摘要：本文对提高UPS电源可靠性问题进行了探究，文章从阐述UPS电源工作原理入手，进一步分析了UPS采用的先进技术，最后提出了提高UPS可靠性的几种方法。
关键词：UPS电源；可靠性；工作原理；先进技术；方法
前言
随着科学技术的不断进步和工业生产等领域持续进步，UPS电源在更多领域得到越来越广泛的运用。但在运用过程中，UPS电源也暴露出了许多不足之处，因此许多单位及工作人员开始对电源可靠性问题形成普遍关注，而如何提高电源的可靠性，值得思考。
一、UPS电源工作原理
UPS电源按输出波形可分为方波输出和正弦波输出两大类。按其操作方式可分为后备式和在线式。其中后备式UPS电源，由市电直接向负载提供电源，如果市电供电中断，蓄电池会对逆变器供电，并由UPS的逆变器对负载提供交流电源；而在线式的UPS电源则是由交流电→整流→逆变器方式对负载提供交流电源，一旦市电中断，UPS改由蓄电池→逆变器方式对负载提供电源。由此可见，在线式UPS电源在一般情况内，总是由UPS电源的逆变器对负载供电，以此避免所有由市电电网带来的任何电源波动及干扰对负载供电所产生的影响，因此其本身的供电质量远远优于后备式UPS电源，是能够高效实现对负载稳压、稳频供电的有效渠道；相对的，后备式UPS电源具有运行效率高、噪音低的优势，且价格比较便宜，因此受到许多单位的青睐。
二、UPS采用的先进技术
1、以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作逆变功率器件
这种方式的一大特征就是它可以在很大程度上降低逆变器换流、交流滤波器的损耗量，所以它可以使逆变器的征集效率实现巨大的飞跃，达到94%～96%。因为的IGBT开关频率往往处于20～50KHz的范围，也能起到优化逆变器性能的作用，将输出电压谐波含量降低到低于1.5%的范围，动态响应更好。IGBT因为电压控制器的原因，驱动电路更为简单，加上它有正方形的开关安全工作区，且具备比较高的峰值电流容量，可以有效增强逆变器的可靠性。从IGBT逆变器的高频化特征而言，它能够直接减小输出交流滤波器的尺寸，从而降低机器损耗量，赋予整机体积小、噪音低、寿命长的优势。
2、微处理器数字化控制
控制系统往往利用先进的计算机数字控制技术、模拟量计算机控制技术，来实现系统的整体控制。该系统内部含有整流/充电器、逆变器、静态开关3个协处理器单元和一个模拟量计算机单元，这些构造主要完成数据收集、模拟运算功能调整等任务，并将其输送到系统内的主处理器实现统一控制处理，对最终获得的数据资料进行存档。在对计算机高速数据处理技术进行合理运用基础上，系统的硬件和软件特征得以彰显，并使得UPS实时控制、保护和监测能力得到巨大提升。
3、控制实施通道
当前UPS的硬件系统普遍包括整流器、逆变器、静态开关三大构成和微机系统，在硬件系统运作时，具有高精度的霍尔器件负责数据收集工作，随后高速A/D转换器负责将模拟信号转化为数字模式，并将其纳入协处理器和主处理器通道。结合UPS功能和用户的实际需求，模拟信号往往是实现UPS控制、调整、监测和保护目的的重要工具。
4、控制和诊断软件
控制软件实现各类信号的采集，处理运行状态的自动监测、调整以及管理功能。
诊断软件是故障诊断的专家系统。UPS出现异常后，该系统能迅速对故障进行诊断，推理，判明故障部件，通过显示器（或灯光，声音）报告给使用者，以便维修。同时自动记录信息，生成信息档案。
三、提高UPS可靠性的几种方法
1、主/从串联热备方式
这种方式是行业发展初期最常用的方式，其特征在于连接成本低廉，技术操作简易，双机冗余能够直接提升UPS电源供电系统可靠性，但同时，也存在一系列的不足之处。比如，当UPS内部电源板或电源模块等出现故障时，UPS会迅速停止工作并无法切换，从而导致输出中断的问题，此时，UPS也无法从静态开关转向旁路，这种情况在主UPS机上出现最多；UPS控制电路故障时，也会使得逆变器迅速烧毁，从而使得静态开关无法顺利打开而造成中断。此外，UPS为确保输出波形连续，一般采取先合后断技术，然而相关电压必须达到频率、相位、电压幅值一致的要求，否则会发生中断现象。而当主机出现故障时，可将其切换到从机供电模式，但用户负载不能在此时停机，因此也就不能关闭UPS进行维修，这也是采取主/从串联热备方式的弊端。
2、初级式并联
初级并联方式是指由几台（一般两台）UPS共用一组静态旁路开关，同时增加并联柜以平衡负载电流方式实现并联。（如下图所示）：
因为通常情况下，UPS控制系统都是模拟反馈电路，其输出参数及特征会受温度、元件参数及器件老化等因素影响，加上系统内各个UPS彼此差异大，所以这种类型的UPS往往不能直接进行并联。为进一步提升供电系统的可靠性，对UPS进行并联使用是可取的方案，在并联时，需要确保各个UPS输出参量一致，这样才能实现电源的同步运行，因此工作人员需要增设一个并联柜，将之前所有的各静态线路开关进行拆除，由一组公用的静态开关代替。这种方法尽管比单台或串联热备份方式更为可靠，但也存在当公用静态开关故障整个供电系统会中断输出中断等缺陷。
3、高级并联方式
这种方式不具有任何一个独立的部件，设备全部并联冗余，达到了真正并联的效果，加上在这个系统内，不需要任何额外附加并联柜，因此可靠性远非主/从串联热备方式、初级式并联可比，也构成了行业内并联技术的主流发展趋势。在采用冗余式并联基础上，可以实现负载的均匀分配，使得设备利用率明显提升。高级并联方式的运作主要依靠并联通讯板，与计算机并行工作有一定的相似之处，其中一台主机为导航UPS，则并联系统整体则由导航UPS发出脉冲控制所有并联的UPS工作，如果导航UPS发生故障或未开机，则会有另外一台UPS自动升为导航机，对系统进行控制，当原来的导航机恢复正常后，控制功能又自动回归该导航机。毫无疑问，高级并联方式可保证所有UPS输出参量及动态特性达到统一，并避免了初级并联内部环流问题带来的负面影响，优势显著。
结语
综上所述，加强对提高UPS电源可靠性问题的研究，具有现实意义。相关工作人员需要明确UPS电源工作原理，掌握UPS采用的先进技术，如以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作逆变功率器件、微处理器数字化控制、控制实施通道、控制和诊断软件等；在此基础上，对提高UPS可靠性的方法加以探讨，包括主/从串联热备方式、初级式并联、高级并联方式等。
参考文献：
[1]吕燕春.UPS电源技术性能及可靠性的研究[J].铁路计算机应用，2004（01）.
[2]王璐，周海潇，罗建，唐治德.感应电动机电源切换的UPS逆变器控制策略[J].电力系统保护与控制，2014（24）.
论文作者:张国民
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/22
标签：电源论文; 逆变器论文; 方式论文; 可靠性论文; 负载论文; 系统论文; 静态论文; 《基层建设》2018年第36期论文;