技术概要的资料

技术概要的资料第1页/共140页UPS技术概要第四章第2页/共140页引言在今后相当长的一段时间内,我国市电电网供电不足,电压波动大,干扰严重的局面仍将存在我国各行业，各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求,尤其是实时性很强的重要系统，重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求与我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。间断电源越来越成为人们关注的焦点。第3页/共140页1.UPS发展概况1.1UPS的产生随着科学技术的高速发展以及计算机、精密仪器、仪表设备及数据处理设备、自动化生产设备的广泛应用，用电设备对供电质量的要求越来越高。用电设备不仅要求供电电源能够不间断供电，而且还要求其输出电压波形、频率准确完好，不能受到电网的任何干扰，要有一个干净的电源环境。然而由于公共电网自身的原因，以及雷击等一些自然现象的影响，公共电网不能满足用户对高精度高可靠性电源的要求。第4页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（1）电涌（powersurges）指输出电压有效值高于额定值110％，并且持续时间为一个至数个周期。电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压冲击。

第5页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（2）高压尖脉冲（highvoltagespikes）指峰值达6000V，持续时间从0.1ms至10ms的电压。这主要由于雷击、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。

第6页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（3）暂态过电压（switchingtransients）指峰值电压高达20000V，但持续时间介于1μs至100μs的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，只是在解决方法上会有区别。

第7页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（4）电压下陷（powersags）指市电电压有效值介于额定值的80％至85％之间的低压状态，并且持续时间为一个至数个周期。大型设备开机，大型电动机起动，或大型电力变压器接入都可能造成这种情况。

第8页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（5）电线噪声（electricallinenoise）系指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EMI）以及其它各种高频干扰。电动机的运行、继电器的动作、电动机控制器的工作。广播发射，微波辐射以及电气风暴等，都会引起电线噪声干扰。

第9页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（6）频率偏移（frequencyariation）系指市电频率的变化超过3Hz以上。这主要由应急发电机的不稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。

第10页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（7）持续低电压（brownout）指市电电压有效值低于额定值，并且持续较长时间。其产生原因包括：大型设备起动及应用。主电力线切换，起动大型电动机、线路过载等。

第11页/共140页1.1UPS的产生电网的供电质量问题主要表现在一下几个方面：（8）市电中断（powerfail）指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况，其产生原因有：线路上的断路器跳闸、市电供应中断、电网故障等。

第12页/共140页1.1UPS的产生由于以上问题存在，使得负荷与电网供电质量之间的矛盾日益加深。为解决这一矛盾，产生了不间断电源(UninterruptiblePowerSupply简称UPS)这种新型设备。第13页/共140页1.2UPS的概念UPS是什么？UPS(UninterruptiblePowerSupply)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络或其它重要设备提供不间断、高质量的电力供应以及作为机场、电站、医院等重要部门的备用电源。顾名思义，UPS可以给用电设备提供连续不间断的电能，保证电能供应的可靠性。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电.当市电中断(事故停电)时,UPS立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。供电中断只是电网故障之一，电网中存在的各种污染和干扰也是造成用电器件损坏的主要因素。因此，UPS还必须能够消除电网干扰，给用电设备提供高质量的电能。换句话说，高可靠性和高质量是对UPS最基本的要求。第14页/共140页1.3UPS的应用UPS作为一种稳压稳频纯净化的电源现已成为供电系统的核心部分,受到了广泛的认可.在供电质量较佳的欧美和日本,已经将UPS作为标准设备.国内电网供电质量较差,UPS应用更是必不可少.UPS的典型应用有:金融系统，制造业，铁路交通系统，航空系统，石油/化工，煤矿开采，情报，邮电，水利，电力中心，医疗卫生，学校，研究所，商业楼宇，政府机关，军事设备等.第15页/共140页1.3UPS的应用第16页/共140页1.4UPS的主要功能UPS的主要功能可以归纳为以下4个方面：隔离功能如图所示。大多数UPS都是将电网输入交流电压经过整流后变为直流电，一部分能量用于对蓄电池充电，剩余能量经过逆变器重新变为稳压稳频的交流电供应给负载。也就是说，电网通过UPS给负载供电采用了交一直一交变换形式。由于经过整流和大电容滤波，电网中原来存在的瞬间间断、谐波、噪声、电压波动以及频率波动等干扰全部得到消除，供电质量完全取决于逆变器的电能变换能力。这样，UPS作为一个中间环节将电网与负载隔离开，既防止了电网干扰对负载的影响，又可使负载刘电网不产生干扰。(1)隔离功能第17页/共140页1.4UPS的主要功能(2)后备功能后备功能如图所示。UPS带有蓄电池，能够贮存一定的能量。市电正常时，UPS除了从电网吸收能量变换处理后供给负载外，同时对蓄电池进行充电，将部分能量存储在蓄电池中。电网供电中断时，可以将蓄电池中存储的能量经过能量变换继续维持对负载供电一段时间起到后备电源的作用。根据装置中蓄电池和充电器的容量大小，后备时间可以是几分钟、几小时甚至更长。第18页/共140页1.4UPS的主要功能(3)频率变换功能：频率变换功能可以将输入电压的频率变换成负载所需的频率。目前我国电网的频率是50Hz，而某些进口设备要求输入电压的频率为60Hz，军用设备输入电压的频率多为400Hz。要使这些设备正常工作，只需给该设备配备一套输出频率与其输入频率匹配的UPS即可。(4)电压变换功能电压变换功能可以将一种电压等级的电能变换为另一种电压等级的电能。第19页/共140页1.5UPS发展历史20世纪60年代以前采用机械旋转型。最早的UPS采用了非常原始的机械储能方式，是带有一个大飞轮的电动机—发电机组，在发电机上带有一个数吨重的飞轮，平时由市电经过整流器给直流电动机供电，带动交流发电机向负载供电，当市电停电时利用飞轮的惯性使发电机继续供电,可以维持正常供电数秒钟。这种方式稳定可靠、技术简单、便于维修，但是设备庞大笨重、效率低、噪声大，现已基本淘汰。机械旋转型UPS第20页/共140页1.5UPS发展历史70年代，逆变技术和晶闸管在ＵＰＳ中广泛应用。大功率半导体技术迅速发展，晶闸管的出现，使UPS技术产生第一次飞跃，逆变技术不断完善，使其得到广泛应用，但是普通晶闸管不具备自关断特性，又缺乏抗千扰能力，影响UPS工作的可靠性。第21页/共140页1.5UPS发展历史

近十多年来，大功率晶体管(GTR,VMOS和IGBT等)的出现，部分地取代了晶闸管，各种IC控制芯片的研制成功，微计算机的应用，并联及冗余技术的发展，使UPS性能又产生一次飞跃。现代的逆变式UPS问世后，在近十几年中得到了迅速发展。就其技术性能讲：它走过了从方波到正弦波、从离线式到在线式、从小功率到大功率、从常规延时（分钟级）到长延时（小时级）、从简单不停电供电到智能化操作和处理功能的发展历程。

第22页/共140页1.5UPS发展历史控制电路的发展

随着蓄电池和半导体技术的发展，其控制电路也发展很快，由开始的分立元件的简单控制发展到今天的微处理机控制，由硬件控制又发展成软件控制，如软件滤波器；光纤通讯也被引入UPS，而且，微处理机也已被广泛应用于小容量的UPS中，甚至还专门为蓄电池的监控设立了微处理机，以保持电池的最佳状态。

第23页/共140页1.5UPS发展历史UPS的智能化发展随着计算机网络结构的扩展，现在在网络中应用的UPS不再只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网络中电源的管理中心，UPS由最初单纯不间断供电已发展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，而且当作为负载的设备。在无人值守时，当市电故障后，UPS可以按照事先的约定顺序关机，甚至还可以自动发传呼或E-mail给管理者。现代的UPS与服务器上的软件协同工作，还能实现事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分析、调节等多项功能，提供了完全的电源管理解决方案。有些UPS甚至可以对环境温度、湿度和烟雾等进行监视。

第24页/共140页1.5UPS发展历史

UPS的智能化还表现在加强UPS的节能功能即所谓“绿色UPS”上。“绿色UPS”可以减少PC系统使用的电能量，既降低了费用又保护了环境。比如“绿色UPS”在检测到打印机长时间空闲后,就会把打印机的电源关闭。当出现打印排队请求时，UPS可以马上给打印机恢复供电，随着“绿色UPS”的出现，为节约能源又提供了理想的解决方案。

第25页/共140页1.5UPS发展历史保护功能的变化UPS在技术不断发展和改进的过程中，其保护功能也在不断地发生变化，特别是在网络技术高速发展的今天，这种变化就更明显，下图显示了这个变化过程。1993年以前着重追求对硬件的保护，1993年开始，更多的用户把电源对数据的保护要求放在了最重要的地位。１９９３第26页/共140页1.6国内外UPS研究状况由于UPS技术是一项实用技术,国内外各大电源公司,生产厂家以及科研院所都在对其进行研究.国外已经将许多先进技术应用到实际系统中,生产出了许多知名品牌的UPS.国内对UPS先进的关键技术的研究,主要集中在少数知名院校,且大多数处在实验阶段,没能将它们应用到实际系统中去.从目前国内市场上看,国内生产厂商基本不能生产大型UPS,国内的大型UPS市场几乎全部被国外公司占领.对于中小型UPS来说,虽然国内许多生产厂家可以生产,但其产品的可靠性和性能远远不如国外的同类产品,整个中小型UPS市场90%以上都被国外公司占领.第27页/共140页2UPS的分类按功率大小可以分为：小功率（10KVA以下）、中功率（10～100KVA）、大功率（100KVA以上）。按输出波形可以分为：方波，梯形波，正弦波。按输入输出方式可以分为：单相入单相出，三相入单相出，三相入三相出。按工作原理还可以分为：动态UPS，静态UPS。第28页/共140页2UPS的分类静态UPS:以蓄电池组为储能工具,市电正常时交流市电经整流后变为直流电并将电能存储在蓄电池组中,当市电中断时再由逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电来维持向负载供电.动态UPS:是依靠惯性飞轮存储的动能来维持负载电能供应的连续性的,这种不间断电源具有笨重，噪声大，效率低，切换时间长等缺点,已被静态不间断电源所取代.第29页/共140页2UPS的分类静态UPS根据工作方式的不同又可分为：后备式(OFF-LINE)UPS.在线式(ON-LINE)UPS.在线互动式(LINE

INTERACTIVE)UPS.Delta变换型UPS

.第30页/共140页3UPS的原理3.1后备式UPS后备式UPS电源是一种价格低廉,仅能满足一般客户要求的普及型UPS电源.一般使用的是工频变压器来进行能量传递的,由于性能的限制,出于市场的考虑,容量一般只有0.5-2kVA左右.后备式UPS电源框图

第31页/共140页3UPS的原理3.1后备式UPS后备式UPS电源框图

后备式UPS电源的功率变换主回路的构成比较简单,主要由滤波电路和多抽头变压器组成,滤波电路可对市电中的干扰起到一定的抑制作用,多抽头变压器则可以起到电压调节的功能,使UPS电源的输出电压在市电发生低频波动时也能维持稳定,但电网在频繁出现高次谐波时,由于工作原理的限制,显然后备式UPS是无能为力的了.第32页/共140页3.1后备式UPS从性能上看,后备式UPS电源的稳压精度没有在线式的高,但是可以满足一般的应用需要.后备式UPS切换期间的输出会出现瞬间掉电的现象.不过转换时间很短,一般只有几ms,并不会影响到普通计算机的正常工作,但对于服务器等高端设备来说,后备式UPS的供电质量是远远不够的.出于成本考虑,后备式UPS电源工作在逆变状态时输出电压波形失真比较大,廉价的系统电压输出波形多是方波,做得好的可以实现正弦波输出.后备式UPS电源由于在市电供电时不使用变换器,因此具有很高的效率,这一点是显而易见的.

第33页/共140页3.1.1后备式UPS工作原理分析（1）市电供电正常（市电电压处于175～264V之间）时，后备式UPS工作状态如图所示：市电供电正常后备式UPS工作状态第34页/共140页3.1.1后备式UPS工作原理分析经充电器对位于UPS机内的蓄电池组充电，以备一旦市电供电中断时，有能量支持UPS的正常运行。经位于交流旁路供电通道上的稳压器对电压变化起伏较大的市电电源进行稳压处理。在常见的后备式UPS电源中，由于各厂家的设计方案不同，位于交流旁路上的稳压器的稳压精度在220V±（4～10)％左右。此时，在UPS逻辑控制电路的作用下，这种经过稳压处理的市电电源便经转换开关向负载供电（转换开关由小型快速继电器构成，其转换时间为2～4ms）。此时，逆变器在逻辑控制电路的调控下，一直处于停机待命状态。１

２市电供电正常后备式UPS工作状态第35页/共140页3.1.1后备式UPS工作原理分析(2)当市电供电不正常（市电电压低于175V，或高于264V）时，如图所示。在UPS逻辑控制电路的调控下，UPS中的各关键部件将按下述方式运行：市电供电不正常后备式UPS工作状态第36页/共140页3.1.1后备式UPS工作原理分析市电供电不正常后备式UPS工作状态１２３充电器停止工作。逆变器在由蓄电池组所提供的直流能源的支持下，向外提供50Hz有效值为220V的方波稳压电源。转换开关在切断交流旁路供电通道同负载之间的连接的同时，将负载同逆变器电源的输出端连接起来，从而实现由方波逆变器电源向负载供电的转变。第37页/共140页3.1.1后备式UPS工作原理分析市电供电不正常后备式UPS工作状态由于逆变器电源向负载提供的是方波电源而不是正弦波电源，这就要求负载只能带电阻性或计算机、通信设备之类的开关电源型的负载，而不能带电感性负载。否则，会造成两种事故之一：①UPS逆变器电源被损坏.②用户负载设备被损坏。

这是由于电感性负载的出现，会导致出现在方波电源的脉冲波形的上升边或下降边的尖峰干扰的峰值急剧增大的缘故。第38页/共140页3.1.2后备式UPS小结综上所述，对于后备式方波输出UPS:当市电供电正常时，它向用户所提供的电源为对市电电压稍加稳压处理过的“低质量”的正弦波电源。当市电供电不正常时，它向用户提供的是有效值为220V的方波稳压电源。在此条件下，由于要求逆变器立即从关机状态进人自动开机，并马上带载的状态，显然，这极易造成逆变器在执行市电供电～逆变器的期间被损坏的概率增大和造成UPS的市电供电～逆变器供电的切换时间增长。后备式ＵＰＳ优点：电路简单、成本低、可靠性高。后备式ＵＰＳ缺点：输出电压稳定精度差,市电掉电时负载供电有一段时间的中断，输出功率一般较小．因其受切换电流和动作时间的限制,一般后备式正弦波输出ＵＰＳ容量在2ｋＶＡ以下,后备式方波输出ＵＰＳ容量在1ｋＶＡ以下.第39页/共140页3.2在线互动式UPS电源在线互动式UPS电源也称之为准在线式UPS电源.通常情况下,当市电供电在220V±20%时UPS认为电网基本正常,这样,交流电可以通过工频变压器直接输送给负载;当市电超出上述范围,但在150-276V之间时,UPS可以通过逻辑控制,驱动继电器动作,使工频变压器抽头升压或降压,然后向负载供电;若市电低于150V或高于276V,UPS将启动逆变器工作,由电池逆变向负载供电.在市电在150-276V之间时,身兼充电器/逆变器的变换器同时还给电池充电,处于热备份状态,一旦市电异常,马上就转换为逆变状态,为负载供电.在线互动式UPS框图第40页/共140页3.2在线互动式UPS电源因此在线互动式UPS与后备式UPS的区别是变换器时刻处于热备份状态,市电/逆变切换时间比后备式要短.相对在线式UPS而言,它的电路实现简单,生产成本降低和可靠性提高,另一方面在市电供电时不存在AC/DC,DC/AC的转换,使整机效率有所提高.但是,在电网电压正常时,由于它是直接通过工频变压器供电给负载,所以负载使用的同样是充斥着谐波和尖峰的交流电,不利于高端设备的使用,市电逆变切换时,仍存在切换时间.在线互动式UPS原理图如图所示.在线互动式UPS原理图第41页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电供电正常时（市电电压在150-276V之间），如图所示，市电电源经低通滤波器对从市电电网串入的射频干扰及传导型电磁干扰进行适当衰减抑制后，市电电源将分如下调控通道去控制UPS电源的正常运行。市电供电正常时的工作状态第42页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析

市电供电正常时的工作状态当市电电源电压处在175—264V之间时，在UPS电源的逻辑控制电路的作用下，将开关K0置于闭合状态的同时，还将位于UPS输出通道上的作为转换开关使用的小型继电器的常闭触点接通。这样，负载得到的是一个不稳压的市电电源。鉴于微机开关电源所允许的市电电压工作范围在150—264V之间，所以，用户的微机是可以正常运行的。第43页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电电源的电压处在150一175V之间时，鉴于市电输人电压偏低，在UPS电源的逻辑控制电路作用下，将开关K0置于开启状态的同时，把位于采用变压器抽头调压方式运行中的升压绕组输入端的开关Kl置于闭合状态。这样，输入幅值偏低的市电电源经升压处理后（一般从升压绕组所输出的电压是市电输人电压的1.1—1.15倍），负载得到一个幅度较高（172一195V）的市电电源．市电供电偏低时的工作状态第44页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电电源的电压处在264～276V之间时，为防止出现由于将较高的市电电压直接送往负载而损坏用户负载的事故发生，在UPS的逻辑控制电路作用下，在将开关K0置于断开状态的同时，还将位于采用变压器抽头调压方式运行中的降压绕组的输入端的开关K2置于闭合状态。这样，经转换开关送往负载的电源是从降压绕组所输出的市电电源（一般为市电输入电压的0.9倍，此时的输出电压为：230～25OV)，从而达到用户负载安全运行的目的。第45页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电电源的电压处于上述的150～276V范围内时，在线互动式UPS除了向用户的负载提供220V±20％的电源外，还经身兼逆变器／充电器两种控制功能的变换器向电池组充电，以便在市电工作不正常时，提供足够的直流能量。市电向电池组充电第46页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电供电不正常时，即市电输人电压低于150V或高于276V时，如图所示，这时在机内的逻辑控制电路的调控下，UPS电源的各关键控制部件将完成如下的操作：市电供电不正常时的工作状态第47页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电供电不正常时市电供电不正常时的工作状态①逆变器／充电器控制模块将会从原来的充电器工作方式转人逆变器工作方式。在蓄电池提供的能量支持下，该模块经正弦波脉宽调制（SPWM）向外送出稳压的正弦波形逆变器电源。第48页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电供电不正常时市电供电不正常时的工作状态②转换开关在切断交流旁路供电通道通往负载端的同时，把逆变器供电通道同负载连接起来，从而实现由UPS逆变器电源向负载提供正弦波电源的操作（只有在此时，用户才能得到真正的纯正正弦波电源）。③在逻辑控制电路的调控下，充电器停止工作。第49页/共140页3.2.1在线互动式UPS工作原理分析当市电供电不正常时市电供电不正常时的工作状态综上所述：仅当市电供电不正常时，在线互动式UPS才由它的逆变器向外提供质量较高的正弦波电源（按目前的常用蓄电池容量配置，其工作时间为8—10分钟）。相反，在市电供电正常时，它向外提供的是仅对市电电网的电压稍加稳压处理过的质量偏低的正弦波市电电源。运行实践表明：有的在线互动式UPS，如果输入电源的波形畸变度＞5时，易于造成它的内部的转换继电器误动作。过频的切换操作易于造成服务器产生“偶发性”的误动作或自动关机。第50页/共140页3.2.2在线互动式UPS小结综上所述，可以看到：当市电正常时，送往用户负载的电源实际上是一路稳压精度很差的市电电源。在此过程中，需比较频繁地重新调整输人开关K0、Kl和K2的工作状态。为了降低成本，在“在线互动式”

UPS中常采用小型继电器来作调控开关K0、K1和K2，它们的触点切换时间为4ms左右。其带来的弊端是：造成UPS对负载的供电产生瞬态中断，在负载的输入端造成瞬态扰动或高压尖峰干扰，从而造成微机误动作。为解决这一问题，可利用由可控硅所构成的“静态开关”来代替小型继电器。从应用技术的角度看，可将这种UPS电源在执行市电输入电压调压时可能产生的供电时间的中断降低到零，从而明显地改进了在线互动式UPS的输出特性。然而，如果把在线互动式UPS连到被谐波严重“污染”的电网中时，则会由于被“污染”的正弦波电源可能出现多个电压过零点而造成可控硅误动作。问题严重时，会造成微机“自检误动作”，从而造成用户的数据或程序被破坏和丢失（这时用户所看到的现象是：微机显示屏上的所有信息突然全部消失，紧接着会看见微机进入重新“自举启动”运行状态）.第51页/共140页3.2.2在线互动式UPS小结在线互动式ＵＰＳ的优点：具有效率高(可达98%以上)、结构简单、成本低、可靠性高。在线互动式ＵＰＳ的缺点：它大部分时间由市电直接给负载供电,输出电压质量差,市电掉电时交流旁路开关存在断开时间,导致ＵＰＳ输出存在一定时间的电能中断。第52页/共140页3.3DeltaUPS电源Delta

UPS是一种将串联交流稳压技术与脉宽调制技术相结合产品,它利用小功率(设计容量为20%UPS的标称输出功率),经位于主供电通道上的补偿变压器,对不稳定的市电电源的电压执行一定数量级电压调整的电压补偿型的交流稳压电源(最大的输出电压调节量小于±15%UPS的标称输出电压).如图所示,它主要由分别位于主供电通道和交流旁路供电通道上的静态开关STS1和STS2,补偿变压器和两个具有四象限控制特性的Delta变换器和主变换器,电池组等部件组成.其电池组采用双极性配置法.DeltaUPS原理图第53页/共140页3.3.1DeltaUPS电源结构功能说明

结构功能说明

DeltaUPS原理图(1)双变换器，即Delta变换器和主变换器;(2)两个逆变器都是可双向传输功率的4象限高频逆变器；(3)Delta逆变器串联在主电路中，相当于一标准正弦波电流源，主要起有功补偿和谐波隔离作用，是一典型功率因数校正电路，其功率容量为输出功率的20%，该逆变器作用有三个:①对输入、输出电压差进行补偿，使输出电压稳定在±1%精度内;②同主逆变器一起控制输入电流为正弦波，使输人电流谐波<3%，保证输人功率因数为0.99;③与主逆变器一起控制电池充电.第54页/共140页3.3.1DeltaUPS电源结构功能说明

结构功能说明

DeltaUPS原理图(4)主逆变器并联在UPS输出端，相当于个标准正弦波电压源,保证UPS输出纯净的交流电压，功率容量设计为UPS额定输出容量，其作用有四个方面:市电故障时，100%负载功率由主逆变器提供.市电正常时.与Delta逆变器一起完成对输入电压的补偿，此时它的最大运行功率为UPS输出功率的20%.在Delta逆变器的控制下，由主逆变器完成对电池的充电.当负载中存在无功和谐波电流时，由主逆变器提供无功和谐波电流的补偿.

第55页/共140页3.3.2DeltaUPS的稳压调节原理

DeltaUPS的稳压调节原理，如图所示：市电电压偏低时，使Delta变换器所产生脉宽调制型交变电源的占空比＞50%，就可以使得在UPS输出端的电压Uo=Ui＋△U（这时在补偿变压器原边绕组上的△U的方向与输人电压的方向相同，输入电压与补偿电压的幅值相加）。

当Delta变换器所产生的脉宽调制交变电源的占空比等于50%时，则此时出现在补偿变压器原副边绕组上的补偿电压△U=O．显然，在此条件下，Uo=Ui的运行条件就能实现了．Uo=Ui±△U

第56页/共140页3.3.2DeltaUPS的稳压调节原理

DeltaUPS的稳压调节原理，如图所示：市电电压偏高时，使Delta变换器产生的脉宽调制交变电源的占空比<50%，补偿变压器的原边绕组上的补偿电压△U相位同市电输人电源的相位相差1800，UPS的输出电压Uo=Ui-△U。

因此，只要适当地调节Delta变换器所产生的交变电源的占空比就可把原来输人电压偏高或偏低的电源重新变换成具有稳压精度为±1％的UPS输出电源。Uo=Ui±△U

第57页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析1.市电供电正常时

(1)当市电输入电压Ui正好等于UPS的标称输出电压Uo时，补偿变压器两端的补偿电压△U=0。所以，无需由Delta变换器提供任何能量。市电电源经补偿变压器直接送到用户的负载上，无需进行任何调节。此时，补偿变压器处于净功耗=0的工作条件下运行的，P=△U*Io=0

（因为△U=0）。此时，UPS所起的作用就相当于一条电力传输电缆，负载得到电源就是普通的市电电源。△U=0Uo=Ui市电输入正常时的DeltaUPS工作状态第58页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析２.市电供电偏低时当市电电压Vi低于UPS的标称输出电压３８０V的差值在0～15％时，为确保UPS输出电压Vo维持在380V±1％的稳压状态，要求由Delta变换器提供能量，以便在补偿变压器的原边绕组n2中产生一个与市电输入电压的极性同相的补偿电压△U。由于Uo与△U同极性相加而提升市电输人电压。利用脉宽调制（PWM）方法把Delta变换器的输出送到补偿变压器副边绕组n1上。高频交变电源经补偿变压器的耦合作用在其输出原边绕组中产生一个同极性的补偿电压△U（位于补偿变压器输出端的滤波器将高频交变电源重新变成典型的正弦波逆变电源）。通过适当的负反馈调控，使得Uo＋△U=38OV±1%，从而达到自动稳压输出的目的。+△UUo=Ui+△U市电输入偏低时的DeltaUPS工作状态吸收能量转化为+△U第59页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析在此过程中，它的能量传递和闭环负反馈调控通道图所示:由上述可见，当市电电压低于UPS的标称输出电压时，补偿变压器在Delta变换器的调控下对原来幅值偏低的市电电压进行己量的升压调节（△Ｕ最大调节量小于380V的15%，即57V左右），从而构成典型的串联交流稳压电源。第60页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析３.市电供电偏高时(3）当市电输人电压Ｕo高于UPS的标称输出电压380V的差值小于15％的范围时，为确保从UPS输出的电压维持在38OV±1％的稳压状态。在Delta变换器的调控下使得出现在补偿变压器原边绕组n2中的补偿电压与市电输人电压Vo进行反相抵消（办法是：Delta变压器所输出交变电源的脉宽占空比小于50%），从而把原来偏高的市电电压降下来。通过适当的PWM负反馈调制，使得Ｕo=Ｕｉ＋△Ｕ=380V±1%，从而实现自动稳压的目的。－△UUo=Ui－△U市电输入偏高时的DeltaUPS工作状态第61页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析３.市电供电偏高时此时的能量传递和闭环调控通道如图所示。

由此可见：当市电输入电压高于UPS的标称输出电压38０V时，补偿变压器在脉宽调制Delta变换器的调控下对原来幅值偏高的市电电压进行占量的降压处理（其最大电压调节量为－57V)，从而实现自动稳压的目的。第62页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析4.市电供电不正常时当市电输人的电压波动超过士15％或输人频率的波动超过59Hz士3Hz时，两个静态开关(STSI和STS2）同时都处关断状态。此时，主变换器在电池提供的直流能量的支持下，以逆变器的形式向用户的负载提供正弦波逆变器电源。为降低成本，它的主变换器采用不带输出隔离变压器的设计方案。关断关断市电输入不正常时的DeltaUPS工作状态第63页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析5．交流旁路供电状态对于DeltaUPS来说，不管市电供电是否正常，只要遇到下述情况之一时：输出过载或输出短路时．主变换器或Delta变换器之一出故障时．温升过高时．位于主供电通道上的静态开关STS1和位于主供电通道的闭环控制电路中的Delta变换器、主变换器都应立即进入自动关断状态，位于交流旁路供电通道上的静态开关STS2立即进入导通状态。市电直接送到负载上。交流旁路供电状态关断关断关断开通第64页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析综上所述:当市电电源正常工作时，用户的负载与市电电源是处于无电气隔离的工作状态的。来自市电电网的干扰易于直接串人到用户负载端上。第65页/共140页3.3.3DeltaUPS工作原理分析DeltaUPS实际相当于一台串联调控型的交流稳压电源.它的主要功能是对市电进行稳压处理,将原来不稳定普通市电电源变成电压稳压精度为380V±1%的交流稳压电源.除此之外,对于来自市电网的频率波动,电压谐波失真和传导干扰等无实质性改善.其控制原理与利用“伺服电机”来调节碳刷的位置来进行“电压补偿”的“全自动补偿方式”交流稳压电源的控制原理没有实质性的变化.其重大改进是采用高频脉宽调制技术和利用双向能量传递特性的“四象限”变换器(Detla变换器和主输出变换器)来取代于产生机械磨损的伺服电机和碳刷调节系统.第66页/共140页3.3.4DeltaUPS与传统双变换UPS的差别DeltaUPS与传统双变换UPS的差别在于:它利用串并联补偿原理，能同时解决UPS网侧和负载侧的问题，即网侧要求无电流谐波和功率因数接近于1，负载侧要求在网电压波动下维持一个恒定的正弦电压即使带非线性负载条件下也是如此.在正常工作模式，UPS的容量，可以小于负载容量，而取决于负载的功率因数和网压波动范围.若控制策略正确，可以避免网侧谐波电压对负载的影响，也可以补偿不平衡负载.第67页/共140页3.3.4DeltaUPS与传统双变换UPS的差别在市电电源工作不正常条件下（电压波动超过±15％），当DeltaUPS主供电方式切换到交流旁路供电方式时，有可能造成市电输入电源与由Delta变换器或主变换器所输出的稳压精度为±1%UPS输出电源重叠供电的局面，这将极易造成因UPS的“环流”过大而导致UPS的故障率明显增大的弊端。（这是因为由可控硅所组成的“静态开关”在控制电路发出关断命令之后，还可能再继续导通几毫秒的缘故）.显然，相比之下，在线式UPS在执行逆变器供电切换到交流旁路供电切换操时，可能遇到的市电电压的波动值总是小于10％。显然，采用后一种设计方案是十分有利于提高UPS的可靠性的。第68页/共140页3.3.5DeltaUPS小结综上所述，Delta变换型UPS的主要目标是为改善市电电压的不稳定性，它对由于市电频率波动，输人电压畸变，各种电磁干扰以及由于计算机型非线性负载可能产生的电流谐波分量对市电电网的‘污染”并无实质性的改善。此外，其输入／输出功率因数受控于用户的负载性质（线性负载，整流滤波型非线性负载，电感负载或电容负载等）。Ｄｅｌｔａ变换型ＵＰＳ的优点:负载电压由主变换器的输出电压决定,输出电能质量好。主变换器和Ｄｅｌｔａ变换器只对输出电压的差值进行调整和补偿,它们承担的最大功率仅为输出功率的20%(相当于输入市电电压的变化范围),所以整机效率高,功率余量大,系统抗过载能力强。输入功率因数高,可达99%,输入谐波电流小。Ｄｅｌｔａ变换型ＵＰＳ的缺点：主电路和控制电路相对复杂,可靠性差.第69页/共140页3.4在线式UPS电源在线式UPS又称串联调整式UPS,目前绝大多数大中型UPS都是在线式的.在线式UPS一般由整流器，充电器，蓄电池组和逆变器等部分组成,其原理框图如下图所示.在线式UPS原理框图第70页/共140页3.4.1在线式UPS工作原理下面以微处理器控制的小型在线式UPS来分析其工作原理。微处理器控制的小型在线式UPS控制框图如图所示，市电电源经滤波器对来自电网的电磁干扰和射频干扰首先进行衰减和抑制处理后，分4路去控制后级电路的正常运行：第71页/共140页3.4.1在线式UPS工作原理微处理器控制的小型在线式UPS控制框图直接经交流旁路供电通道被馈送到UPS的自动旁路开关上。经充电器对位于UPS机内的电池组进行“浮充”充电，以便市电供电中断时，蓄电池有足够的能量来维持UPS的正常输出。送到UPS整流滤波器的输入端。向UPS的锁相同步电路送去市电同步跟踪信号。第72页/共140页3.4.1在线式UPS工作原理微处理器控制的小型在线式UPS控制框图当用户在按下UPS前面板上“开机启动”开关后，由电池组所供的高压直流电源经位于UPS内部的直流辅助电源电路进行DC／ＤＣ变换处理后，产生出这台UPS控制电路和微处理器所需要的低压直流辅助电源。UPS内部的直流辅助电源被正确地建立起来后，微处理器就会立即进行初始化自检操作程序。自检完成后，用户按下“逆变器启动”开关，此后，在微处理器的控制下，UPS的逆变器电源将进入正常工作阶段。第73页/共140页3.4.2在线式UPS工作原理分析１.市电正常时的工作状态，如下图所示：正常工作时，采用脉宽调制法控制的整流器、滤波器将不稳压的市电变成幅值稳定的直流高压电源V1送到逆变器电源的直流总线输入端。当市电供电正常时，在微处理器调控下:DC／DC变换器不工作，从DC／DC变换器所送出的另一路直流电源的电压V3小于V1。二级管D处于反向偏置状态，DC/DC直流变换器不向逆变器提供任何能量。逆变器在微处理器所送的正弦脉宽调制脉冲的调控下，将直流电源V1变成标准的50Hz正弦波电源V4，负载处于由高质量的逆变器电源供电的状态。第74页/共140页3.4.2在线式UPS工作原理分析２.市电市电发生停电时的工作状态，如下图所示：如果市电发生停电，DC/DC变换器立刻进入工作状态，整流器所输出的直流电源电压V1小于从DC/DC变换器所送出的直流电流电源的电压V3，二极管D导通，所以，蓄电池通过DC/DC直流变换器向逆变器提供能量，逆变器将直流电源V3变成50Hz正弦波电源V4，继续对负载供电。开通第75页/共140页3.4.2在线式UPS工作原理分析３.危及逆变器的情况时的工作状态，如下图所示：UPS运行中遇到危及逆变器的情况时，为使UPS逆变器不被损坏和连续供电，UPS会自动执行从逆变器电源供电转交流旁路电源供电的切换操作。一旦执行了切换操作后，负载得到的是市电电源。UPS执行逆变器电源供电→交流旁路电源供电的原因可能有：在UPS输出端出现输出过载或短路故障.由于环境温度过高或冷却用风扇出故障而造成位于逆变器中的功率放大管(IGBI管)的散热片温度超过90℃以上.UPS中的逆变器本身出故障.开通关断停止工作第76页/共140页3.4.3在线式UPS小结在线式ＵＰＳ的优点:不论市电正常与否,负载都由逆变器供电,所以当市电发生故障的瞬间,ＵＰＳ的输出电压不会产生任何间断。由于ＵＰＳ逆变器采用高频ＳＰＷＭ调制和输出波形的反馈控制,可以向负载提供电压稳定度高、波形畸变小、频率稳定以及动态响应速度快的高质量的电能。在线式ＵＰＳ的缺点:全部负载功率都由逆变器提供,输出能力受限制。整流器和逆变器都承担全部负载功率,整机效率比较低。第77页/共140页3.5UPS原理小结

从以上分析可以看出,按技术性能优劣排序,其顺序应为:在线式UPS>Delta变换型UPS>在线互动式UPS>后备式UPS.到此为止，我们可将所讨论过的几种典型UPS的工作特性简单归纳于下表中。第78页/共140页3.5UPS原理小结

在线式与非在线式

UPS电源（后备式UPS，在线互动式UPS,Delta变换型UPS）的主要区别是：双变换式在线式UPS：首先利用AC一DC变换将普通的市电交流电源变成直流稳压电源，然后再将直流电源经脉宽调制处理后，就能在逆变器内经DC—AC变换重新变成稳定的、纯净的正弦波电源。因此，它是属于将市电电源进行彻底改造的“再生型”电源。它可以解决来自市电电源的电压不稳、频率不稳、波形畸变及各种电磁干扰等的所有电源问题。非在线式UPS：属于仅对市电电源的电压波动进行不同程度的稳压处理的“改良型”电源。它对除电源电压之外的其他的电源问题的改善程度相当有限。当市电供电正常时，它们的市电输入端与UPS输出端处于非电气隔离状态。第79页/共140页4UPS的技术现状第80页/共140页4.1

UPS的关键技术探讨UPS按其容量大小不同可以分为100kVA以上的大功率UPS，10～100kVA的中功率UPS和10kVA以下的小功率UPS.大功率UPS在技术,工艺,制造等多方面的难度也超出了中小功率的UPS,目前只有一些世界知名公司有设计和制造能力,它作为电力电子行业的尖端产品,成为衡量一个电气公司技术水平的重要标志.大功率UPS的关键技术如下:逆变技术整流技术第81页/共140页4.1.1逆变技术

逆变器是整个UPS的核心.对于UPS逆变器的电路结构,主要有以下几种:(1)工频机的逆变器这种逆变器结构的优点是给用户提供了真正的隔离电源,具有谐波抑制作用,可以提高单相负载过载能力;缺点是输出三相电压相互耦合无法独立控制以及装置体积大.(2)高频机的逆变器高频机逆变器的优点是输出电压可以独立控制,装置体积小;其缺点是输入输出不隔离,导致可靠性和安全性变差,并且输出电压有一定的直流成分.(3)新型的在线式互动技术这种逆变器兼有高频机的优点和缺点.(4)四桥臂变换技术这种技术正处在研究之中,优点它可以使输出三相电压独立控制,但是其缺点是控制模型在多面体内运动,算法复杂.第82页/共140页4.1.1逆变技术基本变换方式下图是最典型的逆变器的电路结构。即是在逆变器的直流输人侧接电解电容，在直流输出侧接工频变压器，在变压器的次级接交流滤波器的电路结构。逆变器的输出电压一般是采用PWM的恒压控制方式，在小功率到大功率的UPS中广泛采用。对于这种电路结构来说，可通过开关频率的高频化使波形整形用交流滤波器小型化，以及有效利用变压器的漏感用做电感，从而使UPS小型轻量化。逆变器电路的基本结构第83页/共140页4.1.1逆变技术高频环节变换方式除了特殊情况外，UPS的输人输出需要进行隔离，一般采用工频变压器，但这就使UPS小型轻量化受到限制。现研制开发有采用MOSFET,IGBT等高频开关元件的高频环节的变换方式，已经用于部分小功率UPS中。高频环节变换方式的电路有各种结构。第84页/共140页4.1.1逆变技术高频环节变换方式如图所示高频环节变换方式的逆变器电路实例，即常用的直流／直流变换器与循环换流器。输入输出都采用高频变压器进行隔离，有利于UPS小型轻量化。直流/直流变换器已经实用化了，循环换流器正在开发阶段。对于直流/直流变换器，它是采用高频变压器进行隔离而构成直流电压．高频环节变换方式的逆变器电路实例第85页/共140页4.1.1逆变技术高频环节变换方式下图是循环换流方式的逆变器电路实例。图(a)为单相输出用逆变器，图(b)为三相输出用逆变器，它们都是用高频变压器对高频逆变器的输出进行隔离，再用双向开关电路构成的循环换流器变换为工频交流的变换方式。对于单相输出用逆变器，输出电压的控制是对高频逆变器进行PWM控制与对循环换流器进行控制的两种方式，但对于三相输出用逆变器是对循环换流器进行控制的方式。循环换流方式的逆变器电路实例图a第86页/共140页4.1.1逆变技术高频环节变换方式下图是循环换流方式的逆变器电路实例。图(a)为单相输出用逆变器，图(b)为三相输出用逆变器，它们都是用高频变压器对高频逆变器的输出进行隔离，再用双向开关电路构成的循环换流器变换为工频交流的变换方式。对于单相输出用逆变器，输出电压的控制是对高频逆变器进行PWM控制与对循环换流器进行控制的两种方式，但对于三相输出用逆变器是对循环换流器进行控制的方式。循环换流方式的逆变器电路实例图b第87页/共140页4.1.1逆变技术总的来说,逆变器的拓扑结构近年来没有大的突破.为了提高整个UPS的性能,更多的集中在UPS逆变器控制技术研究上.当今逆变器的数字化控制方法成为交流电源领域的研究热点,出现了多种离散化控制方法,包括数字PID控制,状态反馈控制,无差拍控制,重复控制,模糊控制,神经网络控制等方法.上述各种A控制方案都有其优势,但是也有其不足.为了使UPS具有较好的鲁棒性,稳态精度,动态响应速度,输出电压波形畸变率等,一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透,互相结合形成复合控制方案.复合控制是UPS逆变器的一个发展方向.第88页/共140页4.1.2整流技术

传统三相大功率UPS一般采用晶闸管整流技术,在大功率段一般采用12相甚至24相整流技术.晶闸管整流的优点在于原理简单,控制方法成熟,效率高,但是谐波电流大.为了防止对电网构成污染,一般采用滤波器技术,可将12脉冲整流的输入谐波电流降到6%以下.随着大容量全控器件的发展及控制水平的提高,近年来出现了采用IGBT的高频整流技术,由于这些电路结构可以不断运用各种新的数字控制方法,它的功率因数可以达0.99以上,谐波电流小于3%,是一种真正的绿色电源,近年来开始成为研究的热点.整流技术的热点主要集中在电压型三相整流技术和电流型三相整流技术两种方案.第89页/共140页4.1.2整流技术整流器整流器是将交流变换为直流，供给逆变器直流功率，并具有对蓄电池进行充电的功能。根据不间断电源方式的不同，有对输出电压进行控制的电路结构和只是将交流变换为直流的电路结构。传统的电路方式是采用二极管整流器和可控硅整流器，但采用这种电路时会产生高次谐波影响电力系统，所以要采用低次谐波以及高功率因数的电路方式。第90页/共140页4.1.2整流技术整流器①高功率因数变换器高功率因数变换器是在整流电路中采用的开关元器件，使交流输人电流为高功率因数的正弦波，并能使直流输出电压稳定的电路方式。在小功率到大功率UPS中，这种电路正在进人实用阶段。如下图所示各种高功率因数变换器电路。单相输人UPS通常采用图(a)～图(c)的三种方式，三相输人UPS通常采用图(d)的方式。这些都是直流输出电压高于交流输人电压峰值的升压方式。在小功率UPS中采用单相输人的升压斩波式与半桥式电路，在较大功率UPS中采用单相输人的混合桥式电路。各种高功率因数变换器第91页/共140页4.1.2整流技术整流器①高功率因数变换器高功率因数变换器是在整流电路中采用的开关元器件，使交流输人电流为高功率因数的正弦波，并能使直流输出电压稳定的电路方式。在小功率到大功率UPS中，这种电路正在进人实用阶段。如下图所示各种高功率因数变换器电路。单相输人UPS通常采用图(a)～图(c)的三种方式，三相输人UPS通常采用图(d)的方式。这些都是直流输出电压高于交流输人电压峰值的升压方式。在小功率UPS中采用单相输人的升压斩波式与半桥式电路，在较大功率UPS中采用单相输人的混合桥式电路。各种高功率因数变换器第92页/共140页4.1.2整流技术整流器①高功率因数变换器这里介绍的方式都是交流输人电流失真小的正弦波，但从小型轻量化和低价格来看这还不够。为此，最近正在研制开发简易型高功率因数的变换器。第93页/共140页4.1.2整流技术整流器②SMR变换器SMR(switchModeRectifier)是用一种变换电路对交流输入的高次谐波电流进行抑制，在输出部分用高频变压器进行隔离，并进行整流平滑获得直流输出的电源变换方式。电路构成如图所示，图(a)为基本电路,它是在由双向开关构成的频率变换电路的交流输人侧接有交流电感，在其输出侧接有高频变压器，并在高频变压器的次级接有整流器与平滑电容而构成的电路。与采用工频变压器进行隔离的高功率因数相比体积与重量都小得多，但需要采用双向开关元件以及交流缓冲电路，实用化速度较慢。SMR变换器的结构第94页/共140页4.1.2整流技术整流器②SMR变换器图(b)和图(c)是解决此问题的改进电路，这些电路是不需要采用双向开关元件和交流缓冲电路的方式。图（b）是改进的单相电路方式，频率变换器是采用二极管的串联电路与二组开关元件的串联电路进行并联而构成的交流开关，在频率变换器的交流输人侧接有交流电感滤波器，在其输出侧接有带中间抽头的高频变压器，并在高频变压器的次级接有整流器与平滑电容。由于使用了带中间抽头的变压器，半导体器件上加的电压为输人电压的2倍以上，采用的交流输人电压受到使用的半导体器件的限制，但由于流过电流的器件少，所以得到较高的变换效率。SMR变换器的结构第95页/共140页4.1.2整流技术整流器②SMR变换器图(c)为改进型的三相电路，交流开关电路有三组，每相一组，每组的电路结构与单相时一样。它是在交流输人的各线间接电容，交流开关电路的输出接高频变压器，变压器的次级接整流器与直流电感的电路结构。使用的半导体器件较多，但由于采用了高频变压器，以及负载回授式电容缓冲电路，因此，非常有利于UPS电源的小型轻量化。SMR变换器的结构直流电感高频变压器输出直流整流器频率变换电路频率变换电路交流滤波电路交流输入第96页/共140页4.1.3并联技术在某些特殊场合,如大规模互联网数据中心IDC(InternerDataCenter),机场等,要求UPS的容量达到数兆伏安.由于功率器件和散热工艺等方面的限制,必须将UPS并联才能达到所需的容量.并联技术的核心是各并联部分的均流问题.UPS的并联比一般的直流电源并联要复杂的多,它必须满足以下三个条件:每个逆变器的输出电压的幅值必须相等.每个逆变器的输出电压的频率必须相等.逆变器的输出电压的相位必须一致.

第97页/共140页4.1.3并联技术在采用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统.从目前掌握的资料来看,有以下几种冗余配置方案:①集中式并联控制②主从式并联控制③分散式控制④环链式控制⑤无线式控制.从可靠性的角度看,集中式最差,无线式控制最好.

第98页/共140页4.2UPS的技术要求随着UPS技术的发展和成熟，UPS由最初在市电掉电时可持续维持供电转变为一个中型的或者局部的高可靠、高性能、高度自动化的供电中心。对它的技术要求可以概括为三个方面：(1)能在各种复杂电网环境下可靠地运行，一般不污染电网.(2)有很强的输出能力和可靠性，并能满足各种负载的要求.(3)有很高的可用性和可维护性，有高度智能化的自检功能、状态显示、报警、状态记录和通讯功能，甚至有环境检测功能.第99页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(1)输出电压稳定精度是指在市电供电时，当输入电压在允许范围内变化，输出电压的变化量与额定值的百分比。通常后备式和在线互动式等小功率UPS设计在±5％～±10％范围内，而在线式特别是大功率UPS，此项指标都可达到±1％。(2)输出电压波形失真度是指计算机输入交流电压中所有高次谐波有效值之和与基波有效值的百分比。各种电路结构UPS的输出波形失真度差别很大，在线式UPS可控制在5％以内，而后备式UPS在电池逆变工作状态下的波形失真度可达30％(准方波)。第100页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(3)输出电压频率稳定精度UPS输出电压频率的变化量与额定频率(50Hz)的百分比。各种UPS在蓄电池供电状态下，该项指标都可达到±0.5％，有的还可以达到±0．2％。(4)输出电压幅值的三相不平衡度是指将UPS输入电压和频率调至UPS额定值，在带载情况下的UPS输出交流电压中的负序分量与正序分量比值的百分数。目前三相UPS的输出电压不平衡度在平衡负载情况下可做到1％，在不平衡负载情况下可做到3％，国家标准是≤5％。第101页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(5)三相负载不平衡能力负载的平衡度是由负载决定的，而能不能带动不平衡负载和能带动多大程度的不平衡负载，则就是UPS的三相负载不平衡能力。客观条件要求三相UPS首先要具备带100％三相负载不平衡的能力。衡量三相负载不平衡能力的标准是在三相负载100％不平衡时的输出电压幅值的三相不平衡度。(6)市电掉电时的输出电压切换时间市电掉电时，UPS由市电供电转换为电池逆变供电，在这种转换过程中，UPS的输出电压可能出现短时间的中断时间，称为输出电压切换时间。它的大小视UPS的电路结构不同而有差别，后备式小于10ms，在线互动式小于4ms，在线式由于在这个过程中静态开关并未动作，所以切换时间是零。第102页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(7)输出电压的动态响应时间当输入电压突然降低或负载突然增加时，都会引起UPS输出电压瞬时地降低；反之，当输入电压突然升高或负载突然减小时，都会引起UPS输出电压突然升高，因为这种变化是突然的，而UPS电路的调整是需要一定时间的，这会使输出电压的变化超过输出电压稳定精度的范围，形成一个变化幅度较大、有较长过渡时间的动态响应过程，称为输出电压的动态响应特性，并以动态响应幅度和动态响应时间来表述。用于计算机类的UPS，动态响应幅度用输出电压动态变化的最大幅值与额定输出电压的百分比来表示，一般小于10％。(8)双向隔离干扰的能力对UPS来说，双向隔离干扰的能力是指对抗高次谐波干扰的能力，干扰的频率在几十kHz～几千MHz范围内，既要使电网中的高次电压谐波不传输到输出端，也要使负载中的高次电流谐波不传输到输入端，使UPS不对电网造成污染。第103页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(9)平均无故障时间(MTBF)和平均维修时间(MTTR)一台供电设备的可靠性通常是用平均无故障时间MTBF来表示，其值是越大越好。质量比较好的UPS平均无故障时间MTBF一般都在上万小时以上。平均维修时间MTTR是指在某一阶段中出现故障的次数Ⅳ和排除故障所花费时间的总和r(h)之比，即MTTR=T／N(10)效率效率是指UPS输出有功功率与输入有功功率之比的百分数，它反映UPS本身损耗的大小。第104页/共140页4.3UPS的主要技术指标根据以上三方面的技术要求，UPS的主要技术指标可以归纳为：(11)负载功率因数UPS负载功率因数的大小直接反映其输出有功功率和无功功率的能力。计算机类的非线性负载正常运行时，不但要从电网吸收有功功率，还要吸收无功功率。UPS的负载功率因数和系统的效率有着密切的关系，当UPS负载为纯电阻时，其功率因数PF=1；而当负载的PF<1时，负载的无功功率完全由逆变器提供，这必然会增大系统的功耗，降低效率。(12)输出过载能力这是所有UPS都具有的常规指标，一般传统双变换UPS、单变换UPS的过载能力多为125％l0min，150％30s；串并联调整式UPS却可以在过载120％的情况下不限时运行，在过载200％的情况下维持60s。第105页/共140页5UPS的最新发展动向采用微机控制实现UPS的智能化和网络化.采用全数字控制手段控制UPS,使UPS能有效地满足各种负载的要求(如非线性负载,三相不平衡负载),即向数字化发展.提高逆变器的开关频率,应用新型开关器件实现高效率.采用功率因数校正装置,减少谐波,从而实现UPS的绿色化.采用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性,即实现大容量UPS的单相冗余化.第106页/共140页5.1UPS的智能化

智能化电源：是指在UPS主机的输出端增设DB9接口，RS232,RS485接口，SNMP(SingleNetworkManagermentProtocol,简单网络管理协议）卡或AS/400通信接口。利用这些接口经过专用的通信电缆或经调制解调器（Modem）同服务器，路由器，网关等设备上相对应的通信接口相连。加上安装在微机或微机网络平台上能适应各种操作系统运行环境的、具有电源监控功能的UPS供电系统。

第107页/共140页5.1UPS的智能化监控已成为当今UPS的一个必不可少的功能。如IM的Argus软件可同时监控250个点(机器)，它的PowerFlag网络软件可同时和几个网络联结，其他如梅兰日兰、EXIDE、LEIBERT、IPM、FENTON等都有自己的相应软件。第108页/共140页5.1.1

用监控软件实现UPS智能化的实例在WIN32平台，利用VC++6.0下开发了UPS的电源监控软件。此软件可分为状态显示及故障监控软件、计算机信息自动保存软件2部分。后者是由前者触发工作的。状态显示故障监控监控软件界面第109页/共140页5.1.1.1状态显示及故障监控软件计算机与UPS电源是通过RS232串口进行通信，要使供电系统的故障信息和UPS的状态信息能够到计算机系统，首先要完成计算机与UPS之间连接电缆的自动查询。为保证通信的准确性，需按规定的通信协议进行初始化。计算机用户还可灵活地配置参数文件使计算机系统知道如何处理各种故障及信息。第110页/共140页5.1.1.1状态显示及故障监控软件

Windows先进的ActiveX控件技术提供了2种处理信息通信的方法。（1）事件驱动法每当计算机俘获新字或端口状态改变，或接受到故障信息时，MSComm控件将触发OnComm事件，而应用程序在扑获该事件后，通过检查MSComm控件的commevent属性可获知事件或故障。

第111页/共140页5.1.1.1状态显示及故障监控软件（2）查询事件法

在计算机系统中，修改时钟的中断向量的指针，周期性地对ups进行查询，然后把计算机系统的控制权还给中断服务程序。UPS出现不正常信息时，中断服务程序就能从RS232串口中获取故障信息，并立即将其显示在屏幕的一角提醒用户，同时，把故障发生的时间和类型记录在日历式文件中供以后的查询和分析。第112页/共140页5.1.1.1状态显示及故障监控软件另外，中断程序能进行屏幕倒计时显示，警示计算机用户能采取较好措施，在保护计算机系统的同时，延长了UPS电源的寿命。如果倒计时为零，用户还未采取任何