UPS电源综述：对UPS的解读、监控与保养（整理）

由于电子与互联网技术的发展，现在人们的许多信息资料都储存在各个服务器中，特别是云数据的兴起，或许以后我们的生活，办公，个人信息等资料也都将以数据的形式存在于互联网服务器中。这就使得我们对网络的稳定性和网络电源等持续稳定提出很大的要求。很多行业需要能保证在任何情况下都能有正常的供电，这里就需要UPS供电系统了。

UPS电源系统设备技术是指依托先进功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等的一门综合技术。

UPS电源已从上世纪60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。

虽说各企业配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。　　目前，UPS电源一般均指静止式UPS电源，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类，按照UPS电源功率的大小和应用领域有以下的分类方式：

1.按照UPS功率大小分类，UPS电源系统按其应用的功率可分为：大、中、小三个分区类别。小功率UPS电源系统定义为：功率小于3kVA的UPS电源产品;中等功率UPS电源系统定义为：大于等于3kVA同时小于10kVA的UPS电源产品;大功率UPS电源系统定义为：大于或等于10kVA的UPS电源产品。

2.按照UPS应用领域分类：信息设备用UPS电源系统设备。

UPS电源的工作原理

1、ups不间断电源的组成

UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求)，输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电;当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产;当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。

UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。

2、ups不间断电源工作原理

AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。

控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。不间断电源工作原理框图如图2所示。

3、ups不间断电源工作过程

当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220Vac交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载(150%负载)时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。

UPS电源的发展状况

近几年，境外主要电源供应商逐渐看好中国电力电子电源市场，纷纷把重点转向中国内地。在UPS电源产品方面有山特、APC、爱克赛、梅兰日兰、三菱等;在通信开关电源方面有爱立信、西门子、美国的Vicor、腾讯科技、朗讯、日本的新电元等。中国台湾地区的电源生产厂商也在内地设厂生产，如台达公司在东莞、上海、天津都设立了工厂。

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目前，跨国公司在国内电源市场占有主导地位，如：艾默生(Emerson)、APC、梅兰日兰、伊顿爱克赛，新近进入国内市场的有：荷兰海泰克、ActivePower公司、施恩禧电气(S*C)。现在中国本土也已形成一批超亿元的电源企业，如：中兴通讯、厦门科华、武汉洲际、烟台东方电子信息集团等，他们有较强的技术力量和开发能力。UPS电源技术也向着多功能、大功率、集成化的方向发展，其中UPS电源行业中的厦门科华、冠军、科士达、易事特、捷益达等一批民营企业领跑国内UPS市场。

电力电子电源按产品名称分类主要有，第1类：开关电源，包含AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、充电器等。第2类：不间断电源(UPS)，包含ACUPS和DCUPS等。第3类：逆变器，包含普通逆变器、LCD背光逆变器、太阳能逆变器等。第4类：变频器，包含普通变频器、高压变频器等。第5类：其它如交流稳压电源、中频感应加热电源、高压电源、电力机车电源等。

科技部近期设立了2亿元的电力电子项目专项资金，国家发改委专门在近期发文启动专项课题，用于推进电力电子技术和产业的发展，包括应用装置的产业化，重点围绕节能、交通、电力、冶金等领域需求，支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置，节能型不间断电源和新型的电力优化装置显然就是典型的支持对象。所有能源的应用70%以上需要经过电力电子变换装置，然后再给负载。电力电子电源是节能减排的有力手段，同时也是保证信息安全、工业自动化的基石，例如，变频器的应用将使得电机性负载大幅度节能，不间断电源UPS的应用将有效保证信息设备的可靠运行、工业化制造水平的提升，开关整流器是所有网络、通信系统能源心脏。信息和工业自动化水平的发展，与电力电子电源技术的发展紧密相关。

中国UPS电源市场发展前景分析

近几年来UPS电源系统在IT行业发挥着越来越重要的作用，被人们誉为计算机信息的保护神。在世界迈进信息时代之后，信息的安全问题已经被人们广泛关注，因此，在这种时代背景中，UPS的发展趋势引起业界的高度重视是顺理成章的。信息化通信UPS电源系统主要应用于：信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的安全保护问题。UPS电源作为计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定、改进电网质量、防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。

工业动力用UPS电源系统设备。工业动力UPS电源系统设备主要应用于：工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域，作为所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备，保证工业自动化动力供给的可靠性。工业动力用不间断电源是不间断电源产品中的高端产品，涉及大功率(可能达到兆瓦级)能量变换的电力电子技术、数字化控制技术、交流电源并联冗余技术、有源谐波抑制技术、大功率产品制造技术等。

显然，一般的电源企业无法进入该领域，只有已经拥有大功率电力电子技术和系列产品开发、生产、服务能力，并积累相应工业应用经验的企业，才能做好工业动力不间断电源系统的设计、生产、市场服务。传统UPS厂家在这些地方采用的UPS电源往往是具备适应工业自然环境的UPS电源产品，而不是适应工业电气环境、感性动力负载特性的真正工业动力设备用不间断电源。

我国UPS电源市场需求综述

国外在不间断电源上起步于上世纪70年代，国内起步于80年代后期，起步差距十几年。国内UPS行业经过20年的发展，虽然在中国市场上的市场份额被国外知名品牌占据大部分，但是，少数国内较大规模的厂家在市场份额、高端技术等方面已经十分接近国际知名品牌。1.UPS电源企业总体规模与销售额分布：UPS电源企业规模较大的销售额超过2亿元的企业有5家，1亿～2亿元的企业有5家，5000万～8000万元企业有15～20家，2500万～5000万元企业约有274家，500万～2500万元企业有1380余家，其他有300多家。2.国内UPS电源市场总容量：根据相关统计，2006年国内信息设备用UPS电源市场总销售额达26.1亿元人民币，2007年总销售额达到27.4亿元人民币。工业动力UPS电源系统设备中大功率UPS年市场需求也达近30亿元人民币。

我国UPS电源年市场需求总容量应该在50亿～60亿元人民币，市场需求巨大。3.国内中大功率UPS电源市场容量：中大功率UPS是不间断电源行业中的高端产品，据统计，2006年中国中大功率UPS电源市场销售额为22.1亿元人民币，同比增长7.3%。专家认为，如果加上工业动力设备用的大功率UPS电源需求，市场销售额应有相当比例的上升。

工业动力设备用不间断电源市场需求

在电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了稳步增长期间，有专业机构作出的调查表明，由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少，加上这两个行业的UPS电源保有率较高，因此其UPS电源需求不太可能出现大的增长，预计未来的市场份额将逐渐下降。相反，一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对UPS电源的需求呈现出快速增长的势头，特别是制造业中，中小企业的大规模崛起，更成为带动UPS电源市场增长的新动力源泉。

工业动力UPS电源系统设备市场销售额随着工业自动化成套设备和设备更新改造的飞速发展，工业动力大功率UPS电源系统设备市场在2000年后开始发展，2003年出现加速，平均增长率达到16%，2006年1至9月更是达到18%。随着重工业化时期的来临，中国工业化、城市化进程加快，全球产业链加速向中国转移。依据相关统计数据，分析其数据特征，我们预测工业动力UPS电源系统设备市场未来五年的销售额平均增长率将达到17.5%，潜力巨大。

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对本土UPS电源行业发展的建议

1.企业加大研发和技术投入，争取达到国际先进水平。不间断电源是网络、信息建设可靠运行的电源保障，是信息化和国防安全的一个重要设备，因此，本土品牌的不间断电源厂家必须加大技术和研发投入，提升综合实力，制造高质量的不间断电源产品，保障我国经济建设的顺利进行。并且在有条件的情况下，争取出口，获得国际市场份额。

2.国家对电力电子、不间断电源产业重点支持。2006年中国科技研发投入达到历史最高的2943亿元，占国内生产总值的1.41%。尽管这一数字显示出中国政府和企业在推动自主创新方面的努力，但迅速攀升的投入难以掩盖中国科技自主创新能力仍然不足的现实。基于不间断电源高技术的特性以及对国家工业自动化建设和国防安全的重要性，国家应该加大对电力电子行业、不间断电源等行业的支持力度，促进我国电力电子行业的稳步发展。

UPS电源如何配置与产品详解

我应该配备什么样的UPS?

根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的UPS;例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式UPS。

我应该配备多大功率的UPS?

首先要确定您的设备是多大功率的，一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300W与600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。

其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法：视在功率(单位VA)与实际输出功率(单位W)，由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率*功率因数=实际输出功率

后备式、在线互动式的功率因数在0.5与0.7之间，在线式的功率因数一般是0.8。

给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据，有些经销商有意或无意会混淆(VA)与(W)的区别，这点要提请用户注意。

UPS备用时间的长短是由什么决定的?

是由UPS的储能装置决定的，现在的UPS一般都用全密封的免维护铅酸蓄电池作为储能装置，电池容量的大小由“安时数(AH)”这个指标反映，其含义是按规定的电流进行放电的时间。相同电压的电池，安时数大的容量大;相同安时数的电池，电压高的容量大，通常以电压和安时数共同表示电池的容量，如12V/7AH、12V/24AH、12V/65AH、12V/100AH。

后备式UPS一般内置4AH或7AH的电池，其备用时间是固定的;在线式与在线互动式UPS有内置7AH电池的标准机型，也有外配大容量电池的长效机型，用户可以根据需要实现的备用时间而确定配备多大容量的电池。

蓄电池是UPS的重要组成部分，占有很大的价值比重，并且其质量的好坏直接关系到UPS的正常使用，所以应慎重选择有质量保证的正牌蓄电池。

UPS分哪些种类?

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类：

后备式UPS是我们最常用的，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域;

在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显着特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题;由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中;

在线互动式UPS在一些标准上多称互动式(interactive)UPS，它是介于在线式和后备式的一种产品，这种电路的原形只有一个既能充电又能逆变的双向变换器。在市电供电时，双向变换器一方面向电池充电，一方面产生一个稳定的补偿电压来对输入电压的比汉化进行补偿，以使输出电压稳定在一定的范围内。那么互动的含义又在哪里呢?所谓互动式连个电压以上的互动，一个电压无法互动，所以在这里市电输入电压和补偿电压的互动，其关系表达为：市电输出电压=市电输入电压±补偿电压。