不间断电源在我国的应用和发展

摘 要：不间断电源现已被广泛应用，我国很多学者对其展开了研究，使得不间断电源获得了长足的发展。文章主要从不间断电源的定义、基本原理和分类以及在我国的发展现状与未来的发展趋势方面作了分析，对全面了解不间断电源在我国的应用和发展具有一定的参考意义。

关键词：不间断电源；应用；电力系统；发展

随着经济的发展，计算机技术被广泛地应用于各行各业，而不间断电源也是在这种环境被应用进来的。不间断电源的主要优势是在电网不正常运转或是在发生故障时，仍然能够为负载提供不间断的高性能电源。正因为这种优势，其应用也越来越广泛。当然，我国不间断电源的发展离不开国家行业政策的支持，所以了解行业发展动态具有必要意义。

1 不间断电源的行业定义

不间断电源，又作UPS（Uninterruptible Power Supply），指的是能够提供持续、稳定、不间断电能供应的电力电子设备。主要的组成部分是逆变器、整流器，以电池为主要的储能装置，不仅能够为用户提供备用电源以防止重要设备因电能中断而遭受损失，并且可改善电能质量，使设备免受高低电压、突波、杂讯、频率不稳及电磁的干扰，满足用户对电能质量的需求。

2 不间断电源的基本原理和分类

前述已经提到了UPS的主要构成，对于一般的UPS结构，除了整流器和逆变器之外，还有升压部分，控制部分、充电部分以及电池部分。UPS的基本工作原理如图1所示。

UPS电源还搭载了微处理器，它可以将输入、输出、电池、坏境等数据进行相关的运算，并且控制整流器、逆变器以及静态开关等装置，对外部的指令进行响应。而整流和充电单元的主要功能是整流控制信号和及时充电的作用，电池组和直流的总线是并联运行的，所以整流器可以对电池完成充电。当然，电池电压如果比浮充电压更低时，整流器处在恒流模式，微处理器就要对充电电流反馈和用户设置的电池容量进行计算分析。

应用UPS的目的就是能够为一些装置提供稳定的电源，这也就是我们划分UPS种类的依据之一。按照逆变器的工作方式来分UPS分为后备式（或称离线式OFFLINE）和在线式（ONLINE）两种。后备式UPS的逆变器在UPS正常工作时处于后备状态，只有在市电异常时才起到逆变作用，而在线式UPS的逆变器无论在市电模式还是电池模式一直都在工作状态。后备式UPS功率比较小、价格便宜，主要用在对电源质量不高的地方，比如个人电脑；在线式UPS输出的电源精度高，价格也比较高，主要用在对电源质量要求较高的场合，比如机房。

按照UPS的后备时间UPS可以分为标准机和长延时机。标准机后备时间比较短，一般只有几分钟，长延时机可以根据需要配置电池延长UPS的后备工作时间。

按照UPS外形结构UPS可以分为塔式UPS、机架式UPS、以及含机柜的模块化UPS。

按照UPS对市电的相数要求可以分为单相机和三相机。三相机功率比较大，一般都在10 kVA以上。

按照供电渠道的不同将UPS划分为以下几种工作模式，即：市电模式、电池模式、旁路模式、维护模式。

市电模式：市电正常时UPS的正常工作模式。

电池模式：市电异常时UPS的正常工作模式。

旁路模式：UPS异常的供电模式。

维护模式：UPS出现故障，需要不断电进行UPS维修时的供电模式。

3 不间断电源在我国的发展现状

在使用电池的时代之前，UPS不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应，这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。飞轮式UPS不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机（或汽油机）及发电机等组成。在电网供电的情况下，由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转，并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用，发电机转速可以保持均衡，此时UPS不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后，飞轮继续带动发电机的转子旋转，同时启动柴油机带动发电机发电，替代原有电网为负载供电。由于飞轮式UPS不间断电源使用内燃机提供电力，会产生较大的噪音，同时体积也较大，因此被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合，通常情况下，不间断电源会使用蓄电池来提供电力。

随着电子技术和信息技术的应用和发展，不间断电源随之产生并得到了不断的发展，自1984第一台UPS从香港进到中国，UPS在我国的应用和发展经历了30多年，UPS也不断地从国外进口到国内生产，进而出口外销。

在技术上，不间断电源随着电子技术和信息技术的发展也不断地提高，UPS从最初的后备式电源发展到在线式不间断电源，从最初的低频机发展到后来的高频机，从开始的单机运行，发展到第二代双机热备份。第三代的n+x并联冗余，到目前发展到无线并机技术的应用，以及利用网络实现远程的检测与操控。从功率大小来看，从最初的500 VA发展到1 100 kVA。目前模块化UPS也得到了广泛的应用，可实现在线维护，不断电进行UPS维护，确保在UPS发生故障的情况下用户的设备可以正常运行。UPS随着贴片技术和DSP技术的应用，在结构上不断地得到发展UPS从最初的分立元件，发展到后来的集成块，CPU的应用，从体积上不断减小，从重量上也不断地减轻，从而节省了生产成本、运输成本以及使用成本。从用户群体看，早期的用户主要是银行、邮电、证券税务等部门，后来发展到政府、企业、事业等单位，以及个人用户等等。

3.1 不间断电源的行业发展坏境分析

3.1.1 不间断电源行业政策发展分析

因为不间断电源的巨大发展潜力，国家为不间断电源的发展制定了许多相关的政策，制定了《电力需求管理办法》，主要是泛指通过价格、行政等手段，帮助电力用户提高电力资源利用效率，改进用电方式，实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关活动。而《农村电网改造升级项目管理办法》明确对农村的电路改造升级提出了相关的政策，并且针对运行农网设施局部或整体就地或异地建设、增容、更换设备等做出了相关的规定。 国家发改委办公厅关于当前推进高技术服务发展有关工作作了工作重点指示，主要包括四个方面：

①信息服务，发展面向市场的高性能计算和云计算服务和下一代互联网应用服务、促进软件服务化发展和引导数字文化产业创新发展。

②生物技术服务。

③研发设计服务。

④技术创新服务。

从图2中可以看出，虽然我国的UPS技术发展空间还很大，但是因为行业政策的鼓励，我国本土的UPS技术实力越来越强，与世界500强公司的差距逐渐变小。从我国UPS相关专利申请人技术分布情况来看，H02J，I3-02是各家企业争夺的焦点，艾默生在H02J和I3-02两方面的专利均较多，科华恒盛的专利主要集中分布在I3-02方面。

3.2 不间断电源行业发展状况分析

4 UPS的最新发展动态

随着计算机网络的快速发展，对未来我国的UPS行业的发展指明了方向，这也是新形势下UPS行业发展的最大动力，其最新的动态有以下几点。

4.1 智能化和网络化

将RS232接口、RS485接口，SNMP卡和MODEM等应用于UPS，使得系统具有了非常优秀的性能。可以对一些相关的模拟量进行实时的监控，而且可以通过相关的数据库来进行自我诊断，自动判断UPS是否存在故障，如果存在故障则根据相关的需求进行自我保护。将UPS和计算机控制技术集成到一起，这样就实现了对于UPS的远程管理和控制，这也是未来无间断电源的发展方向。

4.2 数字化

以前的UPS的主要控制方式是模拟控制的方法，所以其局限性也非常明显，主要有：

①因为电路的结构比较复杂，所以元器件很多，其差异性造成了电源无法完全一致。

②如果想改变原来的控制方法，只能通过修改硬件控制板，这样不但周期长而且工作量很大。

③硬件电路的固化导致了更加先进的控制方法很难在这样的电路上实现。

但是要想发展高档的微处理器就必须使其实现先进算法和智能算法。正因为这些弊端的存在，也就为高速、更加廉价的数字化处理器的发展提出了要求。数字化的控制方式的优势在于能够避免模拟信号的畸变、失真等现象，也便于调试和自我诊断，正因为这些优势，在线UPS也是未来发展的重要趋势。

4.3 绿色化

传统的UPS电源存在一定的谐波干扰和污染，对于其稳定性和可靠性以及环境的伤害还是很大的。所以，绿色无污染的UPS是未来发展的方向，其提出可以加强抗电磁干扰能力，有助于降低辐射干扰，最重要的是可以大大提高对电能的利用率。

4.4 并联冗余技术

如何提高UPS电源的可靠性和稳定性一直是需要解决的难题，而传统的UPS只是依靠单台电源来实现相关的功能，这并不能达到很高的可靠性，而新型的解决方法就是冗余式并机方式，其优势性能在近年的应用当中逐渐凸显出来，主要表现在：

①可以根据需求调节电源的总体容量。

②这种系统本身具有相当高的稳定性。

③由于系统有多台电源构成，所以其维修和更换更加便捷。

4.5 高频化

传统的UPS电源存在动态响应能力差，变压器和电感的音频噪声高等缺点，这就催生了高频电源的发展，高频电源不仅可以使得笨重的隔离变压器变得不必要，减小了装置本身的体积和重量，而且可以减小甚至是消除电感的音频噪声。

5 结 语

计算机网络技术以及通信技术等相关技术的发展为UPS行业的发展提出了更高的要求，同时也为其提出了技术保障。UPS电源的发展也可以促进、推动其它产业的发展，因此，研究更高档的UPS电源在未来具有巨大的潜力。