时间：2023-05-30 10:00:00
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇不间断电源，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[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，如果要不间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 概述
UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。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就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变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 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。
针对UPS的产品特点，UPS的电磁兼容主要包含以下几个部分：电源的输入、输出传导干扰；电源的辐射骚扰；UPS的抗干扰特性。下面逐项阐述达到相关标准要求的设计方法。
2 输入、输出传导干扰的抑制
针对传导骚扰，可以从三个方面来考虑：干扰源、传导途径和直接的骚扰抑制。
（1）干扰源的消除和降低：在UPS中有整流的AC/DC变换，有SPWM逆变的DC/AC逆变器，有PFC的高频变换电路，有DC/DC变换的回路，这些都是UPS内重要的骚扰源，尤其是其中的变压器、电感、高频电流回路，因此，合理地设计相应变压器和电感的参数、加工工艺和在整机中的布局将可能大幅度降低它们的骚扰强度，合理地设计高频电流的PCB、布线也可以改善UPS的骚扰；对于功率变换器中的驱动电路，可以在不影响效率和内阻的情况下加大驱动电阻，增加开关电源的上升、下降沿时间，从而减少电压、电流的高频谐波含量。
（2）传导途径的抑制：由于所有的传导干扰只有通过适当的空间和导体途径才可能作用到UPS的输入、输出电源端子，因此，尽量减少传递的途径也是减低UPS不间断电源骚扰的有效方法。例如，将所有的干扰源安装在离输入、输出端子较远的位置，输入、输出的电源线不从干扰源附近走线，在干扰源的进出位置加强抑制处理，通过屏蔽手段将干扰源和其它部分进行空间隔离，电源的输入、输出等分别在整机的相对较远位置等。
（3）直接的骚扰抑制：对于采用上述方法后仍然无法符合标准要求的情况，直接在输入、输出回路采用相应的EMI滤波器件，如电感、高频电容、专用滤波器等将可以再次有效压低UPS整机对外的传导干扰，实践表明，只要适当加大滤波器的相关参数和衰减的DB值，一般都可以将UPS的传导骚扰压低到标准的限值以内。当然，滤波器的安装必须越靠近输入、输出电源端子越好，因为即使是多几厘米长的接线也会增大干扰，插座式的滤波器将是最为理想的选择。另外，在滤波器中的电容或外加的EMI滤波电容最好是无感的，以增强滤波效果。
3 整机辐射干扰的抑制
对于UPS的辐射干扰，主要有两种方法：辐射源的强度抑制和辐射途径的处理。
（1）辐射源的抑制：在UPS中，辐射源的辐射强度抑制方法基本同传导的处理相同，因为干扰源本身即有传导骚扰又有辐射骚扰；另外，对于辐射骚扰，对辐射源采取适当的屏蔽措施将可十分有效地降低辐射干扰的电平和能量。
（2）辐射途径的处理：整机外壳的等电位设计：根据电磁场原理，一个接地良好理想密闭的金属六面壳体的内外电磁场不存在相互干扰，因此UPS的外壳一般应作成金属的，且各个面之间应良好连接，保证为一个等电势体，这样即可十分有效减弱UPS对外的辐射干扰。一般对于电磁兼容要求严格的场合，UPS的壳体不宜采用塑料制作。
进出UPS壳体连线的处理：由于UPS必须有输入、输出电源端子、电池扩展端子等连线进出UPS的外壳，因此这些线的防骚扰处理将十分重要，直接影响到测试的结果能否符合标准要求。一般在这些线上适当地加些高频磁环和高频电容就会有很好的效果。
4 UPS的抗干扰设计
UPS的抗干扰主要体现在控制电路的抗扰性，从电路的性质可分为模拟电路的抗干扰和数字电路的抗干扰两个方面。良好的抗扰性是保证UPS正常运行的条件，因此，在UPS的控制回路的设计初期就必须将控制电路的抗扰性考虑进去，否则，遇到外界骚扰时整套的控制方案将可能全部。
（1）模拟电路的抗干扰：
对于开环的模拟控制，一般针对可能出现干扰的部位适当加入一定的RC电路将骚扰消除；对于闭环的模拟控制，除了采用RC外，还必须对闭环的放大倍数的频率特性进行适当的调整，确保干扰信号加入时不会对环路产生恶果。
对于功率部分的电路，减短所有的连线、加入假负载、减小功率驱动的回路等都可以有效增强功率电路的抗干扰能力。
（2）数字电路的抗干扰：
对于数字控制电路，其抗扰性对UPS的可靠性十分重要，因为目前几乎所有的UPS控制都有采用到数字控制的单片机，抗扰性差的系统将可能导致UPS的停机或损坏。
数字电路电源的有效滤波是数字电路不受干扰的基本保证；所有的I/O口应有适当的RC处理；控制电路应尽量远离功率部分；适当的电磁屏蔽措施；良好的PCB布局设计等都可以有效避免数字系统受到外界干扰。
终了或UPS故障时，UPS向负载供电电源只有备用市电。若备电电压超出标准，UPS拒绝切换，势必造成供电中断。因此备用市电的质量对UPS系统来讲是至关重要的。
第六，在闭合电池开关之前必须先将UPS主机的充电器开启，待其输出电压升至额定值后，才能操作电池开关使其闭合。因为在UPS的直流回路中，有一组容量比较大的电解电容器，过高的电压差，将使电容器的充电电流过大，一则可能使电容器损坏，二则可能使开关触点烧坏，甚至伤及人体。
第七， Q050开关是先合后断式，具有两个位置，当开关处于位置“AUTO”（正常运行）时，负载由UPS系统供电（逆变器或静态旁路）；当开关处于位置“BYPASS”，负载直接由备用市电供电， UPS主机可以退出运行，但此时若备用市电中断，UPS系统即将断电。
第八，UPS系统故障必定会造成DCS系统失电，当DCS系统故障时，不仅INFI90计算机控制系统失灵，而且大部分保护及联锁也将失效；由汽轮机远方打闸不良、EH油泵误启动可见，设法提高UPS系统可靠性至关重要。
解决办法与建议实施 3.1为改善UPS系统缺陷，提高其运行可靠性，特此建议采取以下解决办法。
缺陷未排除前，采取相关技术措施，设法提高母线电压，以克服UPS系统不安全运行隐患。 立即联系青岛整流器厂，令其来人诊断故障并提供质量合格的UPS主控板，以便及时更换。 联系厂家对稳压调压器所出现的手动、自动均失调现象查找原因，并进行处理；以提高设备健康水平。 将UPS系统主回路电源由380V厂用ⅡB段改接在380V公用ⅡA段上运行，以提高输入市电质量。 设法尽快恢复UPS系统主回路供电，在空载状态下完成各项试验；并进一步考验静态旁路持续供电能力。 3.2配合厂家处理缺陷
今年5月26日厂家派专业维护人员来做售后服务，再更换F021保险后，UPS主回路空载运行，以考验UPS主控板（因怀疑此主控板有故障）；主回路于14点55分投入后，17点45分逆变器关断。次日，连续三次启动逆变器，均在5分钟内关断；厂家确认UPS主控板故障，将UPS主控板更换备用板，并进行修复（备用板系为存在缺陷未能出厂元件），并将主回路在空载状态下运行观察。
在与厂家联系更换UPS主控板后切主回路运行，发现2号充电机直流输出电流升至78A左右（原来主回路运行时10A左右）；Ⅱ组蓄电池充放电电流表指示为0，直流母线电压为230V；经检查蓄电池及直流隔离二极管均运行正常，随后停止2号充电机运行，Ⅱ组蓄电池放电电流为12A，又因为此时，3号充电机空载运行时输出电压摆动大，所以再次启动2号充电机维持UPS系统运行（附图2为2号机直流系统运行方式简图）。
经过全面查找原因发现厂家更换的UPS主控板集成块中的程序设置没有按现场实际刷新，即主回路输入的交流电压略低于额定电压，因此整流器输出电压低于220V，而直流母线电压又高于220V，所以逆变器输入电源自动转换到直流系统供电。由于UPS装置中稳压管的特性，机组运行中无法修改程序，必须停机处理。鉴于上述情况，为保证机组的安全运行，特规定以下临时运行措施：
保持发电机出口电压在15.65KV以上运行，以保证6KV厂用母线电压为额定；加强对2号机UPS系统的检查，保证检查时间间隔不超过1小时并做好详细记录。 UPS系统由直流系统供电同时，注意直流母线负荷变化情况；非事故状态下禁止启动直流负荷，以免造成充电机过载或母线电压波动而引起UPS系统断电事故。 保安段主电源改为由保安变供电，380V厂用ⅡB段进线开关联动备用，以提高UPS系统备用市电质量；同时注意1号机保安段及10.5KV母线运行情况，防止造成电压波动或变压器过载。 运行中严禁拉开UPS直流备用电源，逆变器运行中，严禁将Q050开关由AUTO（自动运行位置）切至BYAPASS（手动旁路位置）；以免人为造成逆变器出口F021保险熔断。 如果发现UPS已自动切至静态旁路运行，应短时间内将Q050开关切手动旁路运行；但操作Q050开关前必须检查UPS主机处于“Bypasss operation”(自动旁路运行状态)下才可以操作Q050开关；并保持保安段电压稳定、可靠。 稳压调压器在“自动调压”或“电动调压”方式运行时，如出现报警灯亮或主回路断电，则应立即启动“手动”按钮，然后拨出调压器上的手轮并正反转动，使感应调压器实施升、降压调节，使门板上电压表读数为额定值。 若静态旁路运行时，禁止Q050在未切手动旁路供电前启动6KVⅡA段大容量电动机；以防造成静态开关在电压波动超过±10%时，自动关断造成UPS断电。 3.3将主回路电源改接
2号机UPS系统主回路和备用市电分别取至380V厂用ⅡB段和保安段，而保安段的工作电源也取至380V厂用ⅡB段；这样一来，造成UPS系统的两套电源正常工作时，均由2号低工变供电。也就是说当380V厂用ⅡB段故障或2号低工变跳闸时，对UPS系统都产生一定影响，对备自投装置动作的可靠性与快速性有着较高的要求；一旦备自投装置拒动后果严重。另外，当380V厂用ⅡB段供电质量较差时，严重影响UPS系统供电稳定性。分析上述情况后，特此将UPS系统主回路电源由380V厂用ⅡB段改接至380V公用ⅡA段，以提高输入市电的质量。于今年6月30日，将2号机UPS系统主回路电源改接为380V公用ⅡA段供电，在改接成功后，UPS系统处于主回路连续运行近1000小时，未出现不良情况。
结束语 当前，UPS系统在各个领域中应用都非常广泛，特别是单元制发电机组大多均采用进口UPS设备为其重要负荷提供高质量市电；整套装置的可靠性、技术水平以及自动化程度多数较为理想。针对抚顺发厂2号机UPS系统所发生几次故障及异常，通过分析、处理及改进UPS系统客观环境，保证了UPS系统供电的可靠性及稳定性，对发电机组的安全、稳定运行具有十分重要的意义。
参考资料：
关键词:EDLC超级电容 直流UPS电源 储能
中图分类号:TM53 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0133-02
在各种UPS不间断供电电源系统中,通常采用可反复充电蓄电池作为直流电源系统的后备电源。UPS不间断供电电源往往是在供配电网突然断电或供配电电网电压出现瞬时跌落等运行工况状态时的最初几秒到几分钟内起稳定供电电能的作用,即已充满电能的蓄电池在这段时间内提供直流系统对应的电能资源。由于充电蓄电池存在综合使用寿命较短、需定期进行性能维护、以及对运行环境温度等影响因素较敏感等不足,导致UPS直流供电电源在实际运行过程中,需要时刻监视蓄电池的运行性能状态,即不能进行大电流直接充放电,又要避免在UPS系统中引入感性负载(如电动机)等。因此,充电蓄电池自身所存在的缺点是限制UPS不间断电源快速发展的重要制约因素。超级电容器是在近几十年的发展过程中,取得了较为良好的研究成果和应用效果,其是一种集常规电容器与化学电池间二者性能为一体的新型储能电子元器件。它不仅具备传统电容器的放电功率性能,同时也具备化学电池应有的电荷储备功能。随着电源技术研究的进一步深入,超级电容器其容量可达数千法拉,与常规可充电蓄电池相比,其具有性能优越、能源转换效率高、实用环保等功能,在UPS不间断直流电源系统中,具有较大的理论研究和实际推广应用前景[1]。
1 蓄电池直流操作电源系统主要问题
在航空、电网、医疗、铁路、工业等领域,UPS不间断电源作为直流系统后备电源,在供配电网系统发生突然停电或者电压瞬时跌落过程中的稳定供电电源,对确保整个直流供电系统安全稳定、准确可靠的供电方面具有较大的应用价值。目前,直流操作电源系统中普遍采用反复充电蓄电池作为后备电源,也就是说蓄电池后备直流操作电源系统是用蓄电池来完成储能,当交流电正常且整流器完好时,蓄电池会通过对应整流装置和放电电路提供相应电流来补充电网系统中冲击负荷的影响,确保直流系统供电安全可靠性;另外,当交流电源突然停电或整流装置发生故障后,蓄电池会通过放电回路向重要负荷、事故负荷、以及冲击负荷等停电保护等级较高的负荷提供直流电能资源。以蓄电池为储能元件的直流操作电源在很多工程领域中得到广泛应用,同时也发挥较为良好的应用效果。但实际工程应用中发现,很多蓄电池生产厂商为推销密封铅酸蓄电池,均在设备外壳上加上了“免维护”等标识,这给实际UPS直流电源系统维护工作人员带来许多误区,加上现场蓄电池维护较为繁杂,维护不方便,这就导致工作人员在实际工作中放松了对蓄电池的日常维护管理工作力度,如密封铅酸蓄电池没有按照相关规定要求进行活化试验、蓄电池运行环境温度变化较大、以及使用过程中出现充放电电流过大、带感性负载等。由于UPS不间断直流系统在使用过程中,充电蓄电池存在管理不善等问题,随着使用时间加长,极板活性物质出现大量脱落,容量也大大下降,其输出能力大大降低,有的甚至不能满足断路器合闸等保护控制要求,直接影响到UPS直流电源的使用性能水平。从大量统计数据资料表明,目前12V系列铅酸蓄电池其平均使用寿命大约只有3～4年,因此,直流UPS不间断电源的供电安全可靠性问题值得进一步加深研究[2]。
2 超级电容代替蓄电池的可行性分析
目前,工程中应用的超级电容器主要包括EDLC双电层电容器和电化学电容器两大类。其中,EDLC超级电容器是一种高能量密度的无源储能电子元件,其多孔化电极主要采用活性炭粉和活性炭纤维,而且电解液则采用有机电解质,整个储能性能相当优越。EDLC超级电容器在工作时,其可以在可极化电极和电解质溶液间界面上形成了双电层中聚集大量的电容量,从而提高电容器的电荷储存效率。EDLC超级电容器具有极大的电容量,同时可以储存很大的静电负荷,也就是说EDLC超级电容器其储能性能是介于常规电容器与化学电池间的新型高效储能元件。超级电容与常规铅酸充电蓄电池间的特性比较如表1所示。
由表1可知,EDLC超级电容与常规铅酸蓄电池相比,其不仅具有材料无毒、环保性好、使用寿命较长、对使用环境要求较低、以及可提供大电流充放等优点,同时其还具有真正免维护性能,在直流操作电源事故负荷较小或特性指标要求不是太高的工程领域,其工作性能完全可以代替常规铅酸蓄电池作为直接UPS不间断电源的储能设备,以提高UPS不间断供电电源系统运行安全可靠性,减少常规铅酸电池UPS点烟系统定期维护麻烦和提高使用环境适应性能。
3 基于超级电容器组的不间断电源设计
由于EDLC超级电容在生产制造等过程中,会造出其内部参数存在不一致问题,这就可能导致UPS电源在充放电过程中,由于内部参数不一致引起超级电容器工作电压发生不平衡,严重影响到整个UPS电源系统的供电安全性、可靠性、供电电能质量和使用寿命。因此,EDLC超级电容在使用过程中,需要对其进行均压处理。基于EDLC超级电容的直流UPS不间断电源系统,其主要由电源切换电路、逆变整流器、蓄能控制电路(充放电电路)、超级电容器模组、嵌入式处理器测控电路等共同组成,其逻辑组成方案如图1所示。
UPS电源具备的特性
UPS功能(UPS Function)，在线式UPS其功能是为负载提供连续的高质量的电力供应，即使在全部断电的情况下，它也能为负荷提供预先设定的一段时间电力。与常规电源相比它还有如下优点：
1、优良的电源输出特性(Better Output Characteristics)，UPS输出电压、频率、幅度的控制保证了连续稳定的电源输出。在市电中的电压波动、频率变化不会影响UPS输出电压。 UPS基本都设计了先进的“电子保险丝”系统，确保在输出端出现持续性短路时不损坏设备，短路消失后自动恢复正常运行。
2、摆脱市电电力波形的影响(Uncoupling from Mains Distortion) ，UPS的输出是从交流到直流再到交流的转换，所有的电力波形变形均被过滤掉，因此所连接的设备均受到很好保护，这对敏感的电子设备尤其重要。
3、相对于市电主路故障的完全保护(Complete Protection against Mains Failures) 在市电中断期间， UPS电源借助于蓄电池保证给负载的连续供电。这样负载总是不间断的得到供电，但负载供电保证时间限于蓄电池后备时间。
UPS电源的基本结构
从本质上讲 不间断电源UPS是一个 交流-直流-交流的转换器，UPS电源系统的基本结构其框图如下，它包含了五个基本部分：
1、整流器 /蓄电池充电器：充电器是将交流转换为直流的三相整流器（三相电输入），标准配置不用隔离变压器，整流器经由感抗线圈(用于降低主路波形变形)与市电主路相连，整流器的直流输出分别给逆变器和电池供电。
整流器供电量被设计成，用来给逆变器以最大载荷条件下馈电，同时也以最大充电电流给蓄电池供电。通常电池电压恒定地保持在直流432V浮充， (免维护蓄电池，每节2.25v)，充电电流的限制是按照一个特定的曲线通过降低直流电压来完成的，这样可以保证蓄电池不会因为过度的充电电流值而损坏。
2、蓄电池：在市电电源发生故障中断及整流器故障情况下(无直流电压输出)负载将通过蓄电池供电。但电池仅能在一定的时间内给负载供电(蓄电池维持时间)，取决于蓄电池电能和负载的大小。
蓄电池块的数量取决于电池的类型也可根据用户的需要变化，通常的标准数量是铅-酸电池192块，或镍铬电池300块，电池容量(安时)取决于UPS输出功率和需要的后备维持时间。
3、逆变器：逆变器将由整流器或蓄电池提供的直流电压转变为具有精确稳定幅度和频率的交流电压，其电压适用于各种复杂电子设备的电源供应。 逆变器输出电压是使用高频开关通过脉宽调节而产生，变压器是集成电感线圈形式，这样可降低噪声，它和固定在逆变器输出的电容器组合在一起，起到交流虑波电路的作用，以确保有一个很低的输出电压变形。(THD
在短路情况下逆变器控制逻辑电路限制最大输出电流到正常电流的150%。在过载情况下(到正常电流的125%)输出电压保持恒定，对于更高的过载电流，输出电压将降低，而这种情况仅出现在静态旁路不可用的情况下。否则对于电流高于正常值125%，UPS将自动跳转到旁路工作模式。借助于“电子保险丝”在短路情况下逆变器晶体管将受到全面保护。
4、静态开关：在框图中显示了用半导体开关元件作为两个静态开关单元。在正常UPS电源工作状态下，逆变器的静态开关是闭合的，而直通旁路静态开关是打开的，逆变器输出连接负载。在过载或逆变器故障情况下，逆变器静态开关断开，而直通旁路静态开关闭合，这时由市电直接供电，为保证电源的不间断供应，两个静态开关总是在一个很短的时间内同时动作，这对敏感设备，可靠地满足其电源供应需求是必不可少的。
(1)开关状态：逆变器直通旁路
a)直通旁路的电压和频率必须在容许的限度范围内，并且逆变器必须与直通旁路同步。
b)在过载或逆变器故障状态下，UPS静态开关转换到直通旁路工作状态。
c)如果在a)条件未满足的情况下，在过载状态下逆变器降低输出电压继续工作。或者在故障状态下逆变器停止工作。
(2)开关状态：直通旁路逆变器
a)当逆变器电压和频率在容许范围以内且逆变器同步于直通旁路，UPS静态开关自动跳回到逆变器工作状态。
b)在仍然过载条件下，逆变器可能承受不了负载，UPS静态开关将跳回到直通旁路工作状态。
c)一分钟之内三次跳回到逆变器工作状态的努力失败后，UPS工作在直通旁路状态并发出报警信号。
d)在前面板上重新设置之后，UPS再次自动的尝试跳回到逆变器工作状态。
5、维修旁路：在UPS系统故障或维修期间，维修旁路的功能就是直接给所连接的负载提供电源。维修旁路本质上是由一个开关IBY组成。在不同工作模式下转换到维修旁路模式，是在没有任何中断的情况下进行的。随着维修旁路开关IBY的闭合， UPS电源的供应系统被全部关掉，允许进行安全的维修工作。
为了防止维修旁路开关IBY错误开合，可能引起与直通旁路和逆变器线路的并联，IBY开关与逆变器静态开关是相互联络的，这样在IBY动作的时候直通旁路的静态开关将被闭合，逆变器静态开关自动断开，防止维修旁路与逆变器并联操作。
UPS电源的工作模式
在线式标准UPS电源有四种不同的工作模式，确保负载在各种不同条件下能获得不间断的供电。在这些工作模式之间转换不会中断负载的供电。
在“正常工作模式”下，任何故障不管是内部还是外部的，都将使UPS电源转换到“蓄电池供电模式”或“直通工作模式”。 在“蓄电池工作模式”或“直通工作模式”下，另产生的故障将会中断负载的供电，这主要取决于故障的种类。在以上两种工作模式下，UPS电源会发出一个故障信号(声音报警和可视报警)，以便表明任何此类故障都可能产生负载供电中断的危险。“维修旁路工作模式”是在设备维护或修理时直接从市电主路给负载供电。
1、标准工作模式(Normal Operation)
这种模式为UPS电源的正常工作模式，此时状态为： a) 输入电源正常。b) 整流器将交流电转换为直流电，一路供逆变器另一路给蓄电池充电。c)逆变器再将直流电变为交流电给负载供电。
2、蓄电池工作模式(Battery Operation)
当市电故障或整流器产生故障，系统自动进入蓄电池供电模式，此时状态为：a) 整流器无电源输出。b) 蓄电池将所需的直流电源供应给逆变器。c) 逆变器输出交流为负载供电。d) 蓄电池根据其容量只能给负载提供一定时间的电源。
3、直通旁路工作模式(Bypass Operation)
当逆变器发生故障或发生过载时，UPS系统自动进入直通旁路工作模式，状态如下：a) 整流器输出直流仅供给蓄电池。b) 直通旁路静态开关闭合后逆变器静态开关自动断开。c) 市电经由直通旁路静态开关直接给负载供电。
4、维修旁路工作模式(Service Bypass Operation)
对UPS设备进行维修保养时，用市电直接给负载供电的模式，状态如下a) 在该模式下UPS电源与负载完全脱开，以便于设备维修。b)市电通过开关IBY直接给负载供电。
UPS电源告警信息分析
(AvailableAlarmMessages)
根据具体的故障情况，可产生多种告警信息。下面为各告警名称，其含义及可能引起的原因如下：
INVERTER NOT FEEDING（逆变器无输出），逆变器到负载无输出，逆变器静态开关闭合，可能产生的原因：a)过载，负载超过额定UPS载荷125%；b)逆变器故障；c)逆变器被手动关闭 ；
INVERTER NOT SYNCHRONIZED
(逆变器不同步)，逆变器输出与主路输入不同步，可能的原因：a)逆变器故障；b)市电主路输入故障；c)市电输入频率超出容许范围；
INVERTER OVERLOAD （逆变器过载），负载大于UPS额定载荷，逆变器发出过载信号，可能的原因：连接到UPS的负载超出标准限度范围；
INVERTERFAILURE （逆变器故障），逆变器的一个故障被检测到，可能的原因：a)严重过载；b)直流电路保险丝烧断（难得出现）；c)逆变器输出电压超出容许极限范围；d)逆变器出现温度过高，停止工作；d)直流电路电压超出逆变器容许极限范围INVERTERFANFAILURE （逆变器风扇故障），其中之一的逆变器换气扇不工作；
BYPASSFEEDINGLOAD （直通旁路给负载供电），主路市电通过直通旁路给负载供电，直通旁路静态开关闭合，可能原因：a)过载，负载超过额定UPS载荷125% ； b)逆变器故障；c)逆变器被手动关闭；
BYPASSNOTAVAILABLE（直通旁路不可用），在直通旁路上检测到一个故障，可能的原因是：a)直通旁路开关IRE未闭合；b)逆变器与直通旁路不同步；c)直通旁路静态开关其中之一的半导体开关元件损坏；c)市电主路输入故障d)直通旁路电压或频率超出容许范围RECTIFIEROVERLOAD （整流器过载），负载大于UPS额定载荷，整流器发出过载信号，可能的原因是：a)连接到UPS的负载超出标准限度范围；b)蓄电池充电电流过高；
RECTIFIERFAILURE （整流器故障），整流器输出电压超出允许范围，可能的原因：a)整流器控制电路故障；b)整流器半导体器件损坏；c)保险丝烧断；
RECTIFIER FUSES BLOWN （整流器保险丝烧断），一个或多个整流器输入保险丝烧断，可能原因：a)半导体器件损坏；b)直流电路短路；c)逆变器短路；
MAINSFAILURE （市电主路故障），主路输入电压超出容许范围，可能原因：a)市电主路输入故障；b)整流器输入保险丝烧断；c)市电主路电压或频率超出容许范围；
RECTIFIER FAN FAILURE（整流器换气扇故障）,其中之一的整流器散热换气扇不工作；
BATTERY RUNNING DOWN （电池用尽）,蓄电池电压低于360V,当蓄电池电压一到325V，UPS将立刻关机，可能原因：a)市电主路输入故障；b)整流器故障；c)整流器处于蓄电池充电电流极限，降低充电电压；d)整流器在测试调节菜单中被关闭；
BATTERYBREAKEROPEN（蓄电池开关断开），蓄电池开关IB 被断开；
UPS的日常维护
1、保持适宜环境温度：影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的环境温度是在20－25℃之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸电池，设计寿命普遍是5年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。另外，环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，从而产生大量的热能，又会反过来促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。
关键词： BMS，SOC，均衡，CAN，级联
1引言
传统矿用锂电池箱和锂电池监控系统集成在一个隔爆箱中，额定功率和电池容量已经固定，对于避难硐室和机车电源等系统，要求电池电源具有大容量和大功率输出能力，实现将主控箱和电池箱分离，通过更改电池箱数目来满足不同场合的使用。
2系统功能和性能
该系统的基本功能为保证对用户供电的不间断，当外部输入660V、127V交流电时，UPS主板将输入交流电整流为直流给逆变器供电，然后经逆变、滤波输出AC127V，同时输出 DC24V及18V本安，当外部供电断电时，通过外部的锂电池箱向主控制箱供电，从而保证电源的不间断。
为了让锂离子电池一直工作于正常状态，系统需要对电池组定时进行自动充、放电循环，保持电池组活性。用户可以根据负载大小及后备供电时间的需求，选择矿用防爆型锂离子蓄电池电源的级联数量。
3总体设计
依据实际需求，研制组将主控箱与电池箱分离，系统连接如图1所示。
如图1所示，电池箱并联接进主控箱，主控箱通过CAN与电池箱进行通信来管理电池箱。整套系统基本功能即为保证对用户供电的不间断，当外部输入660V、127V交流电时，UPS主板将输入交流电整流为直流给逆变器供电，然后经逆变、滤波输出AC127V，同时输出 DC24V，当外部供电断电时，通过电池箱内锂离子蓄电池电源向控制箱供电，从而保证AC127V、 DC24V电压输出的不间断。
4主控箱设计
4.1 主控箱原理
主控箱组成原理框图如图2所示。
工作原理如下：输入变压器将外部交流供电（AC660V、127V之一）变换为AC127V，AC127V一路输入UPS主板，然后经整流、滤波、逆变输出交流127V； 127V另一路接到充电器的输入端，充电器的启动由主控板控制。主控板通过CAN总线选择一台级联的锂离子蓄电池电源（图2下部虚线框图）充电；AC127V还有一路接入到AC/DC模块，输出24VDC，用于主控板、18V本安电源及24VDC的输出。
ARM显示控制板通过CAN总线选择相应的锂离子蓄电池电源箱，其电池组输出端经强电盒开关接入到24VDC/DC模块和UPS电源主板，DC/DC模块将电池组输出电压转换为24VDC，与AC/DC模块输出的24VDC在显控板上通过二极管并接，用于电源交流输入异常时的24VDC供电。
UPS主板将电池组的输出电压升压作为逆变器的备用电源，在外部供电断电时将电池组电压逆变为交流127V输出，从而保证输出不间断供电。
当电池组电压跌落到放电截止电压时，主控板通过CAN总线断开放电开关，选择另一台锂离子蓄电池电源箱继续给主控箱供电。直到所有级联的锂离子蓄电池电源箱放电完毕，整个UPS电源停止工作。当外部交流供电恢复，UPS主板又切换回由输入交流供电。
在UPS电源正常运行时，主控板通过CAN总线选择一台锂离子蓄电池电源箱进行自放电。通过网络接口将系统信息传送到地面控制室，并实现远程放电控制。
4.2 ARM显示控制板
ARM显示控制板通过CAN口与电池内的BMS电池管理系统板进行通信，并将UPS主板、各电池模块的信息通过电控箱上的LCD液晶屏显示。同时ARM显示控制板通过以太网口与上位计算机进行通信，实现远程通信与控制。CPU采用意法半导体的公司的STM32F103RE处理器，属于ARM Cortex-M3架构。
5电池箱设计
5.1 电池箱原理
电池箱组成原理框图如图3所示。
工作原理如下：BMS12电池管理系统板主要用于实时监控、管理锂离子电池，并通过CAN与主控箱进行通讯，向电控箱发送电池状态信息，同时接收电控箱指令，控制充放电开关对电池组进行充放电控制。电池箱内部安装有放电电阻，UPS电源正常运行时，ARM显控板通过CAN总线选择一台锂离子蓄电池电源箱进行自放电以维护锂离子蓄电池的活性。
5.2 BMS12电池管理系统板
BMS12电池管理系统板同样采用STM32处理器作为主控，采用24V直流供电，电池管理系统板通过PTC热敏电阻对每节单体电池的温度进行测量；采用LTC6803电池监视芯片对单体电池电压进行检测并进行均衡处理；通过霍尔传感器获取充放电电流，并对充、放电进行开关控制；具有异常保护、报警等功能，通过RS232串口与主控箱内的ARM显控板通信。
6关键技术分析
a）锂离子电池组管理（BMS）技术研究
针对矿用锂电池不间断电源研制需求，研究矿用锂电池组高精度SOC预测与均衡策略的电池管理技术、高精度和高抗干扰数据采集技术，开发出基于锂电池的高性能电池管理系统，并整个系统采用模块化设计思想，方便以后升级和扩展。自主编制BMS上位机软件界面，通过串行接口监测与设置板卡运行参数。
a）基于总线方式的电池热连接扩容技术
采用了基于总线的主控箱与电池箱分离的系统设计，用户可以根据需求灵活增减电池容量，一台主控箱可以连接多达32台电池箱。本产品除完成单体电源的全部功能外，还需对多台电池箱的进行监测、协调其投切及充放电等控制，主控箱内的ARM显示板对电池箱内的BMS电池管理系统具有热连接的管理能力，电源系统能够像USB设备一样将外部电池箱随时接入或脱离系统。该系统能够实现市电、电池工作模式之间的零延时切换、实现电池箱之间的无缝投切。
b）磷酸铁锂离子电池的在线SOC估算
磷酸铁锂离子电池的性能出众，但其化学特性让SOC电池容量估算变得较为复杂。项目组对单体磷酸铁锂离子电池建立了等效电路模型，根据等效电路模型列出了系统的状态空间方程。通过调试确定电池等效电路模型的参数，包括SOC曲线函数的获取，相应电阻、电容值的确定。在确定电阻值时，考虑到电流的影响，拟制出电流的函数，提高了模型的精度，根据安时法由系统状态空间方程得出SOC估算公式。在实际环境中结合电池充放电，进行在线式SOC估算，达到较高的估算准确性。
c）基于LTC6803芯片的被动均衡技术
传统的均衡使用了继电器放电的方式，电池数量多时检测复杂，可靠性低。项目组经过分析论证选择采用了LTC6803电池管理芯片，结合MOSFET场效应管与功率电阻，实现放电回路，由处理器控制MOSFET导通对单体电池进行放电均衡。
7结束语
本研究研在技术上有很大自主创新，内部关键部件ARM主控板、BMS电池管理系统硬件及其嵌入式软件均为自研，完成BMS上位机软件、上位机远程通信软件，拥有完整的自主知识产权。该电源应用于矿业生产中，配置灵活，可以保证矿下设备工作的不间断，为安全方面提供有效保障，具备很好的社会与经济效益。
参考文献
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[2]范数瑞，李琦，赵燕飞.Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2011.
[关键词]电力变压器 野外试验 自备电源 研究 应用
中图分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）34-0233-03
1、引言
梅州地处山区，多高山峻岭，且自然村分布零星，许多山区小村偏远，交通不便或根本无法通行车辆，由于客观存在的地理位置使梅州农村电网的维护长期以来都是一个令人头痛而又不得不面对的问题，特别是在梅州供电局对梅县、平远县、兴宁市（县级）、大埔县、五华县、蕉岭县、丰顺县供电局进行收编接管后，为提高电力供应的可靠性和电压质量，和规范农村配电网络，对各县一些历史原因遗留的6kV线路，进行农网改造，要求升压改成10kV线路；而升压改造往往是将原6kV的变压器通过改内部接线的方式进行。
因此，在农村电网维护或改造时，往往要对变压器进行交接性试验，面变压器的交接试验项目主要有变压器直流电阻测试及变比测试，分接头的电压比测试，变压器的三相接线组别和单相变压器引出线的极性测试，非纯瓷套管试验，绕组和套管的绝缘电阻，、吸收比或极化指数测试，绕组和套管的交流耐压试验等；由于是停电作业，且大都是在野外或山区内，在进行变压器试验时，只能自备发电机发电或其它电源设备，以提供试验电源。
在多年的工作实践中发现，用汽油发电机或柴油发电机提供试验电源，在进行变压器试验时，变压器的一些常规试验项目往往无法顺利完成，例如变压器直流电阻测试及变比测试，有时甚至会使试验仪器“死机”，更严重的造成试验仪器烧坏；而这些测试仪在电网的市电中是正常工作的。我们在排除其它可能的原因后，通过仪器对汽油发电机或汽油发电机提供试验电源进行分析，发现电源波形是杂乱的，且电压波动比较大（见下面波形图一）；
而我们对电网的市电进行分析，发现市电的波形是稳定的、平滑的正弦波，且电压幅值的稳定的（见下面波形图二）。因现今的测试仪器都是精密的微机式仪器，对电源的质量要求比较高，因此可以初步断定，电源的质量问题的造成测试仪器不能正常工作或性能下降的原因。
因变压器试验的质量直接关系到电网的安全运行及供电质量，因此对野外试验自备电源进行深入研究，寻求有效解决野外试验自备电源质量问题的手段，做好变压器试验就有了深刻的意义。
2、现有野外停电作业后备电源的缺陷分析及探讨
（1）长期以来，在野外停电进行变压器试验时，试验人员都是以发电机作为停电作业的自备电源，而此类自备电源的供电质量问题一直困扰着电力设备试验人员，给试验工作带来了诸多不便和一系列的问题。针对自备电源供电的质量问题，我们进行了深入的研究和分析，发现的问题主要有以下几个方面：
众所周知，发电机的原理是（汽油发电机为例）： 汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能。 在汽油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化汽油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到汽油的燃点。汽油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为“作功”。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装，就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。如要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的汽油机和发电机控制、保护器件和回路。
目前市场上的汽油（柴油）发电机多是只带有简单的整流回路，我们分析了目前市场上几种常用发电机输出的电源，通过波形分析发现，无论是波形还是幅值都不尽人意，下面是几个厂家生产的发电机输出电源的波形分析图（图三、图四、图五）：
以上发电机输出的电源在作为停电作业后备电源实践应用中，由于电源的质量不稳定，在停电施工中作为后备电源，给变压器试验工作带来了很多不必要的麻烦，有时甚至无法驱动测试仪，或者测试仪显示一直在测量，严重影响了紧张的停电作业和变压器试验质量。
（2）为寻求有效解决停电作业后备电源的问题的手段，我们也尝试了如下几种方案：
方案一、因发电机电源的质量问题主要是电压不稳定、电磁干扰大及不是标准的正弦波，因此，为解决问题，我们将发电机的电源引入我们准备好的交流滤波器（滤波器要有良好的接地时），利用交流滤波器消除发电机PWM电压带来的各种问题（过冲电压、过高的dv/dt、电机轴承电流等），及抑制电磁干扰的功能，以达到对电源滤波的效果。再将滤波器出来的电源引入交流稳压器，在经过稳压装置后再驱动测试仪，以完成变压器的各项交接试验项目。
通过实践应用的结果是，有时可以驱动测试仪，并能完成一些变压器交接试验项目测试，但不是很稳定，在进行变压器直流电阻测试及变比测试测试时，测试仪会出现突然“死机”或测试时间过长的现象；重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长，不能很好地完成测试工作。通过分析发现，在示波器下该电源的正弦波波形不是平滑的，波形是链状的（其波形见下图六）。发电机的电源经过滤波器过滤，再经过稳压器稳压后，仍然无法彻底消除干扰，得到良好的正弦波电源，所在此方案的电源无法正常完成《变压器交接试验规范》要求的项目，就算是在重复多次完成试验，此种情况下测试的数据是不可靠、不可信的，试验人员是无法依据测试数据来判断变压器的性能是否合格的，所方案一不能用。
方案二、因方案一中发电机的电源经过滤波器过滤，再经过稳压器稳压后，仍然无法彻底消除干扰，得到稳定的、平滑的正弦波电源，因UPS电源适合带阻容性、阻性、微感性的微机类负载，所以我们考虑采用后备式不间断电源。UPS电源主要由整流器、逆变器、畜电池组及交流稳压器等组成。所谓后备式不间断，顾名思义，就是说在正常状态下由电网提供电力，当外来供电中断时（也就是电网停电时），后备式不间断电源装置，则将其自带的蓄电池中的直流电，通过逆变器转换为交流电继续为设备供电；换言之就是后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当市电异常时，后备式UPS会迅速切换到逆变状态，将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电。
在实际测试过程中发现：切断后备式不间断装置充电回路开关，由后备式不间断装置自带的畜电池组通过逆变器转换为交流电源，可以完成电力变压器交接试验的所有测试项目，但如合上充电回路开关后（充电电源由发电机提供），根据后备式不间断电源的工作原理，逆变器停止工作，处于等待状态；UPS装置切换到外接发电机充电回路，这时变压器测试仪会出现突然“死机”或测试时间过长的现象；重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长，不能很好地完成测试工作，也就是出现方案一的试验现象。
通过分析发现：当后备式UPS装置切换到外接发电机充电回路供电时，电源波形是杂乱的，且电压波动比较大，并出现锯齿状（见下面波形图七）；
当而我们切断后备式不间断装置发电机充电回路开关，由后备式不间断装置自带的畜电池组通过逆变器转换为交流电源供电时，分析发现此电源的波形是稳定的、平滑的正弦波，且电压幅值的稳定的（见下面波形图八）。此方案不适合在野外停电作业使用。
方案三、通过以上两个方案分析，因现今的测试仪器都是精密的微机式仪器，对电源的质量要求比较高，必须是稳定的、平滑的电压幅值的稳定正弦波电源。可经判断，电源的质量问题是造成变压器测试仪在试验时出现突然“死机”或测试时间过长，重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长现象，不能很好地完成测试工作或性能下降的根本原因。
随着微机式精密测试仪器的不断涌现和大量应用，对工作电源的质量要求越来越高。因此当务之急就是通过对试验设备电源的研究，寻找一种适合现阶段精密测试仪器在野外使用的电源。。我们在方案二的基础上，提出了第三个方案（见示意图）。
方案三中，因在线式不间断装置输出的电源有稳压、稳频、滤波及抗干扰能力强的特点，我们将后备式不间断装置换成了在线式不间断装置，其它部分保留，在线式不间断电源与后备式不间断电源的原理基本相同。从原理上看，在线式不间断电源同后备式不间断电源的主要区别在于，后备式不间断电源在有外接电源时，仅对外接电源进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当外接电源异常时，后备式不间断装置会迅速切换到逆变状态，将自带电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式不间断装置在逆变工作时会有一段转换时间，一般小于10ms；而在线式不间断电源装置在正常工作情况下，外电源经输入隔离变压器整流后变为直流电，该直流电经逆变器转换为高质量的交流电供负载；若外接电源异常时失时，控制装置自动将备用蓄电池的电能输入逆变器，逆变成交流电后继续供负载，外接电源恢复时，自动转为市电整流后逆变供电，若市正常逆变故障时，则自动通过输出切换开关不间断切向电子旁路供电，等故障排除后再恢复至逆变供电。因此在线式不间断装置开机后，逆变器始终处于工作状态（除发生故障），在外接电源异常时切换时没有中断时间，能连续供电。
我们在通过对在线式不间断电源的分析，其波形稳定的、平滑的、电压幅值稳定的正弦波电源（见下图九），在实际变压器交接试验测试过程中可随时接发电机充电，都能使仪器正常工作，顺利完成所有测试项目。
所以，因在线式不间断电源工作原理是将外来供电转换为直流电存入自带的蓄电池，同时从蓄电池获取直流电转换为交流电为设备供电，其输出的电压波形为正弦波，电压相当稳定，且搞干扰性能好，携带方便，操作简便，非常适合微机测试仪的后备电源；基于以上优点，在线式不间断电源装置正是我们需要的电力变压器野外试验自备电源设备。
3、在线式不间断电源装置的应用
我们在梅州市07年度农电改造项目―兴宁市黄槐镇35kV四望嶂变电站6kV墟镇线变压器改造工程中，该工程的主要任务是一天之内将线路上的15台6kV电力变压器，通过改造内部接线的方式，改造成10kV电力变压器，然后升压运行。因黄槐镇全镇的生活用电都是由该线路供，该工程时间紧、任务重。为减少缩短停电时间，我们采用的方案是分段实施、早停夜送（七时开始停电，十八时前送回电）的方式施工。因为原6kV电力变压器都是在原位改接线，改造成10kV电力变压器，施工人员必须精确计算每项施工工序的时间，其中最为关键的项目就是变压器内部接改造和改造后的交接试验。
按当时的人力、物力，将一台6kV电力变压器改造成10kV电力变压器需120分钟，而完成一台电力变压器交接试需60钟，因此都是争分夺秒的。为保证工程顺利完成，在解决所有人力物力后，在大范围停电时，怎样解决电力变压器试验的后备电源及其它施工电源，保证电力变压器改造后的测试时间和质量就显得尤为重要。
我们携带了五台福州凯特电气有限公司产的KD2000型在线式不间断电源装置，因停电作业时间长，KD2000型在线式不间断电源装置只能向负载连续提供3小时的电源，因此我们配置了五台便携式单相发电机，作为在线式不间断电源装置的充电电源。在实际应用时，由于在线式不间断电源的能提供高质量正弦波电源，且干扰性好、携带方便、操作简便的性能，在停电作业规定的时间中，顺利完成了电力变压器的所有测试项目。
在线式不间断电源为此项大面积停电、施工任务繁重的工程，提供了高质量电源支持，为以后同类型的停电作业施工提供了很好的案例参考。同时也解决了长期以来，一直困扰电力设备试验人员电源质量问题。
实践证明，在线式不间断电源输出电压稳定，携带方便，操作简便，运行稳定性好，非常适合微机测试仪的后备电源。在线式不间断电源的推广应用，有效提高了设备试验的质量、节约了试验时间、提高了试验效率，赢得了广大电力设备试验人员的一致好评，为梅州电网的安全、稳定、高效运行作出了突出贡献。
参考文献
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1、UPS即不间断电源，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。
2、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。
（来源：文章屋网 ）
关键词：变电站 后台监控 逆变电源 供电可靠性
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-01
1 电网系统变电站直流供电模式存在的缺点
当前电网系统变电站中，普遍设置UPS不间断电源装置或逆变电源给后台监控系统供电，以保障后台机在变电站交流电突然停电时能够正常对设备运行状态进行监控，但同时这种供电模式存在以下缺点：
（1）UPS不间断电源装置或逆变电源本身属于一个谐波干扰源，在与直流电源系统相连时，对于后台主机程序将产生一定的干扰，当然，配置高的设备性能可能符合电网系统抗干扰标准，即谐波干扰量可以降到标准以下，但同时也增加了运营成本，且有许多普通生产厂家的设备无法满足相关的谐波标准，产生的干扰量很大。
（2）后台监控主机可靠工作的条件是UPS不间断电源装置或逆变电源必须完全可靠工作，因为逆变电源装置平时工作状态为交流进线供电，即市电供电状态，而一旦遇到故障，交流电源突然失电，逆变电源装置的切换存在一定的时间，或者在切换状态下容易产生故障，不能完全做到不停电供电，若逆变电源长期工作在逆变状态，又会对设备寿命造成极大的影响。
（3）部分主要用户的变电站采取用逆变电源装置备份的方式来实现可靠供电，却无形中增加了运行成本。
2 替换逆变电源模块的方案
针对以上问题并结合计算机供电的特点，提出了新的替换逆变电源装置的方案：
（1）计算机输入电源的特点
目前我国运行的计算机输入电源电压都是交流220 V，50 hz，输入范围为-30%～+20%。
其电源电路为如图所示的开关电源电路，其基本原理是：交流220 V电源经过桥整流后变为脉动的直流，再经过电容器滤波后，变为264 V的直流电（220×1.2），结合目前变电站的电压变化范围，整流滤波后的电压的范围是：184～316 V（264×0.7～264×1.2）。
再经进一步变换后提供计算机工作需要的各种工作电压（直流±3.3 V，±5 V，±12 V），见图1。
由以上分析得知，计算机的工作电源并不是直接采用的50 hz的交流电，而是将交流电经过整流滤波后得到的直流电。所以在计算机中直接输入直流电，从原理上分析是可行的。
（2）计算机直接输入直流电的可行性
当前电网系统变电站直流电源合闸输出电压范围大约是190～254 V，刚好在经整流滤波后的直流电源电压范围内（184～316 V）。所以从变电站直流储能电源（合闸电源）直接接到计算机的输入端理论上行得通。
（3）在具体实施时，可以将直流合闸的正负输出两端任意接到电源插座的两个输入端，并不用考虑正负极问题，原因为计算机的开关电源输入端有二极管，具体道理不在此分析。
实施方案：作为电网系统变电站，可以从储能电源（合闸电源）的输出端直接接到后台监控主机的电源输入端，对于具有2套直流蓄电池和充电系统的变电站，为了进一步保障供电的可靠性可以采用如下方案，如图2所示。
3 结语
通过连续6个月的模拟实验，实验系统运行稳定，该方案的使用将节省大量资金，系统运行可靠性也将大大提高，同时保证了设备的可靠稳定运行。
参考文献
当前在我国通信系统建设的过程中，信息技术有了非常广泛的应用，这也使得它们在运行的过程中对供电的质量和水平提出了更加严格的要求，供配电系统在电力系统生产运行的过程中扮演着越来越重要的角色，所以在很多通电机房当中都安装了UPS电源，这样一来就大大的增加了系统运行过程中的稳定性和安全性，系统运行过程中故障率更低，同时在诸多方面都可以起到节约资源和成本的作用。
2UPS工作原理
UPS，即不间断电源，是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。主要利用电池等储能装置在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。UPS电源系统在运行的过程中，逆变器是核心元件，它是一种十分重要的稳压稳频输出的设备，该设备在运行的过程中可以很好的对电源予以保护，在设备处于运行状态的时候，它具备良好的储能性，而在系统运行的过程中，稳定电压通常都是由这一元件执行的，电源系统在运行的过程中通常会存在三种模式，一种是后备式，一种使在线式，最后一种使在线交互式。首先，后备式不间断电源。在运行的过程中使电通过一旁的线路直接向一些必要的设备进行供电操作，而蓄电池在正常供电的情况下是不运行的，只有市政停电的时候，蓄电池才开始向负载提供电能，如果蓄电池不提供电力的时候，实际上它就是一个稳压器，而且从性能上来看并不是非常好，在转换的过程中，转换的时间和电网侵入干扰的保护性都不是非常强，但是它也存在着一定的优势，它结构简单，同时更加的轻便，在运行的过程中不需要投入大量的成本，能够体现出较高的经济效益。其次是在线式不间断电源。在线式不间断电源通常是由市电中的交流电源在经过一定的整流之后形成的直流电源，在经过一系列的处理之后会将直流电转变成交流电源实现供电的功能。当市电的供应中断时，蓄电池就开始执行供电的任务，只有UPS电源出现故障或者是运行异常现象的时候才能转到旁路去给出荷载，输出的电力在经过UPS处理走之后是没有转换的时间的，在线式的UPS电源供电质量要比前文中介绍的后备式UPS电源的供电质量高，但是在运行的过程中结构十分复杂，而且这一过程中也需要较高的成本投入。最后是在线交互式不间断电源。其在运行的过程中是从旁路开始经由变压器从而实现了负载的传输功能。在对变压器进行抽头切换的过程中，双向变换器通常是采用逆变器的工作模式和工作方法来使用，在这样的情况下也就使得逆变器发挥了充电器的作用。如果断电的时候逆变器是可以将电池的能量转化成交流电源工负载使用。在线交互式电源在设计的过程中采用了双向的转换器，这样就实现了连续的不间断的电压输出。UPS电池在回充的过程中时间并不是很长，但是这种方式在运行的过程中采取的是工频变压器，所以其自身的体积和重量都不占优势。
3UPS电源系统在使用过程中的注意事项
按照用户和相关部门的要求，科学合理的选择负载容量和不同性质的UPS电源可以使得电力系统的运行质量得到显著的提升，同时在这一过程中可以很好的节约资金，供电部门运行过程中的经济效益也得到了非常显著的提升，但是我们必须要指出的一点是在其运行和使用的过程中，必须要注意每一个小细节，只有这样，才能更好的保证其使用的安全性和合理性。
3.1根据用户负载的需求性质对UPS输出功率的影响，在考虑UPS容量时，UPS电源实际可带的负载量是与负载功率因数密切相关的，输出功率都是指负载功率因数为-0.8(滞后)时的值，当负载为纯电阻性或电感性时，逆变器在额定功率下其有功功率将有所下降。对于电阻性或电感性复印机类负载，则需酌情加大UPS容量。
3.2UPS容量不宜过小。UPS电源系统按使用要求功率余量不大，如果使其长期处于重载运行状态，虽可节省一部分投资，但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，但由于逆变器处于重载运行，增加大功率负载。这样既不能为负载提供优质电源，还会造成主机出故障，严重时将损坏变换器，UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80%。
3.3UPS在运行的过程中容量负载的数值不能过大，UPS电源系统所使用的功率如果过大，就会使得设备出现小荷载运行的情况，这样就使得逆变器损坏的几率大大的降低，但是在市电停止运行或者是电池保护装置出现了故障的时候，电池放电电流的数值过小或者是电流放电的时间太长，都会使得电池出现永久型损坏的情况。
3.4UPS电源系统对环境和运行的温度存在着非常高的要求，其在使用的过程中应该将温度控制在22℃以内，同时在其工作的过程中，温度一定要在15到30℃之间，湿度标准使用35％，UPS电源系统运行工作时不能超过20％～50％。
4日常维护与检修
4.1UPS电源在正常运行工作中，主机的维护工作主要观察主机的运行工作状态，检查各连接部件和插接部件有无松动和接触不牢的情况。对主机防尘工作中，应定期除尘。
4.2定期观察UPS操作显示屏，确定显示UPS电源在正常工作数据运行状态输入、输出电流，电压等运行参数值是否都处于正常范围内，历史显示记录是否出现故障或报警，检查主机运行声音及逆变器输出声音，是否有异常变化，如出现“吱吱”声音时，则可能出现匝间绕组绝缘不好或接触不良；如出现“钹钹”的声音时，则变压器存在偏磁现象。
4.3定期维护电池组，要定期测比，平时以每组电池至少应有5～10只电池作标示电池，因储能电池的工作全部是在浮充状态，每年应进行2～4次放电。放电前应先对电池组进行测比，以达全组电池的均衡。
4.4在日常维护中，检测检查输入、输出各连接部件是否有无松动和接触不牢的情况。除定期检测检查电池两端连接处端子有无松动，腐蚀现象外，还要检查电池外观是否完好，机房温度计、湿度计是否完好准确。
ups中文叫不间断电源，就是说当市电停电了，ups可以给设备供电一段时间。这个供电的时间取决于UPS电源配置的电池决定。稳压器就是在市电电压不稳定的情况下起到稳压效果所以称为稳压器，不起到任何的延时效果。UPS在欠压、过压、掉电等等很多天灾人祸的情况下可以延时给设备供电一段时间，能够有足够的时间来关闭设备，起来保护设备不会因市电不稳定而烧坏一些贵重配件。造成公司财力损失。在这期间UPS电源也是一台稳压器它可以在电压不稳定的情况下供应负载使用，不过一般的稳压器范围有限。
稳压器和UPS电源的优点：
稳压器在稳电的功能中效率会比UPS高很多，就是同样的负载同样功率的ups和稳压器，稳压器自身耗电比ups自身耗电要小很多。而且稳压器价格比ups价格也要低很多。UPS不间断电源具备稳压器的功能、抗干扰、防雷电、负载能力强。而且在一些比较昂贵的设备都会优先选择UPS电源来保护设备的安全使用。
（来源：文章屋网 ）
关键词: UPS;电视播出系统;配置及使用
中图分类号:TN948 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0910067-01
0 引言
UPS是计算机和其他的电气设备在正常供电电源发生中断的时候,可以提供短时供电的应急电源。电视的播出系统是汇集电视台内外信号的中枢,担任着电视台节目向外界进行发送的工作,如果在电视节目播出中出现信号不稳定或者图像质量低的情况,那么不但会对观众心目中的电视台形象产生直接的影响,还会直接导致收视率下降[1],所以一定要确保电视台播出系统的供电系统的安全稳定,其中UPS就是一个较为安全的供电方式。
1 UPS不间断电源的工作原理以及分类
UPS(Unintcrruptiblc Powcr Supply),它的解释也就是“不间断电源”,之前,有线电视系统中的替补电源一般都是蓄电池或者是一些其他的能源,以实现电网以及替补电源之间的平稳转换供电,有效的确保负载电源所需供电的可靠性以及稳定性。现今市场上,UPS产品可以主要分为以下几种:1)离线式UPS,又被称为是后备式,在旁路对其负载进行供电的时候,只是在电网停电的时候,蓄电池才能够通过逆变器,之间转换成为交流电源给负载进行供电。但是这种UPS输出的是准方波波形,其供电质量相当的差,功率较小,同时在电源切换的时候,还有可能会对负载产生一定的干扰作用,但是价钱是所有的UPS设备中最低的。2)在线互动式UPS,负载的供电是由平常山路输出的,他的逆变器在这个时候发挥的也只是一个充电器的作用。如果一旦发生电网停电情况,那么逆变器就会直接把电池的能量转变成为交流电源,为负载进行供电,这一中UPS的逆变器是一直处于工作状态的,转换时间比离线式UPS的短,所输出电压具有很高的稳定性,但是他的稳频效果不是太好,另外充电效果也不是太好,所以不适合作为长时间使用的UPS。3)在线式UPS,这种UPS的逆变器只要有负载,就会一直处于工作状态,只有在UPS出现故障,或者是过热、过载的情况下,负载供电才由旁路输出。但这种UPS的电压稳定性是所有UPS中最好的,并且具有相当迅速的瞬间响应速度,相当强的抗干扰能力,大大改善了供电电源的供电品质,为负载的安全稳定工作的进行提供了有效的保障[2]。
2 UPS不间断电源在电视播出系统中的配置
为确保UPS具有充足的电源,可以为播出系统提供一个优质的电源,就要在配置电源的时候严格遵循以下几个方面:
1)UPS的容量不宜比负载的过小,并且使UPS进行长期重载运行。虽然一个购买一个容量较小的UPS,可以节省一部分投资,但是由于逆变器可能长期处于重载运行,那么所输出的波形可能会发生畸变,输出电压的幅值抖动也会过大,那么不但不能够提供一个优质的电源,还会对UPS的逆变器元件产生损伤,所以要保证负载总耗电量不长期超过UPS额定容量的80%。
2)UPS电源容量的选择方法。首先要弄明白UPS电源的额定容量和标称容量的涵义是什么。UPS的额定容量是指其在额定条件下所能够承受的负荷量,也就是指额定功率,包括有用功率以及无用功率,有用功功率则是指实际输出功率。比如说如果一台UPS的标称容量是1000VA/800W,那么这台UPS的额定容量就是1000VA,实际输出功率则为800W。其中电视播出系统的最佳负载量应该控制在UPS额定功率的60%到70%之间[3]。
3)UPS电源系统的安装。UPS电源系统的安装质量好坏会对UPS今后的长期运行产生直接的影响,特别是一些大中型的UPS,所以一定要按照规范来进行安装,主要有:① 电网情况,主要是根据电网电压的波动范围以及停电频率对UPS备用时间配备进行确定,如果有必要的话,还可以在UPS的前级增加一些其他的保护措施。② 使用环境,UPS安装环境的温度应该在0℃~40℃,湿度控制在10%~90%,并要保持UPS周围环境的清洁,这样才可以有效的减少有害灰尘对UPS的内部电路来产生腐蚀。另外UPS需要进行长延时配置的时候,电池的重量比较大,所以也要考虑到地板的承重问题。③ 接地情况,在UPS系统的安装中,为了确保系统可以稳定可靠的进行工作,防止寄生电容产生耦合干扰以及保证设备和人身的安全,所以必须要有一个良好的接地系统,来以接地电阻对接地的好坏进行表示,通常情况下接地电阻小于5欧姆为宜。④ 配电要求,主要注意的是在UPS进行接电的时候千万不能使电池两级间产生短路情况,这样会直接损坏电池,甚至会发生电池爆炸,威胁到人身安全[4]。