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[摘 要]本文从不间断电源使用者的角度出发，对其输出电压特性、带非线性负载的能力、输入特性以及并机技术四个方面进行了论述。
[关键词]不间断电源 干扰 稳态电压 瞬态响应 负载 并机技术
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0365-01
一、引言
随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房的建设和改造如火如荼。对于一些重要行业，在其机房中，如果设备比较多，布置比较集中，应该优先考虑使用大功率不间断电源。本文主要针对大功率的不间断电源，特别是对几个能反映生产技术水平，也是用户关心的特性参数进行探讨。
二、不间断电源的输出电压特性
不间断电源的功能有两个：一是市电断电时不间断地对设备供电，另一个就是隔离市电干扰，给负载提供波形稳定而纯净的正弦波。因此，考察一个不间断电源首先就要看它的电压特性。不间断电源输出电压特性主要由下面3个参数来描述。
1）稳态电压精度。
电压太高或太低会使用户设备的寿命缩短，严重时会烧毁设备，使用在线式不间断电源可以提供稳定的电源电压，因此对保护设备和提高设备的寿命是非常有利的。稳态电压精度在平衡负载和非平衡负载时能达到的值一般是不一样的，如果不加区别，厂家应给出非平衡负载时的稳态电压精度。市场参考值是：平衡负载±1%，非平衡负载±2%。
2）瞬态响应特性。
电网在受干扰时会产生电压的瞬时降低或突然升高，极端的电压降低或升高对设备的寿命和可靠性是个威胁，使用在线式不间断电源可使电网电压波动的影响减至尽可能小的程度。瞬态响应特性指负载从0%-100%突加或从100%-0%突减时输出电压的精度，市场参考值是±4%。
3）谐波失真度。
电力经输配电线路传送至用户端时，其间由于各种设备（特别是非线性设备）的使用，往往造成用户端子电压的失真，失真了的电压和电流波形对民网中的敏感设备是一种干扰，谐波电流则会使输电线路的输电能力下降，使输变电设备发热等。一般要求谐波失真度小于5%，在线式不间断电源的失真度小于3%。
4）频率稳定度。
在我国，电网频率是50Hz，但是电网中的发电机运转会由于客户端用电量的突然变化导致发电机转速发生变化，其结果是电网频率产生偏移，然而，在线式不间断电源的输出可提供稳态的频率。
5）突波保护。
在线式不间断电源内部安装有突波吸收器件，用以吸收突波，保护用户设备的安全。
6）电源监控。
配合不间断电源的智能型通信接口及监控软件可记录市电电压频率、停电时间及次数来达到电源的监控，并可安排不间断电源定时开机及关机的时间以节约能源。
三、不间断电源带非线性负载的能力
不间断电源的负载主要是计算机，而计算机电源是开关电源，它们吸取的电流并非正弦波，称为非线性负载，市电容量大，阻抗小，对非线性负载供电时问题不大，不间断电源却有较大的输出阻抗，非线性负载会在不间断电源的输出端产生谐波电压，特别是在谐振频率附近的谐波电压更大，使不间断电源的输出电压失真，而且不间断电源本身的容量也有限，必须要有好的对策对付高波峰因数的负载电流，否则不间断电源可能在带这类负载时经常切换到限流工作，引起输出电压降低，进而影响计算机负载的正常运行。所以现在考虑不间断电源的容量时，也应该考虑非线性负载的影响，因为不间断电源的标称容量同其他电气设备一样，是按负载功率因数0.8来定的，而非线性负载的功率因数常常只有0.6.-0.65，如果要不間断电源带满负荷的这类负载，势必无能为力，所以核定不间断电源容量时，应该进行适当放大。
四、不间断电源的输入特性
不间断电源的输出特性主要决定于不间断电源的逆变器，而不间断电源的输入特性主要取决于不间断电源的整流特性。过去人们不太重视不间断电源的输入特性，谈到输入部分只谈输入电压范围、频率，对输入功率因数、谐波影响则不太关心。有的厂家提供了输入滤波器，功率因数能提高到0.9以上，但出于经济上的考虑，仅仅将其作为可选件，并且还是手动接入的断开的。
其实，设备的功率因数低、谐波电流大会给电网带来很多危害，归纳起来主要有：1）干扰其他用电设备；2）增大输入电流在传输线上的损耗；3）增加前级设备的功率容量，提高投资；4）增大中线电流。
为了达到对负载的不间断供电，不间断电源还经常与柴油发电机配合使用，这时低功率因数的不间断电源对柴油发电机和其负载的危害会更明显。
传统开关电源的功率因数，由于使用PFC（功率因数矫正）电路，普遍能达到0.99以上，高频PWM整流技术更为大功率不间断电源的输入特性的改善提供了可行性，相信高功率因数的不间断电源将是人们今后追求的选择。
五、不间断电源并机技术
目前主要有两种并机的拓扑结构：一是串联，另一种是并联。
（1）串联结构
两台完整的不间断电源同步工作，但一台不间断电源的输出接到另一台不间断电源的静态开关，前者是从机，后者是主机，平常主机输出全部负载电流，主机故障时切换到从机，这种结构的并机系统最大的问题是主机的静态旁路没有备份，如果主机的转换控制失灵或出现静态旁路故障，即使从机正常，也不能切换给负载。
（2）并联结构
并联结构有两种工作模式：一种是功率均分方式，另一种是热备份方式。
功率均分方式是：两台不间断电源在正常情况下平均承担负载电流，一旦有一台不间断电源出现故障，间断电源退出，另一台承担全部负载电流。这种方式的并机系统既可以用于容量扩充，又可以用于系统备份，比如，两个30VA的不间断电源在功率均分模式下并机工作，可以带60kVA的负载，但如果要实现备份，则负载容量必须限制在一台不间断电源的容量，即30kVA之内。
并联热备份方式是：两台不间断电源同步工作，但平时只有一台对外输出功率，另一台处于热备份状态。一旦一台出现故障，立即切换到另一台，热备份方式没有容量扩充的功能，值得一提的是，目前有的厂家又提出了改进型的热备份方式，它把两台不间断电源的蓄电池并联起来，系统除了有整流器1和逆变器1，整流器2和逆变器2组成的通路外，还提供由整流器1和逆变器2组成的通路和由整流器2和逆变器1组成的通路，也就是说，系统大大减少了自身整流器和逆变器故障引起的到静态旁路的切换次数，同时，两台不间断电源的蓄电池并联在一起也避免了可能发生的一组蓄电池经常放电，而另一组蓄电池长期不放电的现象，这对蓄电池的维护很有意义，而且在蓄电池上花同样的钱可以获得两倍的延时，所以说，这种热备份方式不失为一种好的选择。
参考文献
[1] 李成章，王淑芳.新型UPS不间断电源原理与维修技术，电子工业出版社，1995.
[2] 陈学锋.电源技术基础，黄河水利出版社，2011.
[关键词]不间断电源 干扰 稳态电压 瞬态响应 负载 并机技术
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0365-01
一、引言
随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房的建设和改造如火如荼。对于一些重要行业，在其机房中，如果设备比较多，布置比较集中，应该优先考虑使用大功率不间断电源。本文主要针对大功率的不间断电源，特别是对几个能反映生产技术水平，也是用户关心的特性参数进行探讨。
二、不间断电源的输出电压特性
不间断电源的功能有两个：一是市电断电时不间断地对设备供电，另一个就是隔离市电干扰，给负载提供波形稳定而纯净的正弦波。因此，考察一个不间断电源首先就要看它的电压特性。不间断电源输出电压特性主要由下面3个参数来描述。
1）稳态电压精度。
电压太高或太低会使用户设备的寿命缩短，严重时会烧毁设备，使用在线式不间断电源可以提供稳定的电源电压，因此对保护设备和提高设备的寿命是非常有利的。稳态电压精度在平衡负载和非平衡负载时能达到的值一般是不一样的，如果不加区别，厂家应给出非平衡负载时的稳态电压精度。市场参考值是：平衡负载±1%，非平衡负载±2%。
2）瞬态响应特性。
电网在受干扰时会产生电压的瞬时降低或突然升高，极端的电压降低或升高对设备的寿命和可靠性是个威胁，使用在线式不间断电源可使电网电压波动的影响减至尽可能小的程度。瞬态响应特性指负载从0%-100%突加或从100%-0%突减时输出电压的精度，市场参考值是±4%。
3）谐波失真度。
电力经输配电线路传送至用户端时，其间由于各种设备（特别是非线性设备）的使用，往往造成用户端子电压的失真，失真了的电压和电流波形对民网中的敏感设备是一种干扰，谐波电流则会使输电线路的输电能力下降，使输变电设备发热等。一般要求谐波失真度小于5%，在线式不间断电源的失真度小于3%。
4）频率稳定度。
在我国，电网频率是50Hz，但是电网中的发电机运转会由于客户端用电量的突然变化导致发电机转速发生变化，其结果是电网频率产生偏移，然而，在线式不间断电源的输出可提供稳态的频率。
5）突波保护。
在线式不间断电源内部安装有突波吸收器件，用以吸收突波，保护用户设备的安全。
6）电源监控。
配合不间断电源的智能型通信接口及监控软件可记录市电电压频率、停电时间及次数来达到电源的监控，并可安排不间断电源定时开机及关机的时间以节约能源。
三、不间断电源带非线性负载的能力
不间断电源的负载主要是计算机，而计算机电源是开关电源，它们吸取的电流并非正弦波，称为非线性负载，市电容量大，阻抗小，对非线性负载供电时问题不大，不间断电源却有较大的输出阻抗，非线性负载会在不间断电源的输出端产生谐波电压，特别是在谐振频率附近的谐波电压更大，使不间断电源的输出电压失真，而且不间断电源本身的容量也有限，必须要有好的对策对付高波峰因数的负载电流，否则不间断电源可能在带这类负载时经常切换到限流工作，引起输出电压降低，进而影响计算机负载的正常运行。所以现在考虑不间断电源的容量时，也应该考虑非线性负载的影响，因为不间断电源的标称容量同其他电气设备一样，是按负载功率因数0.8来定的，而非线性负载的功率因数常常只有0.6.-0.65，如果要不間断电源带满负荷的这类负载，势必无能为力，所以核定不间断电源容量时，应该进行适当放大。
四、不间断电源的输入特性
不间断电源的输出特性主要决定于不间断电源的逆变器，而不间断电源的输入特性主要取决于不间断电源的整流特性。过去人们不太重视不间断电源的输入特性，谈到输入部分只谈输入电压范围、频率，对输入功率因数、谐波影响则不太关心。有的厂家提供了输入滤波器，功率因数能提高到0.9以上，但出于经济上的考虑，仅仅将其作为可选件，并且还是手动接入的断开的。
其实，设备的功率因数低、谐波电流大会给电网带来很多危害，归纳起来主要有：1）干扰其他用电设备；2）增大输入电流在传输线上的损耗；3）增加前级设备的功率容量，提高投资；4）增大中线电流。
为了达到对负载的不间断供电，不间断电源还经常与柴油发电机配合使用，这时低功率因数的不间断电源对柴油发电机和其负载的危害会更明显。
传统开关电源的功率因数，由于使用PFC（功率因数矫正）电路，普遍能达到0.99以上，高频PWM整流技术更为大功率不间断电源的输入特性的改善提供了可行性，相信高功率因数的不间断电源将是人们今后追求的选择。
五、不间断电源并机技术
目前主要有两种并机的拓扑结构：一是串联，另一种是并联。
（1）串联结构
两台完整的不间断电源同步工作，但一台不间断电源的输出接到另一台不间断电源的静态开关，前者是从机，后者是主机，平常主机输出全部负载电流，主机故障时切换到从机，这种结构的并机系统最大的问题是主机的静态旁路没有备份，如果主机的转换控制失灵或出现静态旁路故障，即使从机正常，也不能切换给负载。
（2）并联结构
并联结构有两种工作模式：一种是功率均分方式，另一种是热备份方式。
功率均分方式是：两台不间断电源在正常情况下平均承担负载电流，一旦有一台不间断电源出现故障，间断电源退出，另一台承担全部负载电流。这种方式的并机系统既可以用于容量扩充，又可以用于系统备份，比如，两个30VA的不间断电源在功率均分模式下并机工作，可以带60kVA的负载，但如果要实现备份，则负载容量必须限制在一台不间断电源的容量，即30kVA之内。
并联热备份方式是：两台不间断电源同步工作，但平时只有一台对外输出功率，另一台处于热备份状态。一旦一台出现故障，立即切换到另一台，热备份方式没有容量扩充的功能，值得一提的是，目前有的厂家又提出了改进型的热备份方式，它把两台不间断电源的蓄电池并联起来，系统除了有整流器1和逆变器1，整流器2和逆变器2组成的通路外，还提供由整流器1和逆变器2组成的通路和由整流器2和逆变器1组成的通路，也就是说，系统大大减少了自身整流器和逆变器故障引起的到静态旁路的切换次数，同时，两台不间断电源的蓄电池并联在一起也避免了可能发生的一组蓄电池经常放电，而另一组蓄电池长期不放电的现象，这对蓄电池的维护很有意义，而且在蓄电池上花同样的钱可以获得两倍的延时，所以说，这种热备份方式不失为一种好的选择。
参考文献
[1] 李成章，王淑芳.新型UPS不间断电源原理与维修技术，电子工业出版社，1995.
[2] 陈学锋.电源技术基础，黄河水利出版社，2011.