時間：2023-05-30 10:00:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇不間斷電源，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
[關鍵詞]不間斷電源 干擾 穩態電壓 瞬態響應 負載 并機技術
中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）36-0365-01
一、引言
隨著經濟的飛速發展以及基層央行對網絡建設認識的不斷加深，中心機房的建設和改造如火如荼。對于一些重要行業，在其機房中，如果設備比較多，布置比較集中，應該優先考慮使用大功率不間斷電源。本文主要針對大功率的不間斷電源，特別是對幾個能反映生產技術水平，也是用戶關心的特性參數進行探討。
二、不間斷電源的輸出電壓特性
不間斷電源的功能有兩個：一是市電斷電時不間斷地對設備供電，另一個就是隔離市電干擾，給負載提供波形穩定而純凈的正弦波。因此，考察一個不間斷電源首先就要看它的電壓特性。不間斷電源輸出電壓特性主要由下面3個參數來描述。
1）穩態電壓精度。
電壓太高或太低會使用戶設備的壽命縮短，嚴重時會燒毀設備，使用在線式不間斷電源可以提供穩定的電源電壓，因此對保護設備和提高設備的壽命是非常有利的。穩態電壓精度在平衡負載和非平衡負載時能達到的值一般是不一樣的，如果不加區別，廠家應給出非平衡負載時的穩態電壓精度。市場參考值是：平衡負載±1%，非平衡負載±2%。
2）瞬態響應特性。
電網在受干擾時會產生電壓的瞬時降低或突然升高，極端的電壓降低或升高對設備的壽命和可靠性是個威脅，使用在線式不間斷電源可使電網電壓波動的影響減至盡可能小的程度。瞬態響應特性指負載從0%-100%突加或從100%-0%突減時輸出電壓的精度，市場參考值是±4%。
3）諧波失真度。
電力經輸配電線路傳送至用戶端時，其間由于各種設備（特別是非線性設備）的使用，往往造成用戶端子電壓的失真，失真了的電壓和電流波形對民網中的敏感設備是一種干擾，諧波電流則會使輸電線路的輸電能力下降，使輸變電設備發熱等。一般要求諧波失真度小于5%，在線式不間斷電源的失真度小于3%。
4）頻率穩定度。
在我國，電網頻率是50Hz，但是電網中的發電機運轉會由于客戶端用電量的突然變化導致發電機轉速發生變化，其結果是電網頻率產生偏移，然而，在線式不間斷電源的輸出可提供穩態的頻率。
5）突波保護。
在線式不間斷電源內部安裝有突波吸收器件，用以吸收突波，保護用戶設備的安全。
6）電源監控。
配合不間斷電源的智能型通信接口及監控軟件可記錄市電電壓頻率、停電時間及次數來達到電源的監控，并可安排不間斷電源定時開機及關機的時間以節約能源。
三、不間斷電源帶非線性負載的能力
不間斷電源的負載主要是計算機，而計算機電源是開關電源，它們吸取的電流并非正弦波，稱為非線性負載，市電容量大，阻抗小，對非線性負載供電時問題不大，不間斷電源卻有較大的輸出阻抗，非線性負載會在不間斷電源的輸出端產生諧波電壓，特別是在諧振頻率附近的諧波電壓更大，使不間斷電源的輸出電壓失真，而且不間斷電源本身的容量也有限，必須要有好的對策對付高波峰因數的負載電流，否則不間斷電源可能在帶這類負載時經常切換到限流工作，引起輸出電壓降低，進而影響計算機負載的正常運行。所以現在考慮不間斷電源的容量時，也應該考慮非線性負載的影響，因為不間斷電源的標稱容量同其他電氣設備一樣，是按負載功率因數0.8來定的，而非線性負載的功率因數常常只有0.6.-0.65，如果要不間斷電源帶滿負荷的這類負載，勢必無能為力，所以核定不間斷電源容量時，應該進行適當放大。
四、不間斷電源的輸入特性
不間斷電源的輸出特性主要決定于不間斷電源的逆變器，而不間斷電源的輸入特性主要取決于不間斷電源的整流特性。過去人們不太重視不間斷電源的輸入特性，談到輸入部分只談輸入電壓范圍、頻率，對輸入功率因數、諧波影響則不太關心。有的廠家提供了輸入濾波器，功率因數能提高到0.9以上，但出于經濟上的考慮，僅僅將其作為可選件，并且還是手動接入的斷開的。
其實，設備的功率因數低、諧波電流大會給電網帶來很多危害，歸納起來主要有：1）干擾其他用電設備；2）增大輸入電流在傳輸線上的損耗；3）增加前級設備的功率容量，提高投資；4）增大中線電流。
為了達到對負載的不間斷供電，不間斷電源還經常與柴油發電機配合使用，這時低功率因數的不間斷電源對柴油發電機和其負載的危害會更明顯。
傳統開關電源的功率因數，由于使用PFC（功率因數矯正）電路，普遍能達到0.99以上，高頻PWM整流技術更為大功率不間斷電源的輸入特性的改善提供了可行性，相信高功率因數的不間斷電源將是人們今后追求的選擇。
五、不間斷電源并機技術
目前主要有兩種并機的拓撲結構：一是串聯，另一種是并聯。
（1）串聯結構
兩整的不間斷電源同步工作，但一臺不間斷電源的輸出接到另一臺不間斷電源的靜態開關，前者是從機，后者是主機，平常主機輸出全部負載電流，主機故障時切換到從機，這種結構的并機系統最大的問題是主機的靜態旁路沒有備份，如果主機的轉換控制失靈或出現靜態旁路故障，即使從機正常，也不能切換給負載。
（2）并聯結構
并聯結構有兩種工作模式：一種是功率均分方式，另一種是熱備份方式。
功率均分方式是：兩臺不間斷電源在正常情況下平均承擔負載電流，一旦有一臺不間斷電源出現故障，間斷電源退出，另一臺承擔全部負載電流。這種方式的并機系統既可以用于容量擴充，又可以用于系統備份，比如，兩個30VA的不間斷電源在功率均分模式下并機工作，可以帶60kVA的負載，但如果要實現備份，則負載容量必須限制在一臺不間斷電源的容量，即30kVA之內。
并聯熱備份方式是：兩臺不間斷電源同步工作，但平時只有一臺對外輸出功率，另一臺處于熱備份狀態。一旦一臺出現故障，立即切換到另一臺，熱備份方式沒有容量擴充的功能，值得一提的是，目前有的廠家又提出了改進型的熱備份方式，它把兩臺不間斷電源的蓄電池并聯起來，系統除了有整流器1和逆變器1，整流器2和逆變器2組成的通路外，還提供由整流器1和逆變器2組成的通路和由整流器2和逆變器1組成的通路，也就是說，系統大大減少了自身整流器和逆變器故障引起的到靜態旁路的切換次數，同時，兩臺不間斷電源的蓄電池并聯在一起也避免了可能發生的一組蓄電池經常放電，而另一組蓄電池長期不放電的現象，這對蓄電池的維護很有意義，而且在蓄電池上花同樣的錢可以獲得兩倍的延時，所以說，這種熱備份方式不失為一種好的選擇。
參考文獻
1 概述
UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。
針對UPS的產品特點，UPS的電磁兼容主要包含以下幾個部分：電源的輸入、輸出傳導干擾；電源的輻射騷擾；UPS的抗干擾特性。下面逐項闡述達到相關標準要求的設計方法。
2 輸入、輸出傳導干擾的抑制
針對傳導騷擾，可以從三個方面來考慮：干擾源、傳導途徑和直接的騷擾抑制。
（1）干擾源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC變換，有SPWM逆變的DC/AC逆變器，有PFC的高頻變換電路，有DC/DC變換的回路，這些都是UPS內重要的騷擾源，尤其是其中的變壓器、電感、高頻電流回路，因此，合理地設計相應變壓器和電感的參數、加工工藝和在整機中的布局將可能大幅度降低它們的騷擾強度，合理地設計高頻電流的PCB、布線也可以改善UPS的騷擾；對于功率變換器中的驅動電路，可以在不影響效率和內阻的情況下加大驅動電阻，增加開關電源的上升、下降沿時間，從而減少電壓、電流的高頻諧波含量。
（2）傳導途徑的抑制：由于所有的傳導干擾只有通過適當的空間和導體途徑才可能作用到UPS的輸入、輸出電源端子，因此，盡量減少傳遞的途徑也是減低UPS不間斷電源騷擾的有效方法。例如，將所有的干擾源安裝在離輸入、輸出端子較遠的位置，輸入、輸出的電源線不從干擾源附近走線，在干擾源的進出位置加強抑制處理，通過屏蔽手段將干擾源和其它部分進行空間隔離，電源的輸入、輸出等分別在整機的相對較遠位置等。
（3）直接的騷擾抑制：對于采用上述方法后仍然無法符合標準要求的情況，直接在輸入、輸出回路采用相應的EMI濾波器件，如電感、高頻電容、專用濾波器等將可以再次有效壓低UPS整機對外的傳導干擾，實踐表明，只要適當加大濾波器的相關參數和衰減的DB值，一般都可以將UPS的傳導騷擾壓低到標準的限值以內。當然，濾波器的安裝必須越靠近輸入、輸出電源端子越好，因為即使是多幾厘米長的接線也會增大干擾，插座式的濾波器將是最為理想的選擇。另外，在濾波器中的電容或外加的EMI濾波電容最好是無感的，以增強濾波效果。
3 整機輻射干擾的抑制
對于UPS的輻射干擾，主要有兩種方法：輻射源的強度抑制和輻射途徑的處理。
（1）輻射源的抑制：在UPS中，輻射源的輻射強度抑制方法基本同傳導的處理相同，因為干擾源本身即有傳導騷擾又有輻射騷擾；另外，對于輻射騷擾，對輻射源采取適當的屏蔽措施將可十分有效地降低輻射干擾的電平和能量。
（2）輻射途徑的處理：整機外殼的等電位設計：根據電磁場原理，一個接地良好理想密閉的金屬六面殼體的內外電磁場不存在相互干擾，因此UPS的外殼一般應作成金屬的，且各個面之間應良好連接，保證為一個等電勢體，這樣即可十分有效減弱UPS對外的輻射干擾。一般對于電磁兼容要求嚴格的場合，UPS的殼體不宜采用塑料制作。
進出UPS殼體連線的處理：由于UPS必須有輸入、輸出電源端子、電池擴展端子等連線進出UPS的外殼，因此這些線的防騷擾處理將十分重要，直接影響到測試的結果能否符合標準要求。一般在這些線上適當地加些高頻磁環和高頻電容就會有很好的效果。
4 UPS的抗干擾設計
UPS的抗干擾主要體現在控制電路的抗擾性，從電路的性質可分為模擬電路的抗干擾和數字電路的抗干擾兩個方面。良好的抗擾性是保證UPS正常運行的條件，因此，在UPS的控制回路的設計初期就必須將控制電路的抗擾性考慮進去，否則，遇到外界騷擾時整套的控制方案將可能全部。
（1）模擬電路的抗干擾：
對于開環的模擬控制，一般針對可能出現干擾的部位適當加入一定的RC電路將騷擾消除；對于閉環的模擬控制，除了采用RC外，還必須對閉環的放大倍數的頻率特性進行適當的調整，確保干擾信號加入時不會對環路產生惡果。
對于功率部分的電路，減短所有的連線、加入假負載、減小功率驅動的回路等都可以有效增強功率電路的抗干擾能力。
（2）數字電路的抗干擾：
對于數字控制電路，其抗擾性對UPS的可靠性十分重要，因為目前幾乎所有的UPS控制都有采用到數字控制的單片機，抗擾性差的系統將可能導致UPS的停機或損壞。
數字電路電源的有效濾波是數字電路不受干擾的基本保證；所有的I/O口應有適當的RC處理；控制電路應盡量遠離功率部分；適當的電磁屏蔽措施；良好的PCB布局設計等都可以有效避免數字系統受到外界干擾。
終了或UPS故障時，UPS向負載供電電源只有備用市電。若備電電壓超出標準，UPS拒絕切換，勢必造成供電中斷。因此備用市電的質量對UPS系統來講是至關重要的。
第六，在閉合電池開關之前必須先將UPS主機的充電器開啟，待其輸出電壓升至額定值后，才能操作電池開關使其閉合。因為在UPS的直流回路中，有一組容量比較大的電解電容器，過高的電壓差，將使電容器的充電電流過大，一則可能使電容器損壞，二則可能使開關觸點燒壞，甚至傷及人體。
第七， Q050開關是先合后斷式，具有兩個位置，當開關處于位置“AUTO”（正常運行）時，負載由UPS系統供電（逆變器或靜態旁路）；當開關處于位置“BYPASS”，負載直接由備用市電供電， UPS主機可以退出運行，但此時若備用市電中斷，UPS系統即將斷電。
第八，UPS系統故障必定會造成DCS系統失電，當DCS系統故障時，不僅INFI90計算機控制系統失靈，而且大部分保護及聯鎖也將失效；由汽輪機遠方打閘不良、EH油泵誤啟動可見，設法提高UPS系統可靠性至關重要。
解決辦法與建議實施 3.1為改善UPS系統缺陷，提高其運行可靠性，特此建議采取以下解決辦法。
缺陷未排除前，采取相關技術措施，設法提高母線電壓，以克服UPS系統不安全運行隱患。 立即聯系青島整流器廠，令其來人診斷故障并提供質量合格的UPS主控板，以便及時更換。 聯系廠家對穩壓調壓器所出現的手動、自動均失調現象查找原因，并進行處理；以提高設備健康水平。 將UPS系統主回路電源由380V廠用ⅡB段改接在380V公用ⅡA段上運行，以提高輸入市電質量。 設法盡快恢復UPS系統主回路供電，在空載狀態下完成各項試驗；并進一步考驗靜態旁路持續供電能力。 3.2配合廠家處理缺陷
今年5月26日廠家派專業維護人員來做售后服務，再更換F021保險后，UPS主回路空載運行，以考驗UPS主控板（因懷疑此主控板有故障）；主回路于14點55分投入后，17點45分逆變器關斷。次日，連續三次啟動逆變器，均在5分鐘內關斷；廠家確認UPS主控板故障，將UPS主控板更換備用板，并進行修復（備用板系為存在缺陷未能出廠元件），并將主回路在空載狀態下運行觀察。
在與廠家聯系更換UPS主控板后切主回路運行，發現2號充電機直流輸出電流升至78A左右（原來主回路運行時10A左右）；Ⅱ組蓄電池充放電電流表指示為0，直流母線電壓為230V；經檢查蓄電池及直流隔離二極管均運行正常，隨后停止2號充電機運行，Ⅱ組蓄電池放電電流為12A，又因為此時，3號充電機空載運行時輸出電壓擺動大，所以再次啟動2號充電機維持UPS系統運行（附圖2為2號機直流系統運行方式簡圖）。
經過全面查找原因發現廠家更換的UPS主控板集成塊中的程序設置沒有按現場實際刷新，即主回路輸入的交流電壓略低于額定電壓，因此整流器輸出電壓低于220V，而直流母線電壓又高于220V，所以逆變器輸入電源自動轉換到直流系統供電。由于UPS裝置中穩壓管的特性，機組運行中無法修改程序，必須停機處理。鑒于上述情況，為保證機組的安全運行，特規定以下臨時運行措施：
保持發電機出口電壓在15.65KV以上運行，以保證6KV廠用母線電壓為額定；加強對2號機UPS系統的檢查，保證檢查時間間隔不超過1小時并做好詳細記錄。 UPS系統由直流系統供電同時，注意直流母線負荷變化情況；非事故狀態下禁止啟動直流負荷，以免造成充電機過載或母線電壓波動而引起UPS系統斷電事故。 保安段主電源改為由保安變供電，380V廠用ⅡB段進線開關聯動備用，以提高UPS系統備用市電質量；同時注意1號機保安段及10.5KV母線運行情況，防止造成電壓波動或變壓器過載。 運行中嚴禁拉開UPS直流備用電源，逆變器運行中，嚴禁將Q050開關由AUTO（自動運行位置）切至BYAPASS（手動旁路位置）；以免人為造成逆變器出口F021保險熔斷。 如果發現UPS已自動切至靜態旁路運行，應短時間內將Q050開關切手動旁路運行；但操作Q050開關前必須檢查UPS主機處于“Bypasss operation”(自動旁路運行狀態)下才可以操作Q050開關；并保持保安段電壓穩定、可靠。 穩壓調壓器在“自動調壓”或“電動調壓”方式運行時，如出現報警燈亮或主回路斷電，則應立即啟動“手動”按鈕，然后撥出調壓器上的手輪并正反轉動，使感應調壓器實施升、降壓調節，使門板上電壓表讀數為額定值。 若靜態旁路運行時，禁止Q050在未切手動旁路供電前啟動6KVⅡA段大容量電動機；以防造成靜態開關在電壓波動超過±10%時，自動關斷造成UPS斷電。 3.3將主回路電源改接
2號機UPS系統主回路和備用市電分別取至380V廠用ⅡB段和保安段，而保安段的工作電源也取至380V廠用ⅡB段；這樣一來，造成UPS系統的兩套電源正常工作時，均由2號低工變供電。也就是說當380V廠用ⅡB段故障或2號低工變跳閘時，對UPS系統都產生一定影響，對備自投裝置動作的可靠性與快速性有著較高的要求；一旦備自投裝置拒動后果嚴重。另外，當380V廠用ⅡB段供電質量較差時，嚴重影響UPS系統供電穩定性。分析上述情況后，特此將UPS系統主回路電源由380V廠用ⅡB段改接至380V公用ⅡA段，以提高輸入市電的質量。于今年6月30日，將2號機UPS系統主回路電源改接為380V公用ⅡA段供電，在改接成功后，UPS系統處于主回路連續運行近1000小時，未出現不良情況。
結束語 當前，UPS系統在各個領域中應用都非常廣泛，特別是單元制發電機組大多均采用進口UPS設備為其重要負荷提供高質量市電；整套裝置的可靠性、技術水平以及自動化程度多數較為理想。針對撫順發廠2號機UPS系統所發生幾次故障及異常，通過分析、處理及改進UPS系統客觀環境，保證了UPS系統供電的可靠性及穩定性，對發電機組的安全、穩定運行具有十分重要的意義。
參考資料：
關鍵詞:EDLC超級電容 直流UPS電源 儲能
中圖分類號:TM53 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(a)-0133-02
在各種UPS不間斷供電電源系統中,通常采用可反復充電蓄電池作為直流電源系統的后備電源。UPS不間斷供電電源往往是在供配電網突然斷電或供配電電網電壓出現瞬時跌落等運行工況狀態時的最初幾秒到幾分鐘內起穩定供電電能的作用,即已充滿電能的蓄電池在這段時間內提供直流系統對應的電能資源。由于充電蓄電池存在綜合使用壽命較短、需定期進行性能維護、以及對運行環境溫度等影響因素較敏感等不足,導致UPS直流供電電源在實際運行過程中,需要時刻監視蓄電池的運行性能狀態,即不能進行大電流直接充放電,又要避免在UPS系統中引入感性負載(如電動機)等。因此,充電蓄電池自身所存在的缺點是限制UPS不間斷電源快速發展的重要制約因素。超級電容器是在近幾十年的發展過程中,取得了較為良好的研究成果和應用效果,其是一種集常規電容器與化學電池間二者性能為一體的新型儲能電子元器件。它不僅具備傳統電容器的放電功率性能,同時也具備化學電池應有的電荷儲備功能。隨著電源技術研究的進一步深入,超級電容器其容量可達數千法拉,與常規可充電蓄電池相比,其具有性能優越、能源轉換效率高、實用環保等功能,在UPS不間斷直流電源系統中,具有較大的理論研究和實際推廣應用前景[1]。
1 蓄電池直流操作電源系統主要問題
在航空、電網、醫療、鐵路、工業等領域,UPS不間斷電源作為直流系統后備電源,在供配電網系統發生突然停電或者電壓瞬時跌落過程中的穩定供電電源,對確保整個直流供電系統安全穩定、準確可靠的供電方面具有較大的應用價值。目前,直流操作電源系統中普遍采用反復充電蓄電池作為后備電源,也就是說蓄電池后備直流操作電源系統是用蓄電池來完成儲能,當交流電正常且整流器完好時,蓄電池會通過對應整流裝置和放電電路提供相應電流來補充電網系統中沖擊負荷的影響,確保直流系統供電安全可靠性;另外,當交流電源突然停電或整流裝置發生故障后,蓄電池會通過放電回路向重要負荷、事故負荷、以及沖擊負荷等停電保護等級較高的負荷提供直流電能資源。以蓄電池為儲能元件的直流操作電源在很多工程領域中得到廣泛應用,同時也發揮較為良好的應用效果。但實際工程應用中發現,很多蓄電池生產廠商為推銷密封鉛酸蓄電池,均在設備外殼上加上了“免維護”等標識,這給實際UPS直流電源系統維護工作人員帶來許多誤區,加上現場蓄電池維護較為繁雜,維護不方便,這就導致工作人員在實際工作中放松了對蓄電池的日常維護管理工作力度,如密封鉛酸蓄電池沒有按照相關規定要求進行活化試驗、蓄電池運行環境溫度變化較大、以及使用過程中出現充放電電流過大、帶感性負載等。由于UPS不間斷直流系統在使用過程中,充電蓄電池存在管理不善等問題,隨著使用時間加長,極板活性物質出現大量脫落,容量也大大下降,其輸出能力大大降低,有的甚至不能滿足斷路器合閘等保護控制要求,直接影響到UPS直流電源的使用性能水平。從大量統計數據資料表明,目前12V系列鉛酸蓄電池其平均使用壽命大約只有3～4年,因此,直流UPS不間斷電源的供電安全可靠性問題值得進一步加深研究[2]。
2 超級電容代替蓄電池的可行性分析
目前,工程中應用的超級電容器主要包括EDLC雙電層電容器和電化學電容器兩大類。其中,EDLC超級電容器是一種高能量密度的無源儲能電子元件,其多孔化電極主要采用活性炭粉和活性炭纖維,而且電解液則采用有機電解質,整個儲能性能相當優越。EDLC超級電容器在工作時,其可以在可極化電極和電解質溶液間界面上形成了雙電層中聚集大量的電容量,從而提高電容器的電荷儲存效率。EDLC超級電容器具有極大的電容量,同時可以儲存很大的靜電負荷,也就是說EDLC超級電容器其儲能性能是介于常規電容器與化學電池間的新型高效儲能元件。超級電容與常規鉛酸充電蓄電池間的特性比較如表1所示。
由表1可知,EDLC超級電容與常規鉛酸蓄電池相比,其不僅具有材料無毒、環保性好、使用壽命較長、對使用環境要求較低、以及可提供大電流充放等優點,同時其還具有真正免維護性能,在直流操作電源事故負荷較小或特性指標要求不是太高的工程領域,其工作性能完全可以代替常規鉛酸蓄電池作為直接UPS不間斷電源的儲能設備,以提高UPS不間斷供電電源系統運行安全可靠性,減少常規鉛酸電池UPS點煙系統定期維護麻煩和提高使用環境適應性能。
3 基于超級電容器組的不間斷電源設計
由于EDLC超級電容在生產制造等過程中,會造出其內部參數存在不一致問題,這就可能導致UPS電源在充放電過程中,由于內部參數不一致引起超級電容器工作電壓發生不平衡,嚴重影響到整個UPS電源系統的供電安全性、可靠性、供電電能質量和使用壽命。因此,EDLC超級電容在使用過程中,需要對其進行均壓處理。基于EDLC超級電容的直流UPS不間斷電源系統,其主要由電源切換電路、逆變整流器、蓄能控制電路(充放電電路)、超級電容器模組、嵌入式處理器測控電路等共同組成,其邏輯組成方案如圖1所示。
UPS電源具備的特性
UPS功能(UPS Function)，在線式UPS其功能是為負載提供連續的高質量的電力供應，即使在全部斷電的情況下，它也能為負荷提供預先設定的一段時間電力。與常規電源相比它還有如下優點：
1、優良的電源輸出特性(Better Output Characteristics)，UPS輸出電壓、頻率、幅度的控制保證了連續穩定的電源輸出。在市電中的電壓波動、頻率變化不會影響UPS輸出電壓。 UPS基本都設計了先進的“電子保險絲”系統，確保在輸出端出現持續性短路時不損壞設備，短路消失后自動恢復正常運行。
2、擺脫市電電力波形的影響(Uncoupling from Mains Distortion) ，UPS的輸出是從交流到直流再到交流的轉換，所有的電力波形變形均被過濾掉，因此所連接的設備均受到很好保護，這對敏感的電子設備尤其重要。
3、相對于市電主路故障的完全保護(Complete Protection against Mains Failures) 在市電中斷期間， UPS電源借助于蓄電池保證給負載的連續供電。這樣負載總是不間斷的得到供電，但負載供電保證時間限于蓄電池后備時間。
UPS電源的基本結構
從本質上講 不間斷電源UPS是一個 交流-直流-交流的轉換器，UPS電源系統的基本結構其框圖如下，它包含了五個基本部分：
1、整流器 /蓄電池充電器：充電器是將交流轉換為直流的三相整流器（三相電輸入），標準配置不用隔離變壓器，整流器經由感抗線圈(用于降低主路波形變形)與市電主路相連，整流器的直流輸出分別給逆變器和電池供電。
整流器供電量被設計成，用來給逆變器以最大載荷條件下饋電，同時也以最大充電電流給蓄電池供電。通常電池電壓恒定地保持在直流432V浮充， (免維護蓄電池，每節2.25v)，充電電流的限制是按照一個特定的曲線通過降低直流電壓來完成的，這樣可以保證蓄電池不會因為過度的充電電流值而損壞。
2、蓄電池：在市電電源發生故障中斷及整流器故障情況下(無直流電壓輸出)負載將通過蓄電池供電。但電池僅能在一定的時間內給負載供電(蓄電池維持時間)，取決于蓄電池電能和負載的大小。
蓄電池塊的數量取決于電池的類型也可根據用戶的需要變化，通常的標準數量是鉛-酸電池192塊，或鎳鉻電池300塊，電池容量(安時)取決于UPS輸出功率和需要的后備維持時間。
3、逆變器：逆變器將由整流器或蓄電池提供的直流電壓轉變為具有精確穩定幅度和頻率的交流電壓，其電壓適用于各種復雜電子設備的電源供應。 逆變器輸出電壓是使用高頻開關通過脈寬調節而產生，變壓器是集成電感線圈形式，這樣可降低噪聲，它和固定在逆變器輸出的電容器組合在一起，起到交流慮波電路的作用，以確保有一個很低的輸出電壓變形。(THD
在短路情況下逆變器控制邏輯電路限制最大輸出電流到正常電流的150%。在過載情況下(到正常電流的125%)輸出電壓保持恒定，對于更高的過載電流，輸出電壓將降低，而這種情況僅出現在靜態旁路不可用的情況下。否則對于電流高于正常值125%，UPS將自動跳轉到旁路工作模式。借助于“電子保險絲”在短路情況下逆變器晶體管將受到全面保護。
4、靜態開關：在框圖中顯示了用半導體開關元件作為兩個靜態開關單元。在正常UPS電源工作狀態下，逆變器的靜態開關是閉合的，而直通旁路靜態開關是打開的，逆變器輸出連接負載。在過載或逆變器故障情況下，逆變器靜態開關斷開，而直通旁路靜態開關閉合，這時由市電直接供電，為保證電源的不間斷供應，兩個靜態開關總是在一個很短的時間內同時動作，這對敏感設備，可靠地滿足其電源供應需求是必不可少的。
(1)開關狀態：逆變器直通旁路
a)直通旁路的電壓和頻率必須在容許的限度范圍內，并且逆變器必須與直通旁路同步。
b)在過載或逆變器故障狀態下，UPS靜態開關轉換到直通旁路工作狀態。
c)如果在a)條件未滿足的情況下，在過載狀態下逆變器降低輸出電壓繼續工作。或者在故障狀態下逆變器停止工作。
(2)開關狀態：直通旁路逆變器
a)當逆變器電壓和頻率在容許范圍以內且逆變器同步于直通旁路，UPS靜態開關自動跳回到逆變器工作狀態。
b)在仍然過載條件下，逆變器可能承受不了負載，UPS靜態開關將跳回到直通旁路工作狀態。
c)一分鐘之內三次跳回到逆變器工作狀態的努力失敗后，UPS工作在直通旁路狀態并發出報警信號。
d)在前面板上重新設置之后，UPS再次自動的嘗試跳回到逆變器工作狀態。
5、維修旁路：在UPS系統故障或維修期間，維修旁路的功能就是直接給所連接的負載提供電源。維修旁路本質上是由一個開關IBY組成。在不同工作模式下轉換到維修旁路模式，是在沒有任何中斷的情況下進行的。隨著維修旁路開關IBY的閉合， UPS電源的供應系統被全部關掉，允許進行安全的維修工作。
為了防止維修旁路開關IBY錯誤開合，可能引起與直通旁路和逆變器線路的并聯，IBY開關與逆變器靜態開關是相互聯絡的，這樣在IBY動作的時候直通旁路的靜態開關將被閉合，逆變器靜態開關自動斷開，防止維修旁路與逆變器并聯操作。
UPS電源的工作模式
在線式標準UPS電源有四種不同的工作模式，確保負載在各種不同條件下能獲得不間斷的供電。在這些工作模式之間轉換不會中斷負載的供電。
在“正常工作模式”下，任何故障不管是內部還是外部的，都將使UPS電源轉換到“蓄電池供電模式”或“直通工作模式”。 在“蓄電池工作模式”或“直通工作模式”下，另產生的故障將會中斷負載的供電，這主要取決于故障的種類。在以上兩種工作模式下，UPS電源會發出一個故障信號(聲音報警和可視報警)，以便表明任何此類故障都可能產生負載供電中斷的危險。“維修旁路工作模式”是在設備維護或修理時直接從市電主路給負載供電。
1、標準工作模式(Normal Operation)
這種模式為UPS電源的正常工作模式，此時狀態為： a) 輸入電源正常。b) 整流器將交流電轉換為直流電，一路供逆變器另一路給蓄電池充電。c)逆變器再將直流電變為交流電給負載供電。
2、蓄電池工作模式(Battery Operation)
當市電故障或整流器產生故障，系統自動進入蓄電池供電模式，此時狀態為：a) 整流器無電源輸出。b) 蓄電池將所需的直流電源供應給逆變器。c) 逆變器輸出交流為負載供電。d) 蓄電池根據其容量只能給負載提供一定時間的電源。
3、直通旁路工作模式(Bypass Operation)
當逆變器發生故障或發生過載時，UPS系統自動進入直通旁路工作模式，狀態如下：a) 整流器輸出直流僅供給蓄電池。b) 直通旁路靜態開關閉合后逆變器靜態開關自動斷開。c) 市電經由直通旁路靜態開關直接給負載供電。
4、維修旁路工作模式(Service Bypass Operation)
對UPS設備進行維修保養時，用市電直接給負載供電的模式，狀態如下a) 在該模式下UPS電源與負載完全脫開，以便于設備維修。b)市電通過開關IBY直接給負載供電。
UPS電源告警信息分析
(AvailableAlarmMessages)
根據具體的故障情況，可產生多種告警信息。下面為各告警名稱，其含義及可能引起的原因如下：
INVERTER NOT FEEDING（逆變器無輸出），逆變器到負載無輸出，逆變器靜態開關閉合，可能產生的原因：a)過載，負載超過額定UPS載荷125%；b)逆變器故障；c)逆變器被手動關閉 ；
INVERTER NOT SYNCHRONIZED
(逆變器不同步)，逆變器輸出與主路輸入不同步，可能的原因：a)逆變器故障；b)市電主路輸入故障；c)市電輸入頻率超出容許范圍；
INVERTER OVERLOAD （逆變器過載），負載大于UPS額定載荷，逆變器發出過載信號，可能的原因：連接到UPS的負載超出標準限度范圍；
INVERTERFAILURE （逆變器故障），逆變器的一個故障被檢測到，可能的原因：a)嚴重過載；b)直流電路保險絲燒斷（難得出現）；c)逆變器輸出電壓超出容許極限范圍；d)逆變器出現溫度過高，停止工作；d)直流電路電壓超出逆變器容許極限范圍INVERTERFANFAILURE （逆變器風扇故障），其中之一的逆變器換氣扇不工作；
BYPASSFEEDINGLOAD （直通旁路給負載供電），主路市電通過直通旁路給負載供電，直通旁路靜態開關閉合，可能原因：a)過載，負載超過額定UPS載荷125% ； b)逆變器故障；c)逆變器被手動關閉；
BYPASSNOTAVAILABLE（直通旁路不可用），在直通旁路上檢測到一個故障，可能的原因是：a)直通旁路開關IRE未閉合；b)逆變器與直通旁路不同步；c)直通旁路靜態開關其中之一的半導體開關元件損壞；c)市電主路輸入故障d)直通旁路電壓或頻率超出容許范圍RECTIFIEROVERLOAD （整流器過載），負載大于UPS額定載荷，整流器發出過載信號，可能的原因是：a)連接到UPS的負載超出標準限度范圍；b)蓄電池充電電流過高；
RECTIFIERFAILURE （整流器故障），整流器輸出電壓超出允許范圍，可能的原因：a)整流器控制電路故障；b)整流器半導體器件損壞；c)保險絲燒斷；
RECTIFIER FUSES BLOWN （整流器保險絲燒斷），一個或多個整流器輸入保險絲燒斷，可能原因：a)半導體器件損壞；b)直流電路短路；c)逆變器短路；
MAINSFAILURE （市電主路故障），主路輸入電壓超出容許范圍，可能原因：a)市電主路輸入故障；b)整流器輸入保險絲燒斷；c)市電主路電壓或頻率超出容許范圍；
RECTIFIER FAN FAILURE（整流器換氣扇故障）,其中之一的整流器散熱換氣扇不工作；
BATTERY RUNNING DOWN （電池用盡）,蓄電池電壓低于360V,當蓄電池電壓一到325V，UPS將立刻關機，可能原因：a)市電主路輸入故障；b)整流器故障；c)整流器處于蓄電池充電電流極限，降低充電電壓；d)整流器在測試調節菜單中被關閉；
BATTERYBREAKEROPEN（蓄電池開關斷開），蓄電池開關IB 被斷開；
UPS的日常維護
1、保持適宜環境溫度：影響蓄電池壽命的重要因素是環境溫度，一般電池生產廠家要求的環境溫度是在20－25℃之間。雖然溫度的升高對電池放電能力有所提高，但付出的代價卻是電池的壽命大大縮短。據試驗測定，環境溫度一旦超過25℃，每升高10℃，電池的壽命就要縮短一半。目前UPS所用的蓄電池一般都是免維護的密封鉛酸電池，設計壽命普遍是5年，這在電池生產廠家要求的環境下才能達到。達不到規定的環境要求，其壽命的長短就有很大的差異。另外，環境溫度的提高，會導致電池內部化學活性增強，從而產生大量的熱能，又會反過來促使周圍環境溫度升高，這種惡性循環，會加速縮短電池的壽命。
關鍵詞： BMS，SOC，均衡，CAN，級聯
1引言
傳統礦用鋰電池箱和鋰電池監控系統集成在一個隔爆箱中，額定功率和電池容量已經固定，對于避難硐室和機車電源等系統，要求電池電源具有大容量和大功率輸出能力，實現將主控箱和電池箱分離，通過更改電池箱數目來滿足不同場合的使用。
2系統功能和性能
該系統的基本功能為保證對用戶供電的不間斷，當外部輸入660V、127V交流電時，UPS主板將輸入交流電整流為直流給逆變器供電，然后經逆變、濾波輸出AC127V，同時輸出 DC24V及18V本安，當外部供電斷電時，通過外部的鋰電池箱向主控制箱供電，從而保證電源的不間斷。
為了讓鋰離子電池一直工作于正常狀態，系統需要對電池組定時進行自動充、放電循環，保持電池組活性。用戶可以根據負載大小及后備供電時間的需求，選擇礦用防爆型鋰離子蓄電池電源的級聯數量。
3總體設計
依據實際需求，研制組將主控箱與電池箱分離，系統連接如圖1所示。
如圖1所示，電池箱并聯接進主控箱，主控箱通過CAN與電池箱進行通信來管理電池箱。整套系統基本功能即為保證對用戶供電的不間斷，當外部輸入660V、127V交流電時，UPS主板將輸入交流電整流為直流給逆變器供電，然后經逆變、濾波輸出AC127V，同時輸出 DC24V，當外部供電斷電時，通過電池箱內鋰離子蓄電池電源向控制箱供電，從而保證AC127V、 DC24V電壓輸出的不間斷。
4主控箱設計
4.1 主控箱原理
主控箱組成原理框圖如圖2所示。
工作原理如下：輸入變壓器將外部交流供電（AC660V、127V之一）變換為AC127V，AC127V一路輸入UPS主板，然后經整流、濾波、逆變輸出交流127V； 127V另一路接到充電器的輸入端，充電器的啟動由主控板控制。主控板通過CAN總線選擇一臺級聯的鋰離子蓄電池電源（圖2下部虛線框圖）充電；AC127V還有一路接入到AC/DC模塊，輸出24VDC，用于主控板、18V本安電源及24VDC的輸出。
ARM顯示控制板通過CAN總線選擇相應的鋰離子蓄電池電源箱，其電池組輸出端經強電盒開關接入到24VDC/DC模塊和UPS電源主板，DC/DC模塊將電池組輸出電壓轉換為24VDC，與AC/DC模塊輸出的24VDC在顯控板上通過二極管并接，用于電源交流輸入異常時的24VDC供電。
UPS主板將電池組的輸出電壓升壓作為逆變器的備用電源，在外部供電斷電時將電池組電壓逆變為交流127V輸出，從而保證輸出不間斷供電。
當電池組電壓跌落到放電截止電壓時，主控板通過CAN總線斷開放電開關，選擇另一臺鋰離子蓄電池電源箱繼續給主控箱供電。直到所有級聯的鋰離子蓄電池電源箱放電完畢，整個UPS電源停止工作。當外部交流供電恢復，UPS主板又切換回由輸入交流供電。
在UPS電源正常運行時，主控板通過CAN總線選擇一臺鋰離子蓄電池電源箱進行自放電。通過網絡接口將系統信息傳送到地面控制室，并實現遠程放電控制。
4.2 ARM顯示控制板
ARM顯示控制板通過CAN口與電池內的BMS電池管理系統板進行通信，并將UPS主板、各電池模塊的信息通過電控箱上的LCD液晶屏顯示。同時ARM顯示控制板通過以太網口與上位計算機進行通信，實現遠程通信與控制。CPU采用意法半導體的公司的STM32F103RE處理器，屬于ARM Cortex-M3架構。
5電池箱設計
5.1 電池箱原理
電池箱組成原理框圖如圖3所示。
工作原理如下：BMS12電池管理系統板主要用于實時監控、管理鋰離子電池，并通過CAN與主控箱進行通訊，向電控箱發送電池狀態信息，同時接收電控箱指令，控制充放電開關對電池組進行充放電控制。電池箱內部安裝有放電電阻，UPS電源正常運行時，ARM顯控板通過CAN總線選擇一臺鋰離子蓄電池電源箱進行自放電以維護鋰離子蓄電池的活性。
5.2 BMS12電池管理系統板
BMS12電池管理系統板同樣采用STM32處理器作為主控，采用24V直流供電，電池管理系統板通過PTC熱敏電阻對每節單體電池的溫度進行測量；采用LTC6803電池監視芯片對單體電池電壓進行檢測并進行均衡處理；通過霍爾傳感器獲取充放電電流，并對充、放電進行開關控制；具有異常保護、報警等功能，通過RS232串口與主控箱內的ARM顯控板通信。
6關鍵技術分析
a）鋰離子電池組管理（BMS）技術研究
針對礦用鋰電池不間斷電源研制需求，研究礦用鋰電池組高精度SOC預測與均衡策略的電池管理技術、高精度和高抗干擾數據采集技術，開發出基于鋰電池的高性能電池管理系統，并整個系統采用模塊化設計思想，方便以后升級和擴展。自主編制BMS上位機軟件界面，通過串行接口監測與設置板卡運行參數。
a）基于總線方式的電池熱連接擴容技術
采用了基于總線的主控箱與電池箱分離的系統設計，用戶可以根據需求靈活增減電池容量，一臺主控箱可以連接多達32臺電池箱。本產品除完成單體電源的全部功能外，還需對多臺電池箱的進行監測、協調其投切及充放電等控制，主控箱內的ARM顯示板對電池箱內的BMS電池管理系統具有熱連接的管理能力，電源系統能夠像USB設備一樣將外部電池箱隨時接入或脫離系統。該系統能夠實現市電、電池工作模式之間的零延時切換、實現電池箱之間的無縫投切。
b）磷酸鐵鋰離子電池的在線SOC估算
磷酸鐵鋰離子電池的性能出眾，但其化學特性讓SOC電池容量估算變得較為復雜。項目組對單體磷酸鐵鋰離子電池建立了等效電路模型，根據等效電路模型列出了系統的狀態空間方程。通過調試確定電池等效電路模型的參數，包括SOC曲線函數的獲取，相應電阻、電容值的確定。在確定電阻值時，考慮到電流的影響，擬制出電流的函數，提高了模型的精度，根據安時法由系統狀態空間方程得出SOC估算公式。在實際環境中結合電池充放電，進行在線式SOC估算，達到較高的估算準確性。
c）基于LTC6803芯片的被動均衡技術
傳統的均衡使用了繼電器放電的方式，電池數量多時檢測復雜，可靠性低。項目組經過分析論證選擇采用了LTC6803電池管理芯片，結合MOSFET場效應管與功率電阻，實現放電回路，由處理器控制MOSFET導通對單體電池進行放電均衡。
7結束語
本研究研在技術上有很大自主創新，內部關鍵部件ARM主控板、BMS電池管理系統硬件及其嵌入式軟件均為自研，完成BMS上位機軟件、上位機遠程通信軟件，擁有完整的自主知識產權。該電源應用于礦業生產中，配置靈活，可以保證礦下設備工作的不間斷，為安全方面提供有效保障，具備很好的社會與經濟效益。
參考文獻
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[關鍵詞]電力變壓器 野外試驗 自備電源 研究 應用
中圖分類號：TM41 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）34-0233-03
1、引言
梅州地處山區，多高山峻嶺，且自然村分布零星，許多山區小村偏遠，交通不便或根本無法通行車輛，由于客觀存在的地理位置使梅州農村電網的維護長期以來都是一個令人頭痛而又不得不面對的問題，特別是在梅州供電局對梅縣、平遠縣、興寧市（縣級）、大埔縣、五華縣、蕉嶺縣、豐順縣供電局進行收編接管后，為提高電力供應的可靠性和電壓質量，和規范農村配電網絡，對各縣一些歷史原因遺留的6kV線路，進行農網改造，要求升壓改成10kV線路；而升壓改造往往是將原6kV的變壓器通過改內部接線的方式進行。
因此，在農村電網維護或改造時，往往要對變壓器進行交接性試驗，面變壓器的交接試驗項目主要有變壓器直流電阻測試及變比測試，分接頭的電壓比測試，變壓器的三相接線組別和單相變壓器引出線的極性測試，非純瓷套管試驗，繞組和套管的絕緣電阻，、吸收比或極化指數測試，繞組和套管的交流耐壓試驗等；由于是停電作業，且大都是在野外或山區內，在進行變壓器試驗時，只能自備發電機發電或其它電源設備，以提供試驗電源。
在多年的工作實踐中發現，用汽油發電機或柴油發電機提供試驗電源，在進行變壓器試驗時，變壓器的一些常規試驗項目往往無法順利完成，例如變壓器直流電阻測試及變比測試，有時甚至會使試驗儀器“死機”，更嚴重的造成試驗儀器燒壞；而這些測試儀在電網的市電中是正常工作的。我們在排除其它可能的原因后，通過儀器對汽油發電機或汽油發電機提供試驗電源進行分析，發現電源波形是雜亂的，且電壓波動比較大（見下面波形圖一）；
而我們對電網的市電進行分析，發現市電的波形是穩定的、平滑的正弦波，且電壓幅值的穩定的（見下面波形圖二）。因現今的測試儀器都是精密的微機式儀器，對電源的質量要求比較高，因此可以初步斷定，電源的質量問題的造成測試儀器不能正常工作或性能下降的原因。
因變壓器試驗的質量直接關系到電網的安全運行及供電質量，因此對野外試驗自備電源進行深入研究，尋求有效解決野外試驗自備電源質量問題的手段，做好變壓器試驗就有了深刻的意義。
2、現有野外停電作業后備電源的缺陷分析及探討
（1）長期以來，在野外停電進行變壓器試驗時，試驗人員都是以發電機作為停電作業的自備電源，而此類自備電源的供電質量問題一直困擾著電力設備試驗人員，給試驗工作帶來了諸多不便和一系列的問題。針對自備電源供電的質量問題，我們進行了深入的研究和分析，發現的問題主要有以下幾個方面：
眾所周知，發電機的原理是（汽油發電機為例）： 汽油機驅動發電機運轉，將汽油的能量轉化為電能。 在汽油機汽缸內，經過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化汽油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到汽油的燃點。汽油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為“作功”。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。 將無刷同步交流發電機與汽油機曲軸同軸安裝，就可以利用汽油機的旋轉帶動發電機的轉子，利用“電磁感應”原理，發電機就會輸出感應電動勢，經閉合的負載回路就能產生電流。如要想得到可使用的、穩定的電力輸出，還需要一系列的汽油機和發電機控制、保護器件和回路。
目前市場上的汽油（柴油）發電機多是只帶有簡單的整流回路，我們分析了目前市場上幾種常用發電機輸出的電源，通過波形分析發現，無論是波形還是幅值都不盡人意，下面是幾個廠家生產的發電機輸出電源的波形分析圖（圖三、圖四、圖五）：
以上發電機輸出的電源在作為停電作業后備電源實踐應用中，由于電源的質量不穩定，在停電施工中作為后備電源，給變壓器試驗工作帶來了很多不必要的麻煩，有時甚至無法驅動測試儀，或者測試儀顯示一直在測量，嚴重影響了緊張的停電作業和變壓器試驗質量。
（2）為尋求有效解決停電作業后備電源的問題的手段，我們也嘗試了如下幾種方案：
方案一、因發電機電源的質量問題主要是電壓不穩定、電磁干擾大及不是標準的正弦波，因此，為解決問題，我們將發電機的電源引入我們準備好的交流濾波器（濾波器要有良好的接地時），利用交流濾波器消除發電機PWM電壓帶來的各種問題（過沖電壓、過高的dv/dt、電機軸承電流等），及抑制電磁干擾的功能，以達到對電源濾波的效果。再將濾波器出來的電源引入交流穩壓器，在經過穩壓裝置后再驅動測試儀，以完成變壓器的各項交接試驗項目。
通過實踐應用的結果是，有時可以驅動測試儀，并能完成一些變壓器交接試驗項目測試，但不是很穩定，在進行變壓器直流電阻測試及變比測試測試時，測試儀會出現突然“死機”或測試時間過長的現象；重新開機時，測試儀不能正常啟動或啟動時間過長，不能很好地完成測試工作。通過分析發現，在示波器下該電源的正弦波波形不是平滑的，波形是鏈狀的（其波形見下圖六）。發電機的電源經過濾波器過濾，再經過穩壓器穩壓后，仍然無法徹底消除干擾，得到良好的正弦波電源，所在此方案的電源無法正常完成《變壓器交接試驗規范》要求的項目，就算是在重復多次完成試驗，此種情況下測試的數據是不可靠、不可信的，試驗人員是無法依據測試數據來判斷變壓器的性能是否合格的，所方案一不能用。
方案二、因方案一中發電機的電源經過濾波器過濾，再經過穩壓器穩壓后，仍然無法徹底消除干擾，得到穩定的、平滑的正弦波電源，因UPS電源適合帶阻容性、阻性、微感性的微機類負載，所以我們考慮采用后備式不間斷電源。UPS電源主要由整流器、逆變器、畜電池組及交流穩壓器等組成。所謂后備式不間斷，顧名思義，就是說在正常狀態下由電網提供電力，當外來供電中斷時（也就是電網停電時），后備式不間斷電源裝置，則將其自帶的蓄電池中的直流電，通過逆變器轉換為交流電繼續為設備供電；換言之就是后備式UPS在有市電時僅對市電進行穩壓，逆變器不工作，處于等待狀態，當市電異常時，后備式UPS會迅速切換到逆變狀態，將電池電能逆變成為交流電對負載繼續供電。
在實際測試過程中發現：切斷后備式不間斷裝置充電回路開關，由后備式不間斷裝置自帶的畜電池組通過逆變器轉換為交流電源，可以完成電力變壓器交接試驗的所有測試項目，但如合上充電回路開關后（充電電源由發電機提供），根據后備式不間斷電源的工作原理，逆變器停止工作，處于等待狀態；UPS裝置切換到外接發電機充電回路，這時變壓器測試儀會出現突然“死機”或測試時間過長的現象；重新開機時，測試儀不能正常啟動或啟動時間過長，不能很好地完成測試工作，也就是出現方案一的試驗現象。
通過分析發現：當后備式UPS裝置切換到外接發電機充電回路供電時，電源波形是雜亂的，且電壓波動比較大，并出現鋸齒狀（見下面波形圖七）；
當而我們切斷后備式不間斷裝置發電機充電回路開關，由后備式不間斷裝置自帶的畜電池組通過逆變器轉換為交流電源供電時，分析發現此電源的波形是穩定的、平滑的正弦波，且電壓幅值的穩定的（見下面波形圖八）。此方案不適合在野外停電作業使用。
方案三、通過以上兩個方案分析，因現今的測試儀器都是精密的微機式儀器，對電源的質量要求比較高，必須是穩定的、平滑的電壓幅值的穩定正弦波電源。可經判斷，電源的質量問題是造成變壓器測試儀在試驗時出現突然“死機”或測試時間過長，重新開機時，測試儀不能正常啟動或啟動時間過長現象，不能很好地完成測試工作或性能下降的根本原因。
隨著微機式精密測試儀器的不斷涌現和大量應用，對工作電源的質量要求越來越高。因此當務之急就是通過對試驗設備電源的研究，尋找一種適合現階段精密測試儀器在野外使用的電源。。我們在方案二的基礎上，提出了第三個方案（見示意圖）。
方案三中，因在線式不間斷裝置輸出的電源有穩壓、穩頻、濾波及抗干擾能力強的特點，我們將后備式不間斷裝置換成了在線式不間斷裝置，其它部分保留，在線式不間斷電源與后備式不間斷電源的原理基本相同。從原理上看，在線式不間斷電源同后備式不間斷電源的主要區別在于，后備式不間斷電源在有外接電源時，僅對外接電源進行穩壓，逆變器不工作，處于等待狀態，當外接電源異常時，后備式不間斷裝置會迅速切換到逆變狀態，將自帶電池電能逆變成為交流電對負載繼續供電，因此后備式不間斷裝置在逆變工作時會有一段轉換時間，一般小于10ms；而在線式不間斷電源裝置在正常工作情況下，外電源經輸入隔離變壓器整流后變為直流電，該直流電經逆變器轉換為高質量的交流電供負載；若外接電源異常時失時，控制裝置自動將備用蓄電池的電能輸入逆變器，逆變成交流電后繼續供負載，外接電源恢復時，自動轉為市電整流后逆變供電，若市正常逆變故障時，則自動通過輸出切換開關不間斷切向電子旁路供電，等故障排除后再恢復至逆變供電。因此在線式不間斷裝置開機后，逆變器始終處于工作狀態（除發生故障），在外接電源異常時切換時沒有中斷時間，能連續供電。
我們在通過對在線式不間斷電源的分析，其波形穩定的、平滑的、電壓幅值穩定的正弦波電源（見下圖九），在實際變壓器交接試驗測試過程中可隨時接發電機充電，都能使儀器正常工作，順利完成所有測試項目。
所以，因在線式不間斷電源工作原理是將外來供電轉換為直流電存入自帶的蓄電池，同時從蓄電池獲取直流電轉換為交流電為設備供電，其輸出的電壓波形為正弦波，電壓相當穩定，且搞干擾性能好，攜帶方便，操作簡便，非常適合微機測試儀的后備電源；基于以上優點，在線式不間斷電源裝置正是我們需要的電力變壓器野外試驗自備電源設備。
3、在線式不間斷電源裝置的應用
我們在梅州市07年度農電改造項目―興寧市黃槐鎮35kV四望嶂變電站6kV墟鎮線變壓器改造工程中，該工程的主要任務是一天之內將線路上的15臺6kV電力變壓器，通過改造內部接線的方式，改造成10kV電力變壓器，然后升壓運行。因黃槐鎮全鎮的生活用電都是由該線路供，該工程時間緊、任務重。為減少縮短停電時間，我們采用的方案是分段實施、早停夜送（七時開始停電，十八時前送回電）的方式施工。因為原6kV電力變壓器都是在原位改接線，改造成10kV電力變壓器，施工人員必須精確計算每項施工工序的時間，其中最為關鍵的項目就是變壓器內部接改造和改造后的交接試驗。
按當時的人力、物力，將一臺6kV電力變壓器改造成10kV電力變壓器需120分鐘，而完成一臺電力變壓器交接試需60鐘，因此都是爭分奪秒的。為保證工程順利完成，在解決所有人力物力后，在大范圍停電時，怎樣解決電力變壓器試驗的后備電源及其它施工電源，保證電力變壓器改造后的測試時間和質量就顯得尤為重要。
我們攜帶了五臺福州凱特電氣有限公司產的KD2000型在線式不間斷電源裝置，因停電作業時間長，KD2000型在線式不間斷電源裝置只能向負載連續提供3小時的電源，因此我們配置了五臺便攜式單相發電機，作為在線式不間斷電源裝置的充電電源。在實際應用時，由于在線式不間斷電源的能提供高質量正弦波電源，且干擾性好、攜帶方便、操作簡便的性能，在停電作業規定的時間中，順利完成了電力變壓器的所有測試項目。
在線式不間斷電源為此項大面積停電、施工任務繁重的工程，提供了高質量電源支持，為以后同類型的停電作業施工提供了很好的案例參考。同時也解決了長期以來，一直困擾電力設備試驗人員電源質量問題。
實踐證明，在線式不間斷電源輸出電壓穩定，攜帶方便，操作簡便，運行穩定性好，非常適合微機測試儀的后備電源。在線式不間斷電源的推廣應用，有效提高了設備試驗的質量、節約了試驗時間、提高了試驗效率，贏得了廣大電力設備試驗人員的一致好評，為梅州電網的安全、穩定、高效運行作出了突出貢獻。
參考文獻
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1、UPS即不間斷電源，是一種含有儲能裝置的不間斷電源。主要用于給部分對電源穩定性要求較高的設備，提供不間斷的電源。
2、當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時，UPS立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞：變電站 后臺監控 逆變電源 供電可靠性
中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01
1 電網系統變電站直流供電模式存在的缺點
當前電網系統變電站中，普遍設置UPS不間斷電源裝置或逆變電源給后臺監控系統供電，以保障后臺機在變電站交流電突然停電時能夠正常對設備運行狀態進行監控，但同時這種供電模式存在以下缺點：
（1）UPS不間斷電源裝置或逆變電源本身屬于一個諧波干擾源，在與直流電源系統相連時，對于后臺主機程序將產生一定的干擾，當然，配置高的設備性能可能符合電網系統抗干擾標準，即諧波干擾量可以降到標準以下，但同時也增加了運營成本，且有許多普通生產廠家的設備無法滿足相關的諧波標準，產生的干擾量很大。
（2）后臺監控主機可靠工作的條件是UPS不間斷電源裝置或逆變電源必須完全可靠工作，因為逆變電源裝置平時工作狀態為交流進線供電，即市電供電狀態，而一旦遇到故障，交流電源突然失電，逆變電源裝置的切換存在一定的時間，或者在切換狀態下容易產生故障，不能完全做到不停電供電，若逆變電源長期工作在逆變狀態，又會對設備壽命造成極大的影響。
（3）部分主要用戶的變電站采取用逆變電源裝置備份的方式來實現可靠供電，卻無形中增加了運行成本。
2 替換逆變電源模塊的方案
針對以上問題并結合計算機供電的特點，提出了新的替換逆變電源裝置的方案：
（1）計算機輸入電源的特點
目前我國運行的計算機輸入電源電壓都是交流220 V，50 hz，輸入范圍為-30%～+20%。
其電源電路為如圖所示的開關電源電路，其基本原理是：交流220 V電源經過橋整流后變為脈動的直流，再經過電容器濾波后，變為264 V的直流電（220×1.2），結合目前變電站的電壓變化范圍，整流濾波后的電壓的范圍是：184～316 V（264×0.7～264×1.2）。
再經進一步變換后提供計算機工作需要的各種工作電壓（直流±3.3 V，±5 V，±12 V），見圖1。
由以上分析得知，計算機的工作電源并不是直接采用的50 hz的交流電，而是將交流電經過整流濾波后得到的直流電。所以在計算機中直接輸入直流電，從原理上分析是可行的。
（2）計算機直接輸入直流電的可行性
當前電網系統變電站直流電源合閘輸出電壓范圍大約是190～254 V，剛好在經整流濾波后的直流電源電壓范圍內（184～316 V）。所以從變電站直流儲能電源（合閘電源）直接接到計算機的輸入端理論上行得通。
（3）在具體實施時，可以將直流合閘的正負輸出兩端任意接到電源插座的兩個輸入端，并不用考慮正負極問題，原因為計算機的開關電源輸入端有二極管，具體道理不在此分析。
實施方案：作為電網系統變電站，可以從儲能電源（合閘電源）的輸出端直接接到后臺監控主機的電源輸入端，對于具有2套直流蓄電池和充電系統的變電站，為了進一步保障供電的可靠性可以采用如下方案，如圖2所示。
3 結語
通過連續6個月的模擬實驗，實驗系統運行穩定，該方案的使用將節省大量資金，系統運行可靠性也將大大提高，同時保證了設備的可靠穩定運行。
參考文獻
當前在我國通信系統建設的過程中，信息技術有了非常廣泛的應用，這也使得它們在運行的過程中對供電的質量和水平提出了更加嚴格的要求，供配電系統在電力系統生產運行的過程中扮演著越來越重要的角色，所以在很多通電機房當中都安裝了UPS電源，這樣一來就大大的增加了系統運行過程中的穩定性和安全性，系統運行過程中故障率更低，同時在諸多方面都可以起到節約資源和成本的作用。
2UPS工作原理
UPS，即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩壓穩頻的交流電源。主要利用電池等儲能裝置在停電時給計算機/服務器、存儲設備、網絡設備等計算機、通信網絡系統或工業控制系統、需要持續運轉的工業設備等提供不間斷的電力供應。UPS電源系統在運行的過程中，逆變器是核心元件，它是一種十分重要的穩壓穩頻輸出的設備，該設備在運行的過程中可以很好的對電源予以保護，在設備處于運行狀態的時候，它具備良好的儲能性，而在系統運行的過程中，穩定電壓通常都是由這一元件執行的，電源系統在運行的過程中通常會存在三種模式，一種是后備式，一種使在線式，最后一種使在線交互式。首先，后備式不間斷電源。在運行的過程中使電通過一旁的線路直接向一些必要的設備進行供電操作，而蓄電池在正常供電的情況下是不運行的，只有市政停電的時候，蓄電池才開始向負載提供電能，如果蓄電池不提供電力的時候，實際上它就是一個穩壓器，而且從性能上來看并不是非常好，在轉換的過程中，轉換的時間和電網侵入干擾的保護性都不是非常強，但是它也存在著一定的優勢，它結構簡單，同時更加的輕便，在運行的過程中不需要投入大量的成本，能夠體現出較高的經濟效益。其次是在線式不間斷電源。在線式不間斷電源通常是由市電中的交流電源在經過一定的整流之后形成的直流電源，在經過一系列的處理之后會將直流電轉變成交流電源實現供電的功能。當市電的供應中斷時，蓄電池就開始執行供電的任務，只有UPS電源出現故障或者是運行異常現象的時候才能轉到旁路去給出荷載，輸出的電力在經過UPS處理走之后是沒有轉換的時間的，在線式的UPS電源供電質量要比前文中介紹的后備式UPS電源的供電質量高，但是在運行的過程中結構十分復雜，而且這一過程中也需要較高的成本投入。最后是在線交互式不間斷電源。其在運行的過程中是從旁路開始經由變壓器從而實現了負載的傳輸功能。在對變壓器進行抽頭切換的過程中，雙向變換器通常是采用逆變器的工作模式和工作方法來使用，在這樣的情況下也就使得逆變器發揮了充電器的作用。如果斷電的時候逆變器是可以將電池的能量轉化成交流電源工負載使用。在線交互式電源在設計的過程中采用了雙向的轉換器，這樣就實現了連續的不間斷的電壓輸出。UPS電池在回充的過程中時間并不是很長，但是這種方式在運行的過程中采取的是工頻變壓器，所以其自身的體積和重量都不占優勢。
3UPS電源系統在使用過程中的注意事項
按照用戶和相關部門的要求，科學合理的選擇負載容量和不同性質的UPS電源可以使得電力系統的運行質量得到顯著的提升，同時在這一過程中可以很好的節約資金，供電部門運行過程中的經濟效益也得到了非常顯著的提升，但是我們必須要指出的一點是在其運行和使用的過程中，必須要注意每一個小細節，只有這樣，才能更好的保證其使用的安全性和合理性。
3.1根據用戶負載的需求性質對UPS輸出功率的影響，在考慮UPS容量時，UPS電源實際可帶的負載量是與負載功率因數密切相關的，輸出功率都是指負載功率因數為-0.8(滯后)時的值，當負載為純電阻性或電感性時，逆變器在額定功率下其有功功率將有所下降。對于電阻性或電感性復印機類負載，則需酌情加大UPS容量。
3.2UPS容量不宜過小。UPS電源系統按使用要求功率余量不大，如果使其長期處于重載運行狀態，雖可節省一部分投資，但工作性質決定了UPS電源系統幾乎是在不間斷狀態下運行的，但由于逆變器處于重載運行，增加大功率負載。這樣既不能為負載提供優質電源，還會造成主機出故障，嚴重時將損壞變換器，UPS負載量不宜長期超過其額定容量的80%。
3.3UPS在運行的過程中容量負載的數值不能過大，UPS電源系統所使用的功率如果過大，就會使得設備出現小荷載運行的情況，這樣就使得逆變器損壞的幾率大大的降低，但是在市電停止運行或者是電池保護裝置出現了故障的時候，電池放電電流的數值過小或者是電流放電的時間太長，都會使得電池出現永久型損壞的情況。
3.4UPS電源系統對環境和運行的溫度存在著非常高的要求，其在使用的過程中應該將溫度控制在22℃以內，同時在其工作的過程中，溫度一定要在15到30℃之間，濕度標準使用35％，UPS電源系統運行工作時不能超過20％～50％。
4日常維護與檢修
4.1UPS電源在正常運行工作中，主機的維護工作主要觀察主機的運行工作狀態，檢查各連接部件和插接部件有無松動和接觸不牢的情況。對主機防塵工作中，應定期除塵。
4.2定期觀察UPS操作顯示屏，確定顯示UPS電源在正常工作數據運行狀態輸入、輸出電流，電壓等運行參數值是否都處于正常范圍內，歷史顯示記錄是否出現故障或報警，檢查主機運行聲音及逆變器輸出聲音，是否有異常變化，如出現“吱吱”聲音時，則可能出現匝間繞組絕緣不好或接觸不良；如出現“鈸鈸”的聲音時，則變壓器存在偏磁現象。
4.3定期維護電池組，要定期測比，平時以每組電池至少應有5～10只電池作標示電池，因儲能電池的工作全部是在浮充狀態，每年應進行2～4次放電。放電前應先對電池組進行測比，以達全組電池的均衡。
4.4在日常維護中，檢測檢查輸入、輸出各連接部件是否有無松動和接觸不牢的情況。除定期檢測檢查電池兩端連接處端子有無松動，腐蝕現象外，還要檢查電池外觀是否完好，機房溫度計、濕度計是否完好準確。
ups中文叫不間斷電源，就是說當市電停電了，ups可以給設備供電一段時間。這個供電的時間取決于UPS電源配置的電池決定。穩壓器就是在市電電壓不穩定的情況下起到穩壓效果所以稱為穩壓器，不起到任何的延時效果。UPS在欠壓、過壓、掉電等等很多天災人禍的情況下可以延時給設備供電一段時間，能夠有足夠的時間來關閉設備，起來保護設備不會因市電不穩定而燒壞一些貴重配件。造成公司財力損失。在這期間UPS電源也是一臺穩壓器它可以在電壓不穩定的情況下供應負載使用，不過一般的穩壓器范圍有限。
穩壓器和UPS電源的優點：
穩壓器在穩電的功能中效率會比UPS高很多，就是同樣的負載同樣功率的ups和穩壓器，穩壓器自身耗電比ups自身耗電要小很多。而且穩壓器價格比ups價格也要低很多。UPS不間斷電源具備穩壓器的功能、抗干擾、防雷電、負載能力強。而且在一些比較昂貴的設備都會優先選擇UPS電源來保護設備的安全使用。
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關鍵詞: UPS;電視播出系統;配置及使用
中圖分類號:TN948 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2012)0910067-01
0 引言
UPS是計算機和其他的電氣設備在正常供電電源發生中斷的時候,可以提供短時供電的應急電源。電視的播出系統是匯集電視臺內外信號的中樞,擔任著電視臺節目向外界進行發送的工作,如果在電視節目播出中出現信號不穩定或者圖像質量低的情況,那么不但會對觀眾心目中的電視臺形象產生直接的影響,還會直接導致收視率下降[1],所以一定要確保電視臺播出系統的供電系統的安全穩定,其中UPS就是一個較為安全的供電方式。
1 UPS不間斷電源的工作原理以及分類
UPS(Unintcrruptiblc Powcr Supply),它的解釋也就是“不間斷電源”,之前,有線電視系統中的替補電源一般都是蓄電池或者是一些其他的能源,以實現電網以及替補電源之間的平穩轉換供電,有效的確保負載電源所需供電的可靠性以及穩定性。現今市場上,UPS產品可以主要分為以下幾種:1)離線式UPS,又被稱為是后備式,在旁路對其負載進行供電的時候,只是在電網停電的時候,蓄電池才能夠通過逆變器,之間轉換成為交流電源給負載進行供電。但是這種UPS輸出的是準方波波形,其供電質量相當的差,功率較小,同時在電源切換的時候,還有可能會對負載產生一定的干擾作用,但是價錢是所有的UPS設備中最低的。2)在線互動式UPS,負載的供電是由平常山路輸出的,他的逆變器在這個時候發揮的也只是一個充電器的作用。如果一旦發生電網停電情況,那么逆變器就會直接把電池的能量轉變成為交流電源,為負載進行供電,這一中UPS的逆變器是一直處于工作狀態的,轉換時間比離線式UPS的短,所輸出電壓具有很高的穩定性,但是他的穩頻效果不是太好,另外充電效果也不是太好,所以不適合作為長時間使用的UPS。3)在線式UPS,這種UPS的逆變器只要有負載,就會一直處于工作狀態,只有在UPS出現故障,或者是過熱、過載的情況下,負載供電才由旁路輸出。但這種UPS的電壓穩定性是所有UPS中最好的,并且具有相當迅速的瞬間響應速度,相當強的抗干擾能力,大大改善了供電電源的供電品質,為負載的安全穩定工作的進行提供了有效的保障[2]。
2 UPS不間斷電源在電視播出系統中的配置
為確保UPS具有充足的電源,可以為播出系統提供一個優質的電源,就要在配置電源的時候嚴格遵循以下幾個方面:
1)UPS的容量不宜比負載的過小,并且使UPS進行長期重載運行。雖然一個購買一個容量較小的UPS,可以節省一部分投資,但是由于逆變器可能長期處于重載運行,那么所輸出的波形可能會發生畸變,輸出電壓的幅值抖動也會過大,那么不但不能夠提供一個優質的電源,還會對UPS的逆變器元件產生損傷,所以要保證負載總耗電量不長期超過UPS額定容量的80%。
2)UPS電源容量的選擇方法。首先要弄明白UPS電源的額定容量和標稱容量的涵義是什么。UPS的額定容量是指其在額定條件下所能夠承受的負荷量,也就是指額定功率,包括有用功率以及無用功率,有用功功率則是指實際輸出功率。比如說如果一臺UPS的標稱容量是1000VA/800W,那么這臺UPS的額定容量就是1000VA,實際輸出功率則為800W。其中電視播出系統的最佳負載量應該控制在UPS額定功率的60%到70%之間[3]。
3)UPS電源系統的安裝。UPS電源系統的安裝質量好壞會對UPS今后的長期運行產生直接的影響,特別是一些大中型的UPS,所以一定要按照規范來進行安裝,主要有:① 電網情況,主要是根據電網電壓的波動范圍以及停電頻率對UPS備用時間配備進行確定,如果有必要的話,還可以在UPS的前級增加一些其他的保護措施。② 使用環境,UPS安裝環境的溫度應該在0℃~40℃,濕度控制在10%~90%,并要保持UPS周圍環境的清潔,這樣才可以有效的減少有害灰塵對UPS的內部電路來產生腐蝕。另外UPS需要進行長延時配置的時候,電池的重量比較大,所以也要考慮到地板的承重問題。③ 接地情況,在UPS系統的安裝中,為了確保系統可以穩定可靠的進行工作,防止寄生電容產生耦合干擾以及保證設備和人身的安全,所以必須要有一個良好的接地系統,來以接地電阻對接地的好壞進行表示,通常情況下接地電阻小于5歐姆為宜。④ 配電要求,主要注意的是在UPS進行接電的時候千萬不能使電池兩級間產生短路情況,這樣會直接損壞電池,甚至會發生電池爆炸,威脅到人身安全[4]。
