針對(duì)UPS電源可靠性的相關(guān)研究

鄺 宇，袁瑜霞（中科院廣州電子技術(shù)有限公司，廣州 50070; 中外運(yùn)空運(yùn)發(fā)展股份有限公司華南分公司，廣州 50030）

針對(duì)UPS電源可靠性的相關(guān)研究

鄺 宇1，袁瑜霞2
（1中科院廣州電子技術(shù)有限公司，廣州 510070; 2中外運(yùn)空運(yùn)發(fā)展股份有限公司華南分公司，廣州 510030）

作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，穩(wěn)定的UPS電源對(duì)于保證系統(tǒng)的正常運(yùn)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(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

UPS電源；可靠性；研究

0 前言

UPS電源是一類包含儲(chǔ)能設(shè)備，主要采用逆變器進(jìn)行恒壓恒頻工作的不間斷電源，其通常應(yīng)用在各類電力電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。在電量輸入保持恒定時(shí)，UPS會(huì)將電力穩(wěn)壓后提供給負(fù)載使用，此時(shí)UPS相當(dāng)于一臺(tái)交流穩(wěn)壓器，其還可為機(jī)內(nèi)電池進(jìn)行充電。UPS電源不但在斷電時(shí)能延長供電時(shí)間，且能改善供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。因此，加強(qiáng)有關(guān)UPS電源可靠性的研究，對(duì)于改善UPS電源的應(yīng)用質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)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(yùn)行狀態(tài)下，利用市電直接為負(fù)載進(jìn)行供電，若市電供電出現(xiàn)故障，蓄電池才會(huì)采用逆變器實(shí)施供電，且利用UPS的逆變器為負(fù)載供應(yīng)交流電。也就是UPS電源的逆變器需持續(xù)保持對(duì)負(fù)載進(jìn)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(jìn)行交流電供電，若市電發(fā)生故障，則UPS轉(zhuǎn)換至蓄電池至逆變器的模式進(jìn)行供電。僅在蓄電池放電至最低電壓時(shí)，利用控制電路輸出信號(hào)對(duì)自動(dòng)切換開關(guān)進(jìn)行控制，切換至側(cè)路交流旁路的市電供電。在市電供電恢復(fù)正常后，UPS可再次切換至有逆變器進(jìn)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(shí)施供電，由此可防止市電電網(wǎng)外部的各類電源波動(dòng)及干擾影響負(fù)載供電。相對(duì)而言，在線式UPS電源供電質(zhì)量要比后備式UPS電源更優(yōu)越。在線式可完成對(duì)負(fù)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(diào)的調(diào)制方式，在逆變時(shí)可依據(jù)旁路電源相角信息和頻率實(shí)施調(diào)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(biāo)準(zhǔn)。逆變器依據(jù)用戶自定的電壓值實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，由此在工作時(shí)刻保持主供電回路電源同旁路電源符合同期標(biāo)準(zhǔn)。UPS電源設(shè)有同期監(jiān)測設(shè)備，僅在兩路電源符合同期標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才可實(shí)施相互切換。UPS電源設(shè)定有自動(dòng)切換程序，在通過主供電回路電源進(jìn)行供電時(shí)，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(huì)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(shè)旁路切換裝置

為避免逆變器故障造成UPS供電中止，設(shè)定旁路交流電源。在逆變器發(fā)生故障時(shí)，旁路交流電源會(huì)利用接觸器與靜態(tài)開關(guān)自行切換且?guī)ж?fù)荷運(yùn)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(yùn)行，僅在主電源保持正常時(shí)，才可自動(dòng)切換至主電源運(yùn)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(dǎo)致逆變器輸入電源電壓減小，則直流電源會(huì)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(guān)實(shí)現(xiàn)。在UPS電源主供電回路出現(xiàn)故障需轉(zhuǎn)換至旁路電源時(shí)，需先閉合旁路電源側(cè)的靜態(tài)開關(guān)，以保證主供電回路與旁路電源同時(shí)工作，隨后再切斷主回路側(cè)的接觸器，然后閉合旁路側(cè)的接觸器并斷開旁路側(cè)靜態(tài)開關(guān)，由此，旁路電源會(huì)通過接觸器進(jìn)行供電。靜態(tài)開關(guān)的閉合與斷開需在切換時(shí)進(jìn)行，切換完成后需依靠與其并聯(lián)的接觸器實(shí)施供電，由此減小靜態(tài)開關(guān)的功率消耗。

2.2 采用恰當(dāng)?shù)倪B接方式

（1）初級(jí)并聯(lián)方式。初級(jí)并聯(lián)是兩臺(tái)UPS電源共同使用一組靜態(tài)旁路開關(guān)，且增設(shè)并聯(lián)柜以調(diào)控負(fù)載電流進(jìn)而實(shí)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(shè)一個(gè)并聯(lián)柜，也就是在傳統(tǒng)工作系統(tǒng)上設(shè)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(guān)，以采用同組靜態(tài)開關(guān)。相比串聯(lián)熱備份或單臺(tái)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(fù)載類屬于非線性負(fù)載，則易引發(fā)逆變器燒損；若靜態(tài)開關(guān)自身發(fā)生故障，則整體供電系輸出便會(huì)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(dǎo)致逆變器燒損。

（2）高級(jí)并聯(lián)方式。高級(jí)并聯(lián)方式主要通過并聯(lián)通訊板完成，其工作原理同計(jì)算機(jī)并聯(lián)工作方式類似。整體并聯(lián)系統(tǒng)主要通過導(dǎo)航UPS輸出脈沖對(duì)并聯(lián)的UPS進(jìn)行控制，此時(shí)并聯(lián)環(huán)路內(nèi)的UPS器件均采用并聯(lián)方式進(jìn)行工作。若導(dǎo)航UPS停止工作，則下級(jí)UPS機(jī)會(huì)自動(dòng)升成導(dǎo)航器，以調(diào)控其他UPS，若上級(jí)UPS工作恢復(fù)穩(wěn)定，則又會(huì)返回由其控制。若并聯(lián)環(huán)路內(nèi)的其他UPS產(chǎn)生運(yùn)行故障，則會(huì)自行退出。此種連接方式可確保整體UPS均通過一臺(tái)UPS進(jìn)行信號(hào)控制，由此可提高不同UPS間輸出動(dòng)態(tài)特性與參量的同步性，且可克服初級(jí)并聯(lián)難以解決的內(nèi)部環(huán)流問題，及靜態(tài)旁路開關(guān)的一致性問題[3]。

2.3 做好日常檢查維護(hù)

（1）儲(chǔ)能電池多選用免維護(hù)電池，但僅對(duì)配比、測比、定時(shí)添加蒸餾水等工作免維護(hù)。由于外部工作環(huán)境和非正常工作狀態(tài)同樣會(huì)影響電池運(yùn)行質(zhì)量，所以仍應(yīng)加強(qiáng)電池的檢查維護(hù)。UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)檢修重點(diǎn)在于電池，特別是儲(chǔ)能電池外設(shè)的UPS電源，如SIS服務(wù)器UPS電源、輔控網(wǎng)服務(wù)器UPS電源。日常工作時(shí)，各組電池應(yīng)有2只以上的電池作為標(biāo)識(shí)電池，以為電池組工作狀況提供依據(jù)，且應(yīng)做好定期測量記錄。

（2）UPS電源主機(jī)應(yīng)做好定期除塵機(jī)防塵。通常應(yīng)每隔三個(gè)月進(jìn)行深入清潔一次；在除塵過程中，應(yīng)對(duì)各插接件及連接件接觸狀況進(jìn)行檢查，以排除松動(dòng)、接觸不良問題。

3 結(jié)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(zhì)量及效率，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)UPS電源工作可靠性的研究，總結(jié)UPS電源工作可靠性原理及改善技術(shù)措施，以逐步提升UPS電源可靠性運(yùn)行水平。

[1]馬亮．淺談UPS電源的技術(shù)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(hù)[J].黑龍江科技信息，2012,06（10）:61-62.

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