UPS电源应用分析

1 UPS电源设备的发展

不间断电源(Uninterruptible Power System简称UPS)从60年代的动态UPS到今天的静态UPS已走过了30多年的路程。60年代的UPS是采用柴油机—电动机—发电机组来实现电能的转换，平时由市电驱动电动机，再由电动机带动发电机向负载供电。当市电停电时，控制电路切断市电线路和电动机，利用飞轮的惯性，使发电机组继续供电，同时立即启动柴油机，当柴油机的转速与发电机转速相同时，柴油机离合器与发电机联上，完成由市电到柴油发电机的切换，这种不间断电源称为旋转型不间断电源，也叫动态不间断电源或动态UPS。

随着半导体技术的发展，1960年以后，采用了大功率逆变技术和强电流电子开关来实现大功率的电能转换。这种电能转换电路，不论是主电路还是其他控制电路，均采用半导体固体器件，故称固态不停电电源或静止型不停电电源，简称静态UPS。

静态UPS的历史虽然不长，但发展速度很快，近两年的UPS比80年代初期的UPS有了很大发展。在功率结构方面，进入90年代，IGBT技术已成为近几年UPS的发展趋势。在控制技术方面，80年代的UPS主要是采用模拟控制，它是利用有限的微处理器技术，辅助于模拟量的反馈回路，以其采样值与设定的参数值比较而生成一个误差信号，并去周期性修正驱动回路，以求得稳定之输出，这就是最初级的最简单的PWM技术之功能。进入90年代，数字控制技术取代模拟控制技术，即采用软件编程方式。这种控制方式使元器件更精少，硬件线路更简化，可靠性更高，瞬态反应能力更强。而IGBT应用于大容量UPS后，使整体系统的效率更高(逆变器效率可达98％～99％)，开关速度更快，输出波形更好，谐波更小(小于1％～2％)，噪音降低，控制回路更简单。

静态UPS的基本框图如图1所示。

图1 静态在线式UPS结构框图

随着开关器件水平的提高和计算机技术的发展，UPS正在向智能化的方向发展，也就是借助于计算机技术，充分利用硬件和软件的各自特点，使UPS智能化。智能化的UPS不仅能够完成普通UPS所能完成的全部工作，还能对运行中的UPS进行监测，随时将采样点的状态信息送人计算机进行处理，一方面获取UPS运行的有关参数，另一方面监视电路中各部分的状态，从中分析电路的工作是否正常。当UPS发生故障时，根据监测结果，进行故障诊断，指出故障的部位，给出处理方法，自动显示监测参数，自动记录有关异常或故障的信息。智能化的UPS除完成正常的控制工作外，还能在UPS发生故障时，采取必要的应急控制动作。智能化的UPS除能按照产品指标自动定期地进行自检并形电感器材料成自检记录外，还扁平型电感能用程序控制UPS的启动或停止。可以随时向计算机输入信息或从计算机获取信息。

近10年间，UPS发展速度很快，应用领域也在迅速扩展，已经成为“计算机的生命线”，“是电脑及其它先进仪器不可缺少的电源保护天使”。

2 UPS在炼油厂的应用过程

我们在齐鲁石化炼油厂应用UPS是从三机、重整等装置的三端口UPS开始的。1989年安装的意大利siel公司的三端口UPS，其核心部分是有一个双向变换器(既逆变又整流)。这种UPS主要由市电、整流／逆变器、蓄电池组、三端口变压器构成，其框图如图2所示。

图2 三端口UPS结构框图

三端口UPS具有市电输入端口、整流／逆变器输入端口、输出端口，俗称三端口。三端口UPS与在线式UPS的工作方式有很大不同。首先是它的整流／逆变器处于同一电路，整流／逆变器既有市电输入，又有逆变输出，同时又给电池充电。从图1可以看出，在线式UPS要经过二次变换，即交流→直流→交流→负载。而三端口UPS经过一次变换就供给了负载大电流电感。其次，三端口UPS所使用的变压器，不是一般的稳压变压器，而是一个铁磁谐振变压器，这样，当初级电压变化时，次级电压基本维持不变；逆变器在市电正常情况下也工作，没有切换时间，并在控制电路的作用下，调整逆变器输出电压的幅度与相位，保证逆变器输出电压的稳定；在市电不正常或发生故障时，系统由蓄电池作为输入电源继续向负载供电，保证负载不间断地稳定工作。三端口UPS逆变器的输出电压频率不够稳定，带非线性负载的能力也比较差，但成本较低。从1996年开始，炼油厂采用了具有先进电子技术的在线式UPS，如：法国梅兰日兰、德国Siemens、意大利best等30套。在线式UPS的含义是：即使在电网电压正常供电时，UPS的输出也是将外来电压经过本身的加工转换后再供给负载。也就是说，即使是在电网电压正常时，市电也是经过变压器→整流滤波→逆变器→开关S3(S3闭合，S2断开，见图1)→输出。这种UPS将市电隔离。在市电正常时，过滤市电，供给负载纯净的电源。在市电不正常或发生故障时，UPS以蓄电池组为输入电源继续向负载供电，保证负载连续不断地稳定工作。所以，负载即使是实时控制信号，也不会因市电中断而出大功率电感贴片电感器现丢失或差错。它之所以具有这样的性能，其根本原因是：它有一个或多个储能环节和能量的变换装置，将市电隔离过滤后再供给负载纯净的电源。一旦市电异常，依靠这些储能和能量变换装置，继续向负载提供高质量的电源，以实现不间断供电的要求。

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