UPS基本概念什么是UPS？電能質量國家標準摘要電網存在的質量問題UPS的分類UPS的基本組成部件功率因數UPS系統的組成GE數字能源-電源質量

劉天宇——南區什么是UPS?中文是“不間斷電源”(uninterruptiblepowersupply)

它是能夠實現兩路電源之間無間斷地相互切換的電氣裝置

有時人們叫它“不停電電源”，這種說法從專業上來說是不確切的。因為電源是能夠提供電能、實現其他能量轉換成電能的裝置。UPS不能依靠能量的轉換來提供電能，因此從嚴格意義上講，UPS不是一種電源。它只是提供一種兩路電源之間無間斷轉換的機會，這才是UPS設計的主要思想。UPS的價格之所以昂貴，就是貴在這種不間斷切換的特點上。UPS=VFI+BAT為什么要使用UPS？ 理論上講，供電設備應提供固定幅值和頻率的正弦波電壓（比如低壓配電系統中400V，50Hz）。但實際的情況是，市電在額定值附近波動。

電能質量國家標準摘要

標準編號標準名稱允許限值說明GB12325—90供電電壓允許偏差

(1)35kV及以上為正負偏差絕對值之和不超過10％；

(2)10kV及以下三相供電為±7％；

(3)220V單相供電為+7％，一10％衡量點為供用電產權分界處或電能計量點GB2326—2000

電壓波動和閃變電壓變動d的限值和變動頻度r(h-1)有關：當r≤1000時，對于低壓(LV)和中壓(MV)，d=1.25％～4％；對于高壓(HV)，d=1．O％～3％；對于隨機不規則的變動，d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，閃變限值如下表：此標準為GB12326—90修訂版衡量點為電網公共連接點(PCC)；Pst每次測量周期10min，取實測95％概率值；幾每次測量周期2h，不得超標；

(3)規定限值分三級處理原則；提供預測計算方法，規定測量儀器并給出典型分析實例。系統電壓等級LVMVHV

Pst

1.0

0.9(1.0)

0.8

P1t

O．8

O．7(O．8)

O．6注1．括號中的值僅適用于所有用戶為同電壓級場合。

2．Pst為短時間閃變；P1t為長時間閃變。電能質量國家標準摘要標準編號標準名稱允許限值說明GB／T14549—93公用電網諧波各級電網諧波電壓限值(%)衡量點為PEC，取實測95％概率值；對用戶允許產生的諧波電流，提供計算方法；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規定；(4)對同次諧波隨機性合成提供算法電壓(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV電網參照110kV執行。

2．表中THD為總諧波畸變率。GB／T15543—1995三相電壓允許不平衡度

(1)正常允許2％，短時不超過4％；

(2)每個用戶一般不得超過1.3％。

(1)各級電壓要求一樣；(2)衡量點為PCC，取實測95％概率值或日累計超過不超過72min，且每30min中超標不超過5min；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規定；

(4)提供不平衡度算法。GB／T15945—1995電力系統頻率允許偏差

(1)正常允許±0.2Hz，根據系統容量可以放寬到土0.5Hz；

(2)用戶沖擊引起的頻率變動一般不得超過土0.2Hz對測量儀器提出了基本要求電能質量國家標準摘要電噪頻率波動斷電諧波尖峰欠壓過壓電網中干擾的類別與比例

UPS的作用兩路電源之間的無間斷相互切換

隔離作用電壓變換作用頻率變換作用提供一定的后備時間UPS的兩路電源無間斷相互切換功能UPS二路供電一路供電M1M2輸出UPS的隔離作用整流器直流逆變器交流輸入交流輸出將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及電壓噪聲等電網干擾阻擋在負載之前，既使負載對電網不產生干擾，又使電網中的干擾不影響載。

UPS的電壓變換作用輸入電壓變換輸出380V220V380V400V415V（穩壓作用）220VUPS的頻率變換作用50Hz50Hz60Hz輸入頻率變換輸出（穩頻作用）60HzUPS的后備功能整流器逆變器交流輸入負載電池

UPS帶有電池，貯存一定的能量，一方面在電網停電或發生間斷時繼續供電一段時間來保護負載；另一方面在UPS的整流器發生故障時使用戶有時間來保護負載。按照用戶的要求，后備時間可以是15分鐘、30分鐘、1小時、2小時等，甚至更長。UPS的高質量及高可靠性供電UPS的分類動態型（旋轉型）

發電機+慣性飛輪+直流發電機靜態型

后備式

在線互動式 雙變換在線式動態UPS這一類UPS使用旋轉機械來實現UPS的功能，獲得“旋轉逆變器的功能”。這一類UPS實際上是將一臺高度簡化的靜態逆變器與一個電動機-發電機結合在一起。逆變器濾除市電的騷擾，同時只控制其輸出電壓的頻率(通常以方波的形式)，并為電動機-發電機組供電。電動機-發電機組有時還會與飛輪組合在一起。電動機-發電機組產生以逆變器輸出頻率為參考的正弦波電壓輸出。

18靜態UPS-后備式靜態UPS-在線互動式靜態UPS-雙變換在線式性能特點——將關鍵負載和交流輸入完全隔離。逆變器總是在向負載供電：當輸入電源中斷時，輸出電壓沒有瞬時的下降，因為逆變器總處在運行的狀態，并總是由直流輸入供電；共模噪聲防護：輸出逆變器通常包括一個隔離變壓器，這一隔離變壓器可以產生一個分離的中性線，這樣就使得UPS被電氣隔離，從而對負載提供共模噪聲保護；市電存在時，串連的兩個變換都承擔100%的負載功率，所以UPS整機的效率較低。靜態UPS-雙變換在線式UPS用功率器件1.可控硅（晶閘管）SCR普通型SCR電壓高達6000V，電流達數千安培，自身電壓降約為1.5V。開通時僅需在控制極上加一個小觸發脈沖，關斷電路復雜，工作頻率不大于500HZ，主要用做整流器和靜態開關。2.IGBT場效應晶體管IGBT是新發展起來的復合型電力電子器件，既有單極型電壓驅動的MOSFET的優點，又有雙極型器件BJT耐壓高，電流大的優點。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達100KHZ。普遍用于逆變器和斬波器，有的也用于整流器。UPS的基本組成部件整流器逆變器靜態開關電池SiteProLanProSG工頻高頻（PFC整流器）功率器件SCR轉換形式AC-DC功率器件SCR轉換形式AC-DC功率器件IGBT轉換形式AC-DC功率器件IGBT轉換形式AC-DCTrueProUPS整流器SCR工頻整流器由三只或六只可控硅SCR組成的三相整流橋，分別稱為六脈沖和十二脈沖整流器。這種類型的整流器吸收n=6k

1(這里的k為整數)次的諧波電流，主要是H5和H7，H11和H13的幅值相對較小。利用濾波器可以控制這些諧波對上線的注入。

UPS整流器正弦脈寬調制（SPWM）逆變器正弦脈寬調制是根據能量等效原理發展起來的一種脈寬調制法，利用三角波和正弦波的共同作用而產生出正弦脈寬調制波。目前市場上UPS大多采用這種逆變器調制方式。UPS逆變器UPS逆變器用于將負載從逆變器切換到旁路，并且在切換時對負載的供電沒有任何間斷。容錯功能使供電系統在各級供電發生故障的情況下以“低級”方式運行。在維修所必須的時間內，負載繼續得到供電并創造產值。容錯功能

有意識的逆變器停機；過載超過了逆變器限定的能力；過溫；

內部故障。以下的任意一種原因都可能導致自動切換：

UPS靜態旁路1)RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthemainsfails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性2）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性3）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性4）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性UPS需要一個儲能系統在市電故障或超限的情況下給逆變器供電。存儲的能量必須具有如下的特性：

它能立即用來提供過渡市電的間斷、短期的電壓下降或停電時的電力；

具有足夠的功率來為所有負載供電，即其額定容量等同于UPS系統本身的額定容量；后備時間能適合負載的需要，并且能持續到獲得其它的能源；(例如由一臺發電機組提供長時間的后備)。

電池：-密封鉛酸電池，-膠體電池，-鎳鎘電池。

超級電容；

飛輪：-傳統飛輪，以低速旋轉(每分鐘1500轉)并結合發電機組；-中速(每分鐘7,000轉)或高速(每分鐘30,000到100,000轉)飛輪。輸入功率因數和輸出功率因數輸入功率因數低時的危害視在功率的損失

電纜中的溫度升高

中線電流增大自污染負載損壞電容變壓器降容(Derating)越高越好UPS的供電質量線性負載非線性負載對各種電氣裝置，諧波電流既不會產生有功功率也不會產生無功功率，只是通過焦耳效應產生損耗，即轉變為焦耳熱(ri2)。

諧波諧波會造成電網的功率損耗增加、設備壽命縮短、保護功能失常、通訊系統紊亂，還會引起變電站局部并聯或串聯諧振，造成電壓互感器等設備損壞；

特別是可能導致計算機系統無法正常工作，從而造成巨大損失。諧波電壓失真度反映出了電流的失真度，并且隨著非線性負載上的阻抗累積而逐步增