电力系统中UPS 技术研究分析

孙艳凤，张金虎

（国网天津市电力公司蓟州供电分公司，天津 301900）

0 引 言

高质量与高可靠性是不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）技术的主要特性，能够有效确保电力系统中关键设备的长期稳定运作，从而保障电力系统的安全性及可靠性。因此，UPS 技术广泛应用于电力系统，且应用前景广阔，开展电力系统中UPS技术的研究分析具有一定的现实意义与价值。

1 UPS 类型

随着科技的不断发展，电力系统性能逐渐提高，UPS技术在电力系统中的应用深度与广度也逐渐增加。该技术不仅可以有效保障电力系统的供电稳定性，还可以尽可能降低相关突发事件的发生概率[1]。基于运行原理分析，UPS 技术主要分为后备式UPS、在线式UPS 以及在线互动式UPS。

1.1 后备式UPS

后备式UPS 主要采用抗干扰分级调压稳压技术，具有市场价格低、满足重要场所供电需求的优势。如果电源电压或者电流发生较大波动，后备式UPS 会向各电力负载输出高频干扰的稳压电源，以改善电力系统供电电压不稳情况。如果实际电压数值降低至170 V 或者发生供电中断状况，后备式UPS 可以通过蓄电池逆变器为负载提供可靠、稳定、持续的交流电。然而，搭载后备式UPS 的电力系统仍存在部分缺陷，如在实际应用过程中不能用于供电标准较高的设备，原因是电池逆变供电通常需要4 ～10 ms的反应时间。

1.2 在线式UPS

与后备式UPS 相比，在线式UPS 供电保障功能的实效性更为优异。当电力系统在运行过程中突然发生相关电力故障时，在线式UPS 会立即完成持续性的供电操作，通过减少开关转换所需要的时间，实现电网供电与在线式UPS 供电的切换。一般情况下，其切换时间无限趋近于0，能够消除电网所带来的影响。基于该特点，在线式UPS 具有较高的安全性与可靠性，适用于对电力稳定性要求较高的用电场所，如证券单位、银行单位等。

1.3 在线互动式UPS

在线互动式UPS 融合在线式UPS 的高可靠性、高安全性以及后备式UPS 电源的高效性优势，在实际搭载期间能够始终保持供电准备状态，因此电力切换用时间较短，能够确保电压的输出稳定性。但是，在线互动式UPS采用双向变换器，充电性能相对较低，在实际供电期间稳频效果不佳，并不适合作为长延时UPS 使用。

2 UPS 的运行原理

UPS 的运行原理为利用逆转器、模拟化技术、数字化技术等，实现自我调节与自动控制，从而确保电压、电流的持续、稳定输出并有效存储电力能源，对电力系统起到临时保护、维稳的作用。另外，UPS 不仅可以在电力系统出现电压波动或电流波动时提供稳定供电，还可以解决用电高峰时期电力供应不足问题。依据UPS系统使用功能可以将其分为整流器、储能构建、变换器以及开关控制4 个方面。其中，整流器的主要功能是通过控制外电变化输出幅度实现稳压效果，在当外部环境电力出现波动时确保输出电压幅值稳定；储能构件的基本组成单位为电池组，相当于整流器外接的储能容器，可以在一定限度上消除整流器对瞬时脉冲的影响；变换器的作用是增强线路频率的稳定性；开关控制能够为相关技术人员、管理人员提供更加便利的控制方式，实现根据实际用电需求动态调整UPS性能。

3 UPS 技术研究分析

3.1 重复控制技术

UPS 主要组成部分为逆变器，是一种具有储存电能性质的恒压恒频固态电源。重复控制技术能够确保在UPS 蓄电池电压降低至0 时，对电压起到较强的控制效果，从而减少其他电流所产生的干扰。重复控制技术使UPS成为成本低、性能强的波形控制系统，能够高精度控制重复轨迹，确保电力系统的稳定运行，从而优化电源实际输出期间的电压波形[2]。

3.2 并联技术

通常情况下，使用UPS 技术的场所往往存在对电池容量较高的需求，但就UPS 自身性质而言，其在运行期间易受外界干扰而造成电力损耗，严重时可能出现UPS 所提供的电量无法满足相关场所的实际用电需求。在此方面，可以采用UPS 的并联技术，使电力系统中所有的逆变器幅值、电压频率等相关参数保持一致，提高电力系统在运行期间的容错率。

3.3 整流技术

由于UPS 技术在实际应用期间存在功率过大的问题，需要结合具体情况运用整流技术将其功率控制在合理范围，确保供电稳定性。整流技术的应用较为便捷，控制方式也相对成熟，但是谐波电流数值过大会影响电力系统运行安全性。为此，相关技术人员可以结合实际情况，采用滤波器实现整流技术，加强电流稳定性与可靠性。

4 UPS 检修技术分析

UPS 技术能够为电力系统的安全、稳定运行提供保障，但是需要重视UPS 日常保养维护，避免因UPS 老化或保养、维修不到位而影响电力系统的稳定运行。

4.1 防尘与定期除尘

对于UPS 而言，若长期不对其外表进行打扫可能造成灰尘沉积现象，此时若其所处环境湿度较高，会造成UPS 主控板短接，进而导致UPS 主机出现运行异常，甚至会发出异常警告。另外，大量灰尘堆积会造成UPS 散热不畅，在一定限度上缩短了UPS 的实际使用寿命。因此，需要相关技术人员或保养人员根据UPS 存放位置、电力负载端性能与数量、供电需求和标准等相关因素，为UPS进行合理的防尘处理，同时进行周期性清灰工作[3]。需注意，在清灰过程中应避免主机接件、插件等相关位置出现松动现象。

4.2 检修电源

UPS 检修工作重视电池运行状态、电池蓄能情况等相关参数，因此需要定期对UPS 电池展开检修工作，周期性校验电池性能。当电池性能出现异常或不足时，需要对其进行及时维修或更变，避免因UPS电池性能不足而造成供电量不足问题。此外，在UPS电池检修期间需要检测电池两端电压、温度等，同时做好清洁工作，防止出现电池腐蚀、松动等问题。

4.3 系统故障与特殊故障检修

当电力系统出现故障时，应查明并收集故障原因、故障影响以及故障情况等，以便后期系统检修维护。若故障定性为系统故障，应进一步筛查故障原因，区分故障具体类型，如负载故障、主机故障、电池组故障以及UPS 系统故障等。若故障定性为特殊故障，应详细彻查故障原因，以预防与消除故障。需注意，UPS 主机被击穿、断保险火灾烧毁器件等都是特殊故障。

5 UPS 技术的优化策略分析

文章围绕某数据中心内的UPS 设备展开探讨。该数据中心内部共有3 套UPS，每套UPS 均由3 台蓄电池、1 台隔离变压器以及1 台不间断电源组成。该数据中心内的UPS存在过流报警、超温报警等问题，对电力系统运行的稳定性产生一定的影响，因此需要结合实际情况优化UPS 线路，在确保UPS 设备自身安全、稳定的前提下，实现应急状态时为数据中心各设备提供稳定的应急供电[4]。数据中心UPS设备线路，如图1 所示。

图1 数据中心UPS 设备线路

5.1 调整散热设备

合理调整散热设备可以在一定程度上增强UPS的散热性能，并提升UPS 设备的运行稳定性。该数据中心电力系统中既有的UPS 散热设备的横截面积为125 mm×125 mm、长度为200 mm，在125 mm 的高度中共存在32 个散热片。分析既有散热设备结构发现，每个散热片间距在2 mm 左右。散热片过于集中不仅会造成散热性能下降，还会在长期使用中产生灰尘堵塞散热片现象。结合实际情况，可以将散热设备优化为长度为280 mm、横截面积为125 mm×125 mm 的结构，同时将位于125 mm 高度中的散热片数量消减至24个，并将绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）模块安装至散热设备，保证其中心距离增加至75 mm，以提升IGBT 的散热性能[5]。调整后的散热设备结构如图2 所示。减少散热片数量，散热片之间的空间随之变大，不仅使风道更加通畅，还降低风速阻值，使散热设备的散热性能得到显著提升。

图2 调整后的散热设备结构

5.2 优化热敏电阻

既有的UPS 输入设备搭载的热敏电阻作用是屏蔽短时间内启动电源而出现的电流。在UPS运行初期，因热敏电阻自身温度较低，能够有效屏蔽启动电流，但在UPS 长时间运行后，热敏电阻自身温度会随时间增长而逐渐增加，导致热敏电阻阻值降低，不仅会影响UPS的散热性能，还会造成一定程度的安全隐患。为此，可以结合实际情况，合理优化热敏电阻。在UPS 运行初期，可以在输入线路中串联接入热敏电阻，实现对UPS 启动电流的屏蔽效果。而在UPS 运行一段时间后，可以在其中控系统中输入自动屏蔽热敏电阻的指令，从而有效解决电流启动瞬时达到抑制启动电流的问题。

5.3 优化UPS 输入、输出熔断器

熔断器属于电力系统、电气设计中较为常用的组件之一。熔断器类型主要分为密闭管式、螺旋式以及插入式等，主要应用于低压分支电路，主要作用为短路保护。在该案例中，UPS 所使用的熔断器类型为普通陶瓷型，不仅具有熔断时间长的弊端，还存在出现短路后的保护效果不佳问题。另外，该熔断器所在位置为UPS内部，给其日常维修或更换造成诸多不便。因此，可以结合实际情况将既有的普通陶瓷型熔断器优化为快速熔断器，并调整其安装位置，为后续的更换、维修提供较大便利的同时，确保短路状态下的瞬时断电效果[6]。

6 结 论

UPS 是重要的备用电源设备，将UPS 技术应用于电力系统能够有效避免因电网故障而带来的不良影响，实现对负载设备的长期稳定供电，保障电力系统安全运行。不仅如此，UPS 技术能够延长电力设备的使用寿命，增强电力设备的抗干扰能力。因此，需不断改进UPS 技术，以促进电力行业可持续发展。