UPS不间断电源基础知识

一、UPS定义

UPS，就是不间断电源。通常是弱电机房工程子系统之一，是将蓄电池与主机设备相连接，主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

二、UPS的作用

市电电网提供的电力供应，看上去正常，可是不可靠:表面正常的电力，实际上危机四伏。

电源中断

数据丢失，通信中断，商机延误......

—— 直接损失以每分钟5000-100000元计

设备停运，仪表失灵，手术中断......

—— 间接经济损失无法估量

电源污染

瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲

造成服务器、路由器、磁盘阵列 等设备硬件损坏

谐波污染、线间噪声、频率漂移

造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下

UPS的四大功能：

1.交流稳压功能-不需要增加交流稳压器；

2.具有瞬间电网断网的保护功能，尤其是在线式UPS不存在逆变转换时间；

3.具有后备直流供电功能，可以保障用电设备在断电期间的电源供给，维持设备的正常工作；

4.净化功能-具有一定的滤波功能，能够滤除一些电网干扰信号，起着净化电源的作用。

UPS系统的基本要求

1. 必须是在线式。

2. 必须保证没有任何干扰信号的漏放， 确保不对电视设备的技术指标产生任何不良影响。

3.必须有较高的可靠性和稳定性。

4.配备一定的后备蓄电池组， 延长有效供电时间。

三、UPS的结构

变电站内UPS系统一般由电力UPS主机、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组成（小功率时也可三合一）。结构示意图如图所示，简单说说几个比较重要的部分的用处。

整流器：

有两个主要功能：

，将交流电（AC）变成直流电（DC），经滤波后供给逆变器；

第二，给蓄电池提供充电电压，起到一个充电器的作用。

逆变器：

将直流电（DC）转化为交流电（AC），供给负载使用。

蓄电池：

UPS用来作为储存电能的装置，使其在市电失电时，可以将直流电逆变后，为负载提供不间断电源。其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间 。

静态开关：

又称静止开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。

隔离变压器、稳压器：

在输入或输出部分将交流与直流隔离，稳压器除了隔离之外还有稳定电压的作用。

四、UPS的四种运行模式

UPS有4种运行模式，将UPS系统结构简化后示意图如下：

1.正常操作模式

在正常交流电源供应下，整流器将交流电转换为直流电，将市电中的“电源污染”消除，并同时对蓄电池充电。再供给逆变器将直流电转换为交流电，提供更稳定的电源给负载。

2.停电模式

当交流电源发生异常或整流器、电抗器故障时，蓄电池组提供直流电给逆变器，使交流输出不会有中断，进而达到保护负载的作用。

3.备用电源模式

当逆变器发生异常状况如逆变器保险丝熔断、短路等故障时，逆变器会自动切断以防止损坏，若此时旁路交流电源正常时，静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用。

4.维护旁路模式

当 UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时，可以先切断逆变器开关然后激活维修旁路开关，再将整流器和旁路开关切断。交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载，此时，维护人员可以安全地对UPS 进行维护。

五、UPS分类

根据电路结构的不同，UPS分为三种类型，即：后备式UPS、互动UPS 和在线UPS。

1.后备式UPS

工作原理：市电正常时，转换开关接通旁路，市电经旁路向用电设备供电，充电器对蓄电池补充充电；当市电异常时，逆变器工作，蓄电池对逆变器供电，转换开关接通逆变器，由逆变器向用电设备供电。

特点：电路简单，价格低廉，频率不可调，对市电的要求较高，逆变器输出多为方波或准正弦波，存在切换时间，一般用于小容量的场合。

2.互动UPS

工作原理：在市电正常时，输出功率以市电为主，双向变换器工作在整流状态对蓄电池组补充充电；市电异常时，由双向变换器提供全部的输出功率。

特点：电路简单，价格低廉，逆变器可以双向工作，充电能力强，切换过程需要时间，频率不可调，对市电的要求较高。

3.在线式UPS

工作原理：无论市电是否正常，均由逆变器经相应的静态开关向负载供电。市电正常时，整流器向逆变器供给直流电，并对蓄电池组补充充电；当市电异常时，蓄电池组放电向逆变器供给直流电。

特点：正常情况下，负荷由逆变器全部提供，电源输出质量高，切换时间为0，可靠性高，但两次转换存在损耗，效率较低。

六、 UPS冗余方式

在通信机房常见冗余方式有以下几种：

1.主从串联热备份

正常情况下主机带载，从机空载，负荷不均分；主从机之间互换较困难，从机电池长期空载，设备老化不一致；从机需要有带阶跃性负载的能力，否则会出现主机切从机，从机切旁路情况；该方法目前基本不再使用。

2.并联冗余

并联冗余采用N+1方式，N为主用，1为备用，当N=1时，就构成1+1方式，两台机器各带50％负荷，过载能力强，可靠性高，扩容较为方便，该方法应用普遍。

3,系统冗余

常见的是双总线系统，系统内部设备独立，配电系统独立，是目前业内公认的可靠及可行的工作方式，冗余方式发挥作用前提是负载设备配备双电源模块，且两个电源模块式负载分担模式工作，该方法也被普遍采用。