不间断电源（含有储能装置的不间断电源）

分类及结构

1、旋转发电机式UPS，一种利用发电机来达到不间断供电目的的设备，它有三种：带飞轮的交流电动机-交流发电机组，带电池组的直流电动机-交流发电机组和内燃机UPS系统，由于设备笨重现在已很少使用。

2、静止变换式UPS利用半导体器件、电池等组成的系统来实现不间断供电的设备。其基本结构如图1所示：

静止变换式(双变换式)UPS 基本结构图

（1）输入滤波器，主要的作用是抑制天电干扰、工业干扰及其他电磁干扰、浪涌等外来干扰，以保护UPS内部元器件和电路的安全。

（2）整流器、充电器将输入交流电压变成直流电压的装置，整流器一般采用晶闸管整流电路，以达到稳压目的。

（3）电池组起储能作用，一般采用密封式免维护铅酸蓄电池。也有的采用碱性蓄电池，如铬镍电池等。

（4）逆变器将直流电压转换成交流电压的装置。

（5）隔离变压器将逆变器送来的交流电压变换成负载所需的值。

（6）转换开关及其监控器转换开关在其监控器的控制下，根据UPS的运行状态进行转换。

静止变换式UPS按工作模式可分为在线式、后备式及在线后备混合式，按其结构又可分为双变换式和线路交叉式。

（1）后备双变换式UPS(参见下页图1)在电网正常供电时，UPS的输出电压由工作旁路支路提供，只有当电网异常时，其转换开关才打向下方，输出电压才由电池组—逆变器—隔离变压器这一支路供给。在电网正常时，电网输入除一路向输出供电外，另一路经输入滤波器、整流器、充电器支路向电池组充电。后备式UPS的优点是效率高、可靠性高、结构简单，缺点是供电质量差，有切换时间，输出波形一般为方波或梯形波。

（2）在线双变换式UPS(参见图1)无论市电正常与否，UPS输出电压始终取自输入滤波器—整流器、充电器—逆变器—隔离变压器支路，这时转换开关的触点与下端(隔离变压器)相合。当逆变器故障或过载时，开关才打向上方，改由工作旁路供电。在线式UPS优点是供电质量高，市电断电时无切换时间(因多为静态开关)，大都输出正弦波。缺点是效率低，结构复杂。

（3）在线线路交叉式UPS基本结构见图2，线路交叉式与双变换式不同的是在旁路上加进了滤波器、电网电压调节器等装置，在电网正常时，两条支路同时工作或交叉工作。当电网出现故障时，由下支路单独供电。线路交叉式具有高效率、结构简单、供电质量高和切换时间为零的优点。

图2 线路交叉式UPS 基本结构

（4）在线后备混合式UPS结构原理见图3。它由两条支路组成，当电网正常时，电网输入经过整流器送逆变器。同时电网给电池组充电，如图中实线所示，当电网异常时，则由电池组通过直流变换器向逆变器供电。如图中虚线所示，由于采用了综合器，没有转换开关，切换时间为零。

图3 在线后备混合式UPS 结构原理

3、动静结合式UPS由一个静止变换式UPS和一个直流发电机组成，当市电正常时，UPS正常运转。一旦市电异常，UPS由机内电池供电。如果市电短时间不能恢复，当电池放电到一定电平时，自动启动直流发电机为UPS机内电池充电，使电池的放电不间断地维持下去。^[1]

技术指标

UPS的主要技术指标如下：

（1）容量，指UPS的输出功率，其单位通常用VA表示。

（2）输入电压范围，指UPS不用电池供电时，电网输入电压的最大值和最小值。

（3）负载稳定度，当负载在指定范围变化时，UPS的输出电压变化范围。

（4）效率UPS，输出功率与输入功率之比。

（5）输出电压谐波失真，指UPS输出电压中高频分量所占比例。

（6）音频噪声UPS工作时机内发出的可听见的声音。

（7）切换时间，将负载从电网供电支路转换到电池供电支路或相反过程中，由于转换开关的作用，负载上会出现无电的一段时间，这段时间就是切换时间。^[1]

工作原理

典型的UPS系统框图如图1所示，它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器，以及把直流电再变为交流电的逆变器，电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况(以在线式UPS电源为例)。

不间断电源

（1）市电在UPS所允许的范围内正常供电时，如图2所示，粗线描绘了电源能量的流向。

（2）主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由逆变器提供能量如图3所示。

（3）当所带负载过大或电源内逆变器出现故障时，UPS将打开旁路由主电源直接供电。

不间断电源

（1）单台UPS电源能够供给全部负载，连接图如系统的原理图，连接方法较简单。

（2）总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给，如图5所示，这种连接方式称作并联无备份方式。

（3）二台或二台以上UPS电源其总容比负载总容里要多，但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量，任何一台UPS电源故障时，其余仍能供给全部负载，如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。

（4）整个UPS电源系统出现故障后，市电将UPS电源脱开，直接接通负载，且不影响UPS电源系统的维修，这种线路设计如图7所示。

不间断电源

当UPS电源系统无故障时，维修开关打开，输入开关、输出开关闭合；当UPS电源系统故障时，维修开关闭合，输入开关、输出开关打开。这样，保证了用电负载的正常工作，而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。

优点

不间断电源的主要优点，在于它的不间断供电能力。在市电交流输入正常时，UPS把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给后级负载使用。一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么UPS会启用备用能源-蓄电池，UPS的整流电路会关断，相应的，会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给后级负载使用。这就是UPS不间断供电能力的由来。图1是典型的UPS框图。

不间断电源

应用发展

广泛应用的UPS是静止变换式UPS，它大量用于各种微型计算机供电系统中，由于微型计算机内采用的是开关电源，对输入波形要求不严格，正弦波、准方波和梯形波都能适应，因此常用后备双变换式UPS。

对计算机联网系统，既要求供电质量高，又要求可靠性高。因此多采用在线式UPS，为了提高可靠性，还要采取两台以上UPS并联、串联等冗余措施。先进的UPS内部采用微型计算机监控，通过RS-232C接口与外部通信，已成为计算机系统的一个有机部分。除了在计算机领域外，UPS在通信等领域也有广泛的应用。^[1]

采购要点

一、稳定性

因为UPS是起保障作用的，因此它自身的稳定性更为重中之重。所以，当用户选购UPS产品的时候，不管是中小型企业用户还是其他，首先必须考虑UPS产品的质量，产品的质量是用户选用产品的第一要则，通过质量可以决定你会选择什么品牌的产品，因为我们说品牌之所以称为品牌，是因为它被很多人验证过、认可了，这是第一。

二、后备时间

后备时间是很多用户在购买UPS产品的时候会关注比较多的一个指标。从学术角度讲，UPS就是停电后继续为用户供电，首先这是一个物理学，停电供电只是它的功能之一，功能之二则是保证用户能够有一个干净的电源，保护用户的设备。

三、确定UPS的类型

根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形要求来确定是选择在线式、在线互动式、后备式以及正弦波、方波等类型的UPS。

在线式UPS的输出稳定度、瞬间响应能力比另外两种强，对非线性负载的适应能力也较强。对一些较精密的设备、较重要的设备要采用在线式UPS。在一些市电波动范围比较大的地区，避免使用互动式和后备式。如果要使用发电机配短延时UPS，推荐用在线式UPS。

四、服务能力

每个用户的网络特点、电力环境都不相同，电源保护要求也随之变化。用户在使用UPS时可能遇到种种问题也不尽相同，用户希望自己购置的是完全适合实际需求的产品和服务，而且关心设备投资的周期、长期回报率及投资风险。而现实是，绝大多数用户缺乏这方面的专业人员，所以，优质的服务体系和主动的服务态度也成为用户选购UPS时必须考虑的一个重要因素。

五、附件功能

为了提高系统的可靠性，建议采用UPS热备份系统，可以系统串联热备份或并联热备份。小容量的UPS（1 ~2KVA）还可以选用冗余开关。可以选用远程监控面板，实现在远端监视和控制UPS工作。可以选用监控软件，实现计算机和UPS之间的智能化管理。可以选用网络适配器，实现UPS的网络化管理（基于SNMP）。在某些多雨多雷地区，可以配用防雷器。还要考虑是否能够对网络的使用和对外设进行保护。因为外设越来越来齐全（如打印机、扫描仪），这部分设备也同样需要保护。是否具备电缆线浪涌保护和数据浪涌保护？在无人值班时能否进行自动的系统关机？另外，因为用户商用的桌面的UPS多放在自己的身边，所以在产品的设计风格、制造工艺方面也是需要考虑的。

注意事项

因为其逆变器和蓄电池工作的特殊性，UPS电源的安装和使用须有一套严格、科学的操作规程，才能提高工作稳定性，减少设备故障率，真正地做到设备供电不间断。

（1）UPS电源的安装环境应避免阳光直射，并留有足够的通风空间，保持工作环境的温度不高于25℃。如果工作环境温度超过25℃，每温升增加10℃，电池的寿命就会缩短一半左右。

（2）不宜在UPS电源的输出端使用大功率可控硅负载、可控硅桥式整流或半波整流型负载，此类负载易造成逆变器末级驱动晶体管被烧毁。

（3）严格按照正确的开机、关机顺序进行操作，避免因负载突然增加或突然减少时，UPS电源的电压输出波动大，从而使UPS电源无法正常工作。

（4）禁止频繁地关闭和开启UPS电源，一般要求在关闭UPS电源后，至少等待30秒钟后才能开启UPS电源。因为造成中小型UPS电源高发故障的原因是：用户频繁的开机或关机，UPS电源带负载进行逆变器供电和旁路供电切换期。

（5）实践证明：对于绝大多数UPS电源而言，将其负载控制在50%~60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。禁止超负载使用，厂家建议：UPS电源的最大启动负载最好控制在80%之内，如果超载使用，在逆变状态下，时常会击穿逆变三极管。不宜过度轻载运行，这种情况容易因为电池放电电流过小造成电池失效。

（6）定期对UPS电源进行维护工作：观察工作指示灯状态、除尘，测量蓄电池电压，更换不合格电池，检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。

（7）UPS电源比较适合于带微电容性负载，不适合于带电感性负载，如空调、电动机、电钻、风机等。如果UPS电源负载为电阻性或电感性负载时，必须酌情减小其负载量以免超载运行。

使用技巧

不间断电源-如何延长UPS的供电时间？

延长不间断电源系统的供电时间有两种方法：

1．外接大容量电池组：可根据所需供电时间外接相应容量的电池组，但须注意此种方法会造成电池组充电时间的相对增加，另外也会增加占地面积与维护成本，故需认真评估。

2．选购容量较大的不间断电源系统：此方法不仅可减少维护成本，若遇到负载设备扩充，较大容量的不断电系统仍可立即运作。

UPS电源系统开、关机

第一次开机

(1）按以下顺序合闸：储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON"。

(2）按UPS启动面板“开”键，UPS电源系统将徐徐启动，“逆变”指示灯亮，延时1分钟后，“旁路”灯熄灭，UPS转为逆变供电，完成开机。

经空载运行约10分钟后，按照负载功率由大到小的开机顺序启动负载。

日常开机

只需按UPS面板“开”键，约20分钟后，即可开启电脑或其它仪器使用。通常等UPS启动进入稳定工作后，方可打开负载设备电源开关（注：手动维护开关在UPS正常运行时，呈“OFF"状态）。

关机

先将电脑或其它仪器关闭，让UPS空载运行10分钟，待机内热量排出后，再按面板“关”键。^[1]

行业利害因素

1、有利因素

（1）市场需求不断扩大

UPS 广泛应用于信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等众多领域。随着信息产业在国民经济中的地位越来越重要，我国将进一步加大在各行业特别是信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等领域的信息化建设投资，下游领域信息化建设步伐的加快，必然带动市场对UPS 的需求。

（2）国际产业转移的发展机遇

近 年来，发达国家和地区加速向我国进行制造业转移，国际著名厂商如伊顿、施耐德、艾默生、西门子等均在我国投资设厂。前瞻性较强的本土企业将充分把握住国际产业转移的大好机遇，学习世界前沿技术和管理理念、引进高端人才和先进设备、扩大生产规模、提升产品质量、降低成本、积累经验，逐步提高国际市场份额。

（3）工业化、信息化建设促进技术更新

我国正处于工业化、信息化建设的关键时期，众多行业领域对UPS 的巨大需求量促使厂商们在高效、节能、环保等方面进行技术创新，不断推出新产品，在满足不同行业需求、促进国民经济发展的同时，也推动了电力电子技术的进步，激发了UPS 行业内的良性竞争。

（4）产业政策扶持

电力电子装置制造业属于国家重点扶持的高新技术产业，近 年来，国家颁布了一系列发展政策和发展规划以鼓励本行业的发展，具体情况请参阅本章节“二、本公司所处行业的基本情况——（一）行业主管部门、监管体制与主要法律法规及政策”。

2、不利因素

（1）技术基础薄弱

UPS制造商只有掌握核心技术，并具备自主研发及创新能力，才能取得发展的主动权。目前国内多数中小规模厂家普遍缺乏大功率电源控制技术、电路保护技术、系统集成技术等核心技术，部件和整机的制造工艺水平距离标准化大批量生产的要求较远，在设计能力、工艺技术及新材料应用研究等方面也与国际先进水平差距较大。此外，国内厂商对于信息化建设的投入大都停留在基础硬件方面，软件投入相对不足，对现有网络和信息资源的利用不够，导致产品竞争力不强，企业发展受到限制。

（2）原材料价格波动，少数电力电子器件依赖进口

近 年来，国际市场的铜、铅、钢材等基础原材料价格波动较大。尽管可与下游客户协商调整价格，进行成本转移，但总体而言，原材料价格的波动将为UPS厂商带来一定的成本控制压力。此外，生产高端UPS 产品所必需的部分电力电子器件主要依赖进口，生产成本偏高、外币汇率波动等因素也会在一定程度上阻碍本土厂商的发展。