UPS电源技术发展及应用研究

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　　摘  要：针对我国的电网分布特点，对配电系统的研究能够有效地解决我国电力系统供应紧张的现状，促进我国电力系统的进一步完善。而UPS电源的应用可有效的实现不间斷电源应用，为供电系统提供更加安全、可靠的电源，在研究配电系统的过程中，UPS电源在配电系统中得到了广泛的应用，因此，本文主要对UPS电源技术发展及应用进行了相关的研究。
　　关键词：UPS电源;技术性能;工作原理;供电方式;运行维护
　　中图分类号：TN86    文献标识码：A      文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00
　　0 引言
　　随着社会经济的不断发展，供配电系统建设成为国家重要的基础设施建设之一，供配电系统的质量和运行效率影响着国家经济的发展。同时，随着电力技术的广泛应用和国家电力系统的不断完善，同时也为了满足人类对于电的大力需求，发展和应用电网配电系统成为国家的重要工作。
　　1 UPS电源工作原理
　　UPS电源实际上就是一种可以进行不间断供电的电源，它的主要元件是逆变器，且包含了导体、半导体和绝缘体。其中，逆变器主要对输出电源和电压的设备进行保护的装置;本征半导体中存在数量相等的两种载流子，它在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，并且半导体温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。此外，UPS电源中还包含了整流器、旁路开关等元件。其中，主路输入开关主要是给整流器提供电源，工作时一直闭合。旁路输入开关则控制旁路电源，工作时也一直闭合，通常先合旁路输入开关。当市电故障或逆变器故障时，UPS转旁路，逆变器不工作;主路停电或整流器故障时，电池向逆变器提供能量;在旁路正常情况下，逆变器输出始终跟踪旁路;在旁路异常时，逆变器不跟踪旁路，自振工作。
　　2 UPS电源的技术性能
　　2.1逆变技术
　　UPS电源的逆变技术是UPS电源不可缺少的部分，它直接关系到UPS电源技术的发展。而逆变技术中最为重要的就是逆变器，电源逆变器在运行时一定要遵循逆变器的电能质量需求，根据国家《光伏系统电网接口特性》的规定，必须对光伏系统的电压进行检测，看其是否存在异常，一旦发生异常要及时作出反应。同时，分布式电源并入微电网后可以允许的频率偏差范围在0.5赫兹上下，但是，当电网的额定频率超出允许的偏差范围后，系统必须要在0.2s内停止供电。
　　2.2并联技术
　　UPS并联技术主要针对的是电源用电量较大的情况以及对电能有特殊要求的场所，例如医院、车站、机场等一些用电量较大且具有特殊性的场所基本上会采用UPS电源并联技术，这样就可以有效地满足这些地方对电源容量的要求。也正是因为如此，在这些地方应用并联技术可以极大地发挥并联技术的优势作用，从而解决电路中各个支路平均电能流入的问题。在电源运行过程中要想有效发挥并联技术的作用，就需要在使用的过程中在电源内建构一个能够容纳错误电流电压的容错系统，从而有效地满足电源对电流、电压输出、输入的具体要求，从而保证UPS电源的运行效率和安全。
　　2.3整流技术
　　UPS电源的整流技术实际上就是将交流电转换为直流电，其中的整流电路可以分为桥式电路、单相电路和多相电路等。其中，单相可控整流电路变压器T起变换电压和隔离的作用;且电压与电流成正比，两者波形相同，电路为单拍电路，输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化，应用较少。多相整流电路的负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、滤波时使用三相整流电路; 变压器二次侧接成星形，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起。
　　3 UPS的供电方式
　　3.1直接型供电方式
　　通过对UPS电源供电方式进行分析后发现，该电源最常用的供电方式之一就是直接型供电。当电源处于正常运行的情况时，它可将市电有效转换为直流电后与蓄电池连接，但是，因为蓄电池通常处于浮充状态，所以电源的负载电能通常由市电电网提供。可是，在逆变器运行过程中输出的工频电流根据稳定性比市电好，可有效地提高电网的供电质量和效率。在直接型供电中，即使市电出现突发故障问题，蓄电池也可以给负载提供电能，以确保为负载不间断供电，从而确保整个系统的工作状态，当故障维修后再由市电对蓄电池提供电能。但是，这种供电方式只能够确保市电故障时对负载供电，而不能确保逆变器故障时对负载供电，所以这种供电方式存在着一定的缺点和问题。
　　3.2切换型供电方式
　　切换型供电方式是UPS电源供电方式中最为使用的方式之一，在切换型供电中，如果该供电方式的应用处于正常情况下，电源内的直流回路可以输出电压，并传输给逆变器，从而输出较为稳定的正常电压和电流，并对负载进行供电。但是，如果电源逆变器发生故障，它就会立刻切换电路，然后由市电对负载进行供电，这样不管是市电还是逆变器发生故障，都能够有效地对负载进行不间断的供电。如此，使用此种供电方式的产品，它的切换电路都可以采用静态开关，但是为了保证静态开关切换时的质量和效率，电源逆变器的输出交流电压应该与市电输出电压的相位持平。但是，在使用此种供电方式的过程中，静态开关在进行切换时会出现短暂的断电现象，所以它不能够满足一些较为重要负载的供电要求。 　　3.3并机型供电方式
　　通过对并机型供电方式分析研究可知，该种供电方式主要是为解决静态开关在进行切换时出现短暂断电的问题，这样静态开关在进行切換时就不会出现短暂断电的问题。在该种供电方式中，电源的逆变器输出电压同市电进行并联后供电，这样不管是逆变器故障还是市电断电都不会出现较为明显的电压波动情况。并且，在此种供电方式下，逆变器和市电的功率会同时输送给负载，使得逆变器的输出电流以及市电的电网功率不会相互影响。而在并机供电的过程中，逆变器的输出电压与市电电压应该是相同的，并且市电的频率漂移不应该超出所规定的值，且它的电压波动不能够太大，一旦市电的电压超出规定值的十分之一，则应该在电源中安装一个自动调压装置，从而使得市电的电压在稳定之后输给UPS电源。
　　4 UPS电源的应用与运行维护
　　在对UPS电源的应用与运行维护士首先要保障交流输出不断电。而在进行应用与运行维护时需要从以下方面出发：
　　（1）日常维护：1）UPS状态检查。检查UPS面板指示灯和风鸣器，看是否有告警;确认UPS工作在市电逆变状态;检查UPS当前告警和历史告警。2）对易损件进行维护日常。在此过程中主要易损件为风扇，定期检查UPS风扇运转情况，是否有风从机器顶部吹出，对温度高的地方尤其重要。3）环境检查。①观察机房的空调运行是否正常，机房温度是否较高，如果温度超过40度，必须要立即设法解决。②观察机房是否潮湿，如果湿度超过90%，或身体明显感觉到湿度大，应即刻启动抽湿设备进行除湿工作。④检查交流供电情况，看是否有超压超频的迹象。
　　（2）每周维护：除了UPS电源的日常维护，还需要每周进行维护，首先测量并记录输入电压/电流;其次测量并记录电池充电电压/电流;最后测量并记录UPS输出电压/各相电流，并同以前值进行比较。
　　（3）年度维护：此外，为确保UPS电源的应用还需要对其进行年检，而UPS电源的年检则则主要包含了以下内容：1）断开UPS的市电输入开关和电池开关;确信UPS整流器输入端、电池连接端、输出端和旁路输入端没有电压。2）关断UPS，将负载转到维修旁路供电，打开UPS门板和内部的保护盖板;检查UPS功率器件和辅助器件，特别注意以下几部分：检查电容是否出现漏液、变形等现象;检查磁性元件的过温痕迹、紧固程度及有无裂痕;检查电缆和连接端是否存在老化、磨损和过温痕迹，检查印刷电路板接头须牢固;检查印刷电路板的清洁度和完整性。3）用吸尘器吸去表面杂质，用低压空气吹去外部碎屑;然后重新合上UPS的市电输入，按照UPS启动步骤启动UPS，将负载转到由逆变器供电。4）如有必要，断开主路输入开关，检查电池后备时间。5）电池的放电检查。进行电池放电检查前，要确认电池已经充满，且负载量不低于UPS标称容量的30%。而电池检查有可分为自检和手检两种，自检可定期（默认60天）启动一次电池自检，通过面板启动UPS电池自检。手检则需要手动检测电池有无漏液，鼓胀等情况;在检查过程中先通过面板启动一次电池自检，然后断开UPS整流器空开主路输入开关，电池开始放电，最后记录电压与放电时间的曲线，测量每节电池端电压的变化，就可评估单节电池的健康状况。6）开关检修。因为容量大的UPS带的负载相对较重要，需要进行现场的维修时，要保证用户负载供电的连续性。维修开关就是可以实现用户负载的不停电维修。但是，在维修开关时操作要严格按步骤，否则可能造成负载停电。
　　5 结语
　　随着配电系统的广泛应用以及电力系统的不断发展，大家对配电系统，尤其是UPS电源技术和应用提出了更为严格的要求，因此本文主要是对微电网UPS电源技术和应用做出了相对详细的研究。通过对UPS电源技术及应用的分析和了解，UPS 是安装在公共电网和敏感负载之间的电力装置，它具有以下两大特点：一是高质量，它输出的正弦波不含公共电网中的任何骚扰并且其幅值和频率都在严格的容限范围内;二是高可用性，它可确保连续提供在规定的容限范围内的电压。后备能源通常为电池，在需要的时候，它会无间断地投入来取代市电，并提供应用负载所需要的后备时间。将此种电源应用于公共电网之中，可有效的建立起冗余系统，并对负载分割进行重做，使得电源的操作更简单，有效的消除故障扩散的危险以及单点故障的可能，使得现场运行更简单，并对电网的所有设备进行监视，给电网的安全运行增添了更多的保障，在未来有着较大的发展前景。三是高稳定性，市电在一定范围内变化时，UPS时刻跟踪市电的变化，保持同步。当市电变化范围超过频率跟踪范围时，UPS不跟踪市电，稳频工作。相关指标为：输入频率、频率跟踪范围、频率跟踪速率。并且，随着我国科学技术和电力技术的发展，UPS势必朝着高频化、小型化、智能化、环保化和有限模块化发展。
　　参考文献
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　　收稿日期：2019-07-14
　　作者简介：王传宝（1970—），男，安徽合肥人，本科，工程师，研究方向：通信电源、供配电。
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