三相在线式UPS电源的分类和发展趋势探析

张翔

摘要：在电子信息技术与自动化控制技术迅速发展趋势下，数据控制中心需具备完善的供电体系，以确保服务器、场地设施、辅助用电设备得以安全稳定运转，同时还需具备单独配电体系，以保障供电质量。UPS作为关键性、稳定性电源，已由初始只提供备用电源，逐步发展为可同时提供备用电源与改进供电质量，在保护数据控制中心用电系统数据，提高供电水平与质量，避免停电与电网污染等方面，发挥着关键性作用。因此，本文主要对三相在线式UPS电源分类与发展趋势做了深入探究。

关键词：三相在线式;UPS电源;发展趋势

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）26-0212-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 在线式UPS电源工作原理分析

UPS电源属于放置在交流电网与关键负载之间的电力电子装置设备，基础性功能体现在，交流供电电源被干扰或者中断的时候，依旧可确保对负载进行持续供电，还可保障关键负载稳定运转[1]。

1.1 在线式UPS电源原理

在市电保持正常稳定供电的时候，通过整流器，不仅可作为充电器，为蓄电池充电，还可为逆变器供给电能，基于转换开关传输于负载，具体如图1所示。

2 三相在线式UPS电源现状分析

基于控制角度而言，静态UPS逆变部分主要采用阶梯波叠加方式进行控制，以不同相位阶梯方波叠加，构成带有低谐波的正弦波，通过滤波器消除谐波之后，提供负载。目前应用最为普遍的技术就是正弦波脉宽调制技术，逆变器功率单元输出，为谐波含量偏低的宽度按照正弦规律实时变化的方波阵列。通过小体积滤波器便可消除谐波，获取低波形失真度，还可确保良好动态性。

随着技术创新优化，UPS性能也逐步优化，朝向小体积、高效率、动态化、高可靠性、全功能、灵活控制等趋势发展。功率因数校正技术、远程监控、调制解耦控制技术、基于智能UPS供电系统的UPS新技术的实践运用，促使UPS供电体系逐步优化健全，负载适应能力全面强化，产品类型逐渐齐全，并且既有UPS工业已具备向用户提供三相UPS供电系统的强大能力。

UPS的发展快速主要是由于电子技术、器件制造技术、控制技术的推动;电源技术人员对电能转换方式方法的探索;信息产业迅速发展为UPS产品带来的应用机遇。在现代化通信、电子仪器、工业自动化、电子工程、高新技术等的进步发展推动下，对于供电质量与可靠性、安全性的要求快速提升，特别是供电连续性需高度保障。此外，经济可持续增长，促使UPS应用范围逐渐扩大，而科学技术日新月异，也将进一步促使UPS性能得以健全优化，所以UPS势必会实现长远稳定发展[3]。

3 三相在线式UPS电源发展趋势分析

3.1 高频化发展

电力电子器件日新月异，开关速度以数量级迅速提高，这就在很大程度上推动了UPS逆变器开关频率的实现。开关频率优化提升，可适度缩减装置体积与重量，消除变压器与电感的噪音，从而降低滤波电路电感与电容，以此显著提高UPS效率、去噪、体积、动态响应特性、精确度等。为缩减装置体积与重量，需去除工频隔离变压器，安装高频隔离，其可通过不同方式加以实现，即基于整流器与逆变器间添加DC/DC变换器;引进高频链逆变技术。

3.2 智能化发展

在计算机技术优化创新趋势下，计算机及其网络提高了对电力保障的具体要求，基于此，智能网络UPS电源得以衍生。UPS智能化发展主要体现在，系统运行自动化识别与监控，以及故障自动诊断、预处理，蓄电池自动检测管理、内部信息检测与显示等。UPS异地远程监控系统，以UPS系统为网络节点，在UPS主机端增加RS通信接口，通过接口利用专用通信电缆衔接PC服务器、路由器、网关等设备接口。

3.3 网络化发展

UPS及监控系统与保护的负载-计算机或者局域网之间属于交互作用。在电源异常时，UPS内部微控制器会快速传输异常信息于计算机或者局域网，且通过监控软件在计算机上发送警告提示，以警示管理人员迅速采取措施加以处理。UPS供电完成之前，会自动中断计算机或者局域网的正常运转，并自动储存现场信息，同时给相关人员发送信息。由此而言，UPS是所保护的网络的节点。

通过Web监控技术，实现UPS与主机衔接，基于主机Web浏览器监控分布于WAN区域的UPS，定期生成电源实时状态报告，并转变为既定格式文件，以利于UPS电源管控与事故处理，从而确保电力或者UPS电源发生故障时，计算机系统可以及时安全关闭，以促使UPS电源与计算机网络稳定运行。其便利就在于不需要改进既有电源系统，高度智能UPS监控技术既需要硬件系统支持，又需要配置电源监控软件、SNMP管理器，用户可实施UPS与网络平台间的远程监控，以及数据网络通信操作，以促使UPS具备良好的远程管理能力。当前很多UPS电源系统都带有独立的可控出口，并附带了特殊插孔，可以迅速切断电源，且不对其他出口造成影响。如此在不对其他先接设备供电造成影响的基础上，任何插入UPS的设备都可以实现准确复位。UPS电源系统可促使远程重启功能实现较高水平，一些高端UPS系统附带着监视设备，可确保持续运行的CPU处于实时监控下。

3.4 数字化发展

就各种装置控制而言，模拟控制简洁，技术娴熟，实现难度小，响应速度快，是最为关键的要素。然而缺陷也十分明显，大量分立元件与电路板的应用，导致生产成本增加，电路过于复杂，参数容易发生漂移，元件逐步老化，系统调试与故障检修难度加大，容易受到环境影响。所以，数字化控制已经是必然趋势。数字化控制既是指系统中引进数字器件，又是指系统中引进数字化控制理念与方法。数字化控制可通过软件进一步实现控制算法，较好解决系统元器件老化现象，还可显著提升抗干扰能力。数字化控制系统升级可基于软件优化加以实现，成本较小。此外，以数字控制芯片发展为载体，可实现复杂控制算法，提升UPS电源性能，健全功能。

3.5 绿色化发展

UPS电源不仅强调面向负载提供正弦电压，还非常注重公共电网绿色环保，特别是大功率UPS，对于谐波污染与无功损耗等的影响要求更为严格。绿色UPS电源代表着绿色节能、环保、投资小、成本低等。输入功率因数、电流谐波畸变、运行效率等都是UPS绿色指标，需在设计时加强重视。输入功率因数的提升，可降低供电线路电流，减小供电系统电气设备容量，不仅可促使无功损耗降低，还能节约设备投入成本与电力资源。输入谐波主要通过无源与有源滤波、IGBT整流技术，实现谐波抑制。运行效率是实现绿色节能的关键要素，通过实际负载，科学选取UPS容量，并添加节能功能，利用休眠功能，就負载大小，自动化调整UPS运行量，以提升负载率[4]。

3.6 模块化发展

既有UPS大多数是单机运转，随着电子设备应用越来越广泛，上百KVA容量已无法支持多设备同时用电，而一次性购买大功率产品会导致成本增加，所以模块化小功率产品将会逐渐代替大功率产品。多个效率产品以并联技术衔接之后，实现并机运转，可灵活配置电源系统容量。并联并非冗余，其是为了增容，而冗余系统是为了提升可靠性。为确保系统稳定可用性提高，基于多台UPS设备并机运行，进一步实现电源容量冗余。

4 结语

综上所述，随着UPS电源技术逐渐成熟化，三相在线式UPS领域也在不断解决问题的道路上进步发展。人们提出了适度缩小UPS体积，提升逆变效率，优化UPS输出特性，提升UPS稳定性、可靠性、可用性的较高要求，因此未来三相在线式UPS将会进一步实现高频化、智能化、网络化、数字化、绿色化、模块化等全面发展。

参考文献：

[1] 李慧敏，魏焕然.UPS电源分类及发展趋势[J].黑龙江科技信息，2015（19）：116-117.

[2] 王皓，李国超.基于矿用锂离子蓄电池BMS的在线式UPS电源的研究[J].山东工业技术，2018（23）：221.

[3] 侯玉芬.在线式UPS电源的数字化控制技术[J].电子测试，2015（10）：59-61.

[4] 王剑.基于Z源逆变器的新型在线式UPS系统研究[D].青岛：青岛大学，2017.

【通联编辑：光文玲】