，過電流平安報警，或自動保護功能。2.1.3 UPS電源的分類在線式onlineUPS供電系統 其單機功率：0.7kVA1500kVA。該系統的主備供電通路都是通過逆變器向負載供電的，由于市電經過了完善的濾涉及逆變轉換，所以它能為負載提供高質量的、純潔的正

22、弦波電源。并且它的抗雷擊能力也是一流的。 準在線式UPS 單機功率0.7kVA20kVA。這種UPS的逆變器只有當市電電壓低于150V或高于264V時才投入工作，向負載提供高質量的正弦波電源；而當電壓在150264V之間時，逆變器停止工作，UPS 向用戶負載提供經鐵磁諧振穩壓器或經變壓器抽頭調壓處理的一般市電電源。 后備offline正弦波輸出式UPS電源單機輸出功率：0.25kVA2kVA左右。當市電在170264V范圍內時，它向負載提供經變壓器抽頭調壓處理過的一般市電電源，僅當市電電源的電壓低于170V或高于264V時，逆變器才工作，蓄電池貯存的直流電逆變為正弦交流電向負載輸出。4 后備o

23、ffline方波輸出式UPS電源其單機輸出功率：0.25kVA1kVA。該種機型與后備正弦波機型的不同之處在于當市電電壓低于165V或高于270V時向負載提供的是具有穩壓特性的50Hz方波電源。該機在方波輸出時，適宜接阻害性負載，如果接感性負載的話，會燒毀UPS的逆變器或對負載產生損壞。2.1.4 UPS的根本原理 圖2-1 UPS工作原理圖Inverter逆變器Static switch靜態開關Control circuit with microprocessor用微處理器控制電路Rectifier整流器Input mains輸入電源Bypass line input separate旁路線

24、輸入External Battery外部電池Output輸出Standard Jumper on terminal board端子接線板上的標準跳線Signallings and command panel信號與命令板1Harmonic reduction Filter諧波過濾器(*)Only Harmonics reduction Filter version只有諧波降低過濾器的型號(*)Two rectifier in 12pulse version12脈沖整流器的型號DB15 femaleDB15凹DB9 femaleDB9凹DB9 maleDB9凸Remote control and

25、signals遙控與信號1-9 RS 232-1 line - for PC1-9 RS 232-1線-用于PC1-9 RS 232-2 line - for Modem1-9 RS 232-1線-用于調制解調器Backfeed Protection供電保護工作過程如下：市電電源先經過輸入濾波器，將市電中的高頻電磁干擾、射頻干擾、尖峰脈沖等干擾進行吸收、抑制處理，然后分成四路進入下面不同的處理局部： 1送到具有 “功率團數校正功能的整流器輸人端進行整流處理。 2進入 UPS鎖相同步電路，提取同步信號以便逆變器在市電停電時將蓄電池組產生的直流電進行瞬時同步逆變，保證負載側供電的同步連續性。 3經

26、充電器對UPS所配置的蓄電池組進行“浮充式充電，以便市電中斷時向逆變器提供充足的逆變能源。其浮充電壓應為電池組標稱端電壓的1.125倍。 4直接經交流旁路供電通道饋送到切換開關的常閉觸點上。這樣設計的目的是為了在當逆變器或微處理器發生故障時直接由市電向負載供電防止負載供電中斷，同時，啟動蜂鳴器報警，提示值班人員采取措施。這也是UPS高可靠性的一個表達。2.1.5 UPS主要技術指標新型UPS中的逆變器大多采用了PWM技術，同時采用了石英晶體振蕩控制逆變器的頻率，通過電壓負反響電路確保輸出電壓的穩定。它具開關電源的一系列特定點，通過精確調整脈沖寬度，保證功率穩定輸出，同時，開關管在截止期間沒有電

27、流流過，故自身損耗很小，主要技術指標如下： 1、額定輸出功率和最大輸出功率 2、切換時間 3、輸出電壓穩定度，參考值 ±0.5±2 4、輸出頻率穩定度，參考值 ±0.01±0.5% 5、輸出波形純粹正弦波輸出，電壓畸變小于1，不存在潛波失真的問題 6、效率高、損耗低。參考指標高于 90 7、故障率低、維護容易。由于微處理器監控技術和先進的IGBT驅動型SPWM等高技術的采用，目前的UPS已到達了極高的可靠性水平，對于大型UPS電源來講，其單機的年均無故障工作時間MTBF超過20萬小時已不成問題。如果采用雙總線輸出的多機“冗余型UPS供電系統，其MTBF甚

28、至可達100萬小時數量級。2.2 UPS的分類及連接技術的開展2.2.1 UPS的分類UPS的種類繁多，可以從不同方面進行分類。 按照輸出功率容量S的大小來分，從國內外的文獻上有兩種分法。一是分為4等：微型，S<3kVA；小型，3kVAS<10kVA;中型，10kVAS<100kVA;大型，S100kVA。二是分為3等：小型，S<10kVA；中型，10kVAS100kVA；大型，S>100kVA。 按照輸入輸出方式來分，有單相輸入單相輸出；兩相輸入兩相輸出；三相輸入三相輸出包括三相三線制與三相四線制兩種；三相輸入單相輸出。 按照輸出電壓波形來分，有方波,階梯波與正

29、弦波三種。 按照供電時間t的長短來分，有短時間供電t30min和長時間供電0.5h<t<10h兩種。短時供電中，一般的UPS標準后備時間有10min與30min兩種。 按照工作原理來分，有動態式前述電動機發電機組合與靜態式。靜態式又分為后備式、在線互動式與在線式三種。在線式又有雙變換在線式與雙逆變電壓補償在線式等。2.2.2 UPS的開展20世紀60年代以前，電網電源通過整流器輸出直流，驅動帶有很大飛輪的直流電動機，該電動機再帶動交流發電機，發電機發出交流給負載供電。當電網電源中斷后，利用飛輪的慣性使發電機繼續旋轉發電，同時起動油機并使其轉速與發電機轉速相同，再使油機離合器與發電機

30、相連繼續發電。這種方式雖然工作可靠，但設備笨重、效率低、噪聲大，現已根本淘汰。 20世紀60年代，UPS主要采用晶閘管，研究的重點是逆變換流技術，并隨著逆變技術的不斷完善，得到了較為廣泛的應用。存在的問題是：當時的普通晶閘管不具有自關斷特性，加上抗干擾能力較差，影響了UPS工作的可靠性。 20世紀70年代，逆導晶閘管得到應用，使得UPS裝置小型化，同時采用冗余并聯技術又提高了UPS的可靠性與輸出功率。 20世紀80年代，PWM技術的出現以及GTO和晶體管模塊的應用，使UPS結構緊湊，裝置更小，同時使用頻率更高。 20世紀90年代至今，采用了交流輸入的瞬時值控制方案和輸出電壓瞬時值控制技術，以及

31、GTR、VMOS、IGBT的應用，使UPS的功率因數得到進一步提高，其保護功能也進一步完善。 現在，人們正在研究采用具有容錯功能的冗余配置方案，解決當某臺UPS故障后，其他UPS 裝置繼續同步同頻、同相、同幅給負載供電的問題；另外，人們在研究UPS和計算機網絡之間建立雙向通信調控功能，實現計算機網絡對UPS的監控。總之，隨著電子技術的不斷進步，UPS必將朝著高可靠性、智能化、小型化的方向開展。2.2.3 UPS性能分類1后備式UPS 它是最早出現的靜態式UPS，由蓄電池、充電器、逆變器、自動穩壓電路與轉換開關組成。技術成熟，價格廉價，其功率多在2kVA以下，最大不超過3kVA，現在應用比擬廣泛

32、。其性能特點： 電網供電時的市電利用率高，在98%以上。 輸入的功率因數與輸入電流諧波的大小由負載的性質決定。 對負載電流的波峰因數、浪涌系數、輸出功率因數、過載能力等沒有嚴格的限制，輸出能力強。 輸出電壓的穩定度與精度都比擬差。 電網斷電時，輸出轉換開關受切換電流能力與動作時間的限制，轉換時間一般要410ms。 鑒于上述情況，后備式UPS只能用于一般要求下的小容量負載設備。 2在線互動式UPS 這種UPS由蓄電池、雙向逆變器或稱整流/逆變器、自動穩壓器與轉換開關組成。它克服了后備式UPS的缺乏主要是存在一定的轉換時間，同時輸出功率也增大到5kVA，屬于并聯功率傳輸方式。其性能特點： 具有后備

33、式UPS的前4個特點，但由于它的逆變器直接接在輸出端，處于熱備份狀態，因而對輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。 電網供電時可靠性高，同時逆變器給蓄電池充電，且充電能力強。 電網斷電時，UPS的開關轉換時間比后備式小得多。如果在輸入開關與自動穩壓器之間串一電感，逆變器可立即向負載供電，可使轉換時間減少到零。 UPS的輸出功率因數有所降低。 鑒于上述特點，在線式互動式UPS用于要求較高的小容量負載設備上。 3 雙變換在線式UPS 這種UPS由蓄電池、整流器、兩個逆變器與靜態開關組成。屬于串聯功率傳輸方式，輸出功率大，目前大功率的UPS多屬于這種形式。其性能特點： 無論電網斷電與否，都由逆變器給負載供電，

34、供電質量高。 電網斷電時，UPS輸出電壓不受任何影響，沒有轉換時間。 由于逆變器承當負載的全部功率，使得UPS的輸出能力欠缺，并且對負載提出電流峰值因數、過載能力、輸出功率因數等方面的限制條件。 由于當電網供電時兩個逆變器都還承當負載的全部功率，使得UPS的整機效率較低：當S<10kVA 時，效率80%；當10kVAS100kVA時，=80%90%；當S>100kVA時，=90%92%。 如果其中的整流器采用可控整流時，無功損耗大，輸入功率因數低，且輸入諧波電流對電網造成較大的污染。 這種UPS現在有采用IGBTPWMDSP整流技術或功率因數校正技術，使輸入功率因數大大提高接近1，

35、輸入諧波電流也可降低到3%以下，同時還具有一定的節能效果。它可以用于要求高的不同功率尤其是大功率的負載設備上。 4 雙逆變電壓補償在線式UPS 這種UPS由蓄電池、AC/DC/AC逆變器與DC/AC逆變器組成，它的主電路中采用了交流穩壓技術中的電壓補償原理Delte變換，它屬于串并聯功率傳輸方式，輸出功率大，同時可以克服雙變換在線式UPS的缺乏。其性能特點： 具有雙變換在線式UPS的前2個特點，即供電質量高，不存在轉換時間。 兩個逆變器中有一個逆變器AC/DC/AC兼備對輸入端功率因數的校正，可使功率因數提高到0.99，輸入諧波電流減少到小于3%。 電網供電時，兩個逆變器承當的最大功率只為輸出

36、功率的1/5，因而可使整機效率提高到96%，同時還可使功率器件的可靠性大大提高。 具有較好的節能效果。 這種UPS用于要求很高的不同功率主要是大功率的負載設備上。2.2.4 UPS日常維護為提高有線電視系統的可靠性，除應正確選用UPS外，還要認真做好日常維護工作。技術的成熟使UPS電氣局部的維護量極小，主要是蓄電池的維護。電池是UPS的重要支柱，也是UPS系統中較為薄弱的環節，在UPS的故障中有很大比例是由于電池問題引起的。電池性能的好壞將直接影響到UPS系統的可靠性。盡管使用的是免維護電池，但一定的維護是相當必要的。日常工作中除每日記錄UPS及充電器面板上的數據，還應注意以下幾點：1.浮充電

37、壓的設置對電池的壽命具有相當的影響。人為提高浮充電壓對蓄電池有害無益。實驗證明，蓄電池的浮充電壓設置偏高或偏低均會使其壽命顯著降低。浮充電壓過高，會引起電池正極腐蝕，電解液中的水被大量分解為氫和氧溢出，造成容量下降甚至損壞；浮充電壓過低，會使電池充電缺乏和電極硫酸鹽化。浮充電壓應嚴格按廠家說明書來設定。定期在線測量各電池端電壓，當各單體電池壓差過大時，要進行均充。2.如果長時間不停電，應每間隔3個月左右關閉市電，讓UPS電池對負載放電一次，以保證電池的活性。電池如果長期沒有放電，不僅會因硫化而降低容量，還會造成UPS省池瞬間不能輸出足夠大的電流使負載掉電。一般人為放電只需放出電池組額定容量的3

38、0%-50即可。在放電過程中應防止過大或極小電流放電，放電電壓不得低干蓄電池的終止電壓，防止電池深度放電。以實際負載計算那么人為放電時間應控制為：30%-50x電池組額定容量：實際負載量。放電期間要做好測試記錄，供日后比對。3.蓄電池的壽命與日常維護及正確使用有相當大的關系，如我縣與鄰縣同時開通市縣光纜節目，所配置的蓄電池也一樣。鄰縣不管停電時間長短均任其放電，導致蓄電池在短時間即徹底損壞。我縣機房對溫度、濕度嚴格控制，加之技術人員盡心維護，直到現在蓄電池仍運行良好。有一次由于停電時間長，一時疏忽造成蓄電池放電過度，致使復電后蓄電池充不進電現象。技術人員慎重地將充電電壓慢慢提高著充，一段時間后

39、充電電流終于逐漸上升，這時才將電壓調至正常值繼續充，直到充滿。2.2.5 UPS行業標準實施和現狀YD/T1095-2000?通信用不間斷電源-UPS?行業標準自2001年批準執行以來,至今已有6年。在1996年底原郵電部對通信電源實行進網管理時,UPS還沒有通信行業產品標準,對UPS進網質量檢驗主要引用了國家標準GB/T14715-93?信息技術設備用不間斷電源通用技術條件?,此標準是UPS產品的通用技術條件(以下簡稱“通用技術條件),由于當時我國UPS技術開發和制造業處于起步階段,無論是技術水平或單機容量與國外產品相比尚存在較大的差距。而且市場上銷售的小容量UPS幾乎都是為PC機供電,所以

40、在“通用技術條件中沒有對輸入功率因數、輸入諧波電流、輸出穩壓精度以及輸出電流峰值系數等技術指標作出相應的規定。 YD/T1095-2000的制定,主要是根據通信行業的負載特點提出了不同程度的要求。對UPS的輸入技術參數確實定主要根據有源補償與無源補償的特性,并沒有考慮到三相六脈波根本電路的輸入參數。為了便于通信局、站電源系統的集中監控,對UPS提出了應具有遙測、遙信功能,并對遙測、遙信內容做了相應的規定。與此同時,也注意到一些用于非重要場合如辦公室自動化、各單位內局域網及效勞器的供電對小容量(10kVA以下)UPS的一般要求,在標準中把與此相關的技術指標分為三類(、類),類指標可滿足上述高端用

41、戶在重要場合下運行的要求。而類指標可到達在非重要場合下運行的一般要求,類指標介于類與類之間,可供用戶根據負載特性及使用環境來綜合選擇。 2004年3月,通信電源由進網管理正式轉變為產品質量認證的行業管理,此標準作為UPS產品檢驗的依據標準和產品質量認證現場檢查的局部依據。在產品質量認證的初期,申請認證的UPS均為雙變換(在線)式,這種形式的大功率UPS(100kVA以上)根本上都是國外品牌產品,其中局部UPS的輸入主電路采用了先進的IGBT(PWM)整流技術,輸入功率因數可達0.99以上,輸入電流諧波含量小于5%。采用三相12脈波整流器配置無源11次諧波濾波器的UPS滿載輸入功率因數也可到達0

42、.95以上,輸入電流諧波含量低于10%。即便是三相6脈波整流器配置無源5次諧波濾波器的UPS,其上述兩項指標也優于標準中類技術要求。以上幾種形式輸入電路的UPS整機轉換效率均可90%,逆變至旁路轉換時間一般都可做到無間斷轉換或1ms(毫秒)左右的轉換時間,符合標準中類與類的技術要求。 對于國產小功率(尤其是20kVA以下)的UPS,變換技術和主電路結構各具不同,目前一般可分為雙變換(在線)式、互動式和后備式三種。所采用的變換技術可分為高頻或工頻變換。電路結構根據不同的變換技術也各不相同,其中高頻雙變換(在線)式(以下簡稱高頻在線式)UPS無工頻變壓器,在整流器與逆變器之間設有一級高頻DC/DC

43、變換電路,其主要功能是對交流輸入端進行功率因數補償(PFC),如采用連續電流控制方案可將輸入功率因數提高至0.98左右,輸入諧波電流含量可控制在10%以內,轉換效率一般大于88%,甚至更高,雖然過載能力較差一些,但也能滿足標準中的類技術要求。其它主要技術指標與標準有著較好的符合性。 與高頻機相比,工頻變換尤其單相輸入的UPS(簡稱工頻機)在以上幾項主要技術要求中表現欠佳。由于工頻機沒有輸入功率因數補償功能,所以其輸入功率因數PF只能到達0.7左右,根據功率因數PF與諧波電流含量(THD)的關系式: THD(I)=(1/PF)2-1可計算出輸入諧波電流含量THD(I)將到達100%,實際測量的結

44、果也是如此,也就是說在其輸入端產生的諧波電流的有效值與基波電流有效值相同。如此大的諧波電流無疑要對電網及與電網并聯的其它用電設備造成不同程度的傳導干擾,另一方面還要占有交流輸入電源的一局部容量,在諧波電流流過的導線及熔斷器上將產生無用的有功功率,并全部轉換為熱量使導線及熔斷器的溫升增大。另一方面輸出容量在1020kVA工頻機的轉換效率一般只能做到85%左右,甚至更低,所以上述幾項技術指標很難到達標準中的要求。工頻機的過載能力較強,一般可到達標準中類技術要求,逆變至旁路轉換時間與高頻機相比無明顯差異。 由于這種UPS裝有工頻變壓器,所以無論是整機重量或制造本錢與高頻機相比都比擬高。以一臺效率為8

45、5%的10kVA工頻機帶70%的負載為例,與效率為90%的同容量高頻機在同樣的條件下運行一年所消耗的電量相比,工頻機比高頻機多消耗近4000度電。由于上述原因,再加之2005年至2007年原材料價格上漲,這也是導致工頻機在國內市場占有率逐漸下降的原因之一。 一些多年生產工頻機的企業面對市場需求與行業的監督管理,一方面著手引進或開發高頻變換技術,而另一方面對現有工頻機的輸入功率因數和輸入諧波電流采取機外補償的措施。但采用補償措施后的工頻機很難適應市場的要求。 面對上述小功率工頻UPS存在的問題,一方面要對市場(用戶)采取積極正確的引導措施,電網運營及通信行業主管部門對廣闊用戶和UPS生產企業積極

46、地進行節能環保的宣傳。另一方面技術質量監督機構和產品質量檢驗機構要加大對此類產品的監督力度,只有這樣才能加快這些高能耗且對電網嚴重污染的UPS從國內市場上退出。 互動式UPS可為一般負載(主要是辦公自動化的計算機等)提供較為穩定可靠的供電。此種UPS的輸出容量一般在5kVA以下,其電路結構比擬簡單,主變換電路只有一個可雙向變換的變換器,當市電電壓在負載允許變化的范圍內時,市電通過UPS內部帶有多路抽頭的穩壓器直接對負載供電,同時其內部的變換器以AC/DC整流方式對蓄電池充電;當市電電壓的變化范圍超過負載要求時,其內部的穩壓器通過多路抽頭的切換將UPS的輸出電壓穩定在負載允許范圍內。如果市電停電

47、或電壓、頻率超過UPS的允許范圍,此時UPS的工作方式將轉入逆變狀態,其內部的變換器以DC/AC逆變方式將蓄電池的直流電壓變換為交流220V正弦波或準方波電壓繼續為負載供電。另有一些互動式UPS無論工作在哪種狀態,其變換器的控制電路始終檢測并跟蹤著市電交流電壓的頻率和相位,以滿足兩種工作方式在同頻率同相位狀態下相互轉換的要求。 互動式UPS具有電路結構簡單、可靠性高、正常工作時過載能力強、高效節能等優點。同時也存在一些缺乏之處,由于其輸入端只有高頻無源濾波電路而沒有功率因數補償功能,所以非線性負載產生的諧波電流幾乎完全由交流電網提供,因而對交流電網會產生諧波傳導干擾,反之,來自交流電網的各種干

48、擾也會直接影響負載的正常工作。在市電供電時,其輸出電壓的穩定性決定于市電的波動性與其內部穩壓電路的抽頭數量以及兩抽頭間電壓變化量。當抽頭數量較少且兩抽頭間繞組匝數較多時,穩壓電路在調節輸出電壓時會出現輸出電壓過高或過低的現象。只要將抽頭數量適當增加,輸出電壓便可穩定在一個變化較小的范圍內,雖然其穩壓性能較上述雙變換式UPS差一些,但也可以滿足一般負載的要求。由于電路結構的特點,這種UPS沒有旁路轉換功能,在DC/AC逆變器進入供電狀態之前,必須使輸入主電路與市電電網別離,防止逆變器向市電電網反向供電。所以互動式UPS的市電與電池的轉換時間不會比上述雙變換UPS的轉換時間快。但一般可小于10ms

49、,較快的可做到7ms左右,這對一般的計算機不會影響其正常運行。互動式UPS雖然沒有雙變換UPS的隔離功能與輸入功率因數補償,但是由于容量小對交流電網的諧波干擾也較小,正常工作時只有穩壓器的鐵損和銅損,所以轉換效率很高(可達98%)。這種UPS較適用于交流電網供電質量較好的條件下工作,其主要作用是防止交流電網瞬間短時間掉電或因前級交流配電故障突然停電而喪失未存儲的數據。 目前由于對通信電源行業管理的需要,互動式與后備式UPS也納入對電源產品實行的質量認證所涵蓋的產品,但目前還沒有一個能與之相適應的行業標準作為互動式與后備式UPS產品質量檢驗及現場檢查的依據。雖然“通用技術條件中一些技術要求工程能

50、與互動式UPS相符合,但是由于當時國內UPS的技術狀況,這些技術要求的上下和與之相對應的試驗方法也不能適應目前對互動式UPS技術指標的質量檢驗。對后備式UPS而言也同樣存在此問題,也就是說“通用技術條件中的試驗方法不具備互動式UPS檢驗的可操作性。 近幾年來由于用戶對雙變換在線式UPS運行可靠性要求的不斷提高,國內外UPS生產廠家分別推出了單機柜冗余式UPS。這種形式的UPS系統是由假設干個小功率(35kVA)的模塊UPS在系統機架上并聯組成,每個模塊都具有雙變換在線式UPS的電路結構與根本功能,系統的監控單元可對所有模塊UPS實施統一管理。 此種形式UPS系統的可靠性及可用性與上述單機柜無冗

51、余UPS相比有了較大的提高。由于這種UPS的系統是由假設干個小功率的模塊UPS組成,所以系統的轉換效率有可能低于同等容量UPS單機的效率,而且其輸入功率因數與諧波電流的補償是在每個模塊UPS上實現的,可能會使整機硬件本錢加大。由于單機柜冗余式UPS的監控單元要控制幾個或十幾個模塊UPS,使其輸出電壓均等,跟蹤電網頻率與相位,并使故障模塊迅速退出系統及旁路轉換的一致性等,會使控制系統的電路結構與技術較為復雜。在電磁兼容性方面也要做一些特殊考慮。 由于多方面原因,目前我國大多數UPS制造廠家在中、大容量(80kVA以上)UPS的自主設計、制造能力與美國和歐洲相比還處于較落后的水平。這主要和我國根底

52、工業(機械與電子工業)的平均水平有關,現在國內雖然有少數UPS制造企業也能制造出5080kVA或容量更大的三相UPS,但就其部件及整機的制造工藝水平還沒有到達標準化大批量生產的水平。輸入主電路的技術水平一般停留在三相6脈波形式,或在每相交流輸入電路中串聯帶有鐵心的電感,以此來減小輸入諧波電流含量,這樣雖然在輸出額定負載時輸入諧波電流含量可到達20%左右,輸入功率因數一般不會超過0.9,轉換效率很難到達90%。如果要進一步提高上述技術指標可考慮配置12脈波整流器,但是80kVA以下的UPS配置12脈波整流器會使整機價格增加較大,性能價格比擬差而失去價格競爭力。而國內市場對國產大容量UPS價格水平

53、的認可度較低,所以國產大容量UPS一時很難找到適宜的市場切入點。 多數UPS生產廠家對大容量UPS復雜的控制及保護電路技術的掌握程度和設計水平,目前還未到達能自主靈活設計的程度,在這方面可能也存在一些控制電路專用芯片的所有權問題。另有一些UPS制造商是以從國外進口零部件在國內組裝貼國內品牌參與市場競爭,還有一些UPS制造商只購進主要零部件,在國內完成整機結構設計并經組裝調試后成為自有品牌的產品。近十幾年來由于我國通信及信息網絡的快速開展,為大容量UPS提供了一個巨大的市場,大容量UPS的設計與制造水平可以作為衡量電力電子工業的現有技術狀況的一個標準。我國對大容量UPS關鍵技術的開發應充分發揮國

54、內研發能力較強的UPS生產企業、具有功率電子學研究與試驗能力的高校試驗室及專業技術人員的作用,電源學會與行業協會發揮技術指導與社會協調等作用。同時也要不斷提高我國根底工業的平均水平。第三章 UPS電源的應用和工作原理3.1準方波輸出的后備式UPS的工作原理11當市電供電正常時，在微處理器的控制下，位于UPS中的方波逆變器處于自動關機狀態。與此同時，市電電源分兩路去控制后級電路的運行1(1)經電池充電器向蓄電池組充電。(2)不穩壓的市電電源經位于交流旁路通道上的交流穩壓電路而經轉換繼電器開關的常開觸點饋送出其輸出穩壓精度為220V±6的正弦波交流電源。12當市電供電中斷或市電

55、供電不正常時，在微處理器所發出的控制信號的作用下，UPS電源將從交流旁路供電狀態轉人由逆變器供電狀態：(1)UPS中的逆變器立即向外送出220V、50Hz的“穩壓方波電源。這路方波電源被送到繼電器轉換開關的常閉觸點上，向用戶負載供電，在此條件下，負載不允許是電感性負載，否那么，會燒毀用戶的負載設備或UPS的逆變器。(2)將UPS中的電池充電器置于自動關機狀態，從而到達最大限度地利用蓄電池組的能量來支持逆變器電源向負載供電。當電池組的電壓正常時，喇叭每4s響一次，電壓偏低時，每一秒鐘響一次。13當UPS處于逆變運行狀態下，就進人故障運行狀態：(1)輸出端出現過載或短路故障。(2)市電不正常時間過長，電池組電壓過低。(3)UPS的逆變器損壞(多數都是由位于逆