于海滨，白银姗

（中国信息通信研究院，北京 100191）

1 UPS电源技术的运行原理

当前，UPS电源在电力系统中有着广泛的应用前景。其能够保障电力系统的持续供电，降低因突发事件带来的潜在风险。随着科学技术的进步，UPS电源技术也在不断发生变化。就其工作原理来看，UPS电源主要分为后备式UPS电源、在线式UPS电源以及在线互动式UPS电源3种。其中，后备式UPS电源主要采用抗干扰分级调压稳压技术，市场价格较低，适用于重要场所。当电源供电或电压发生变化时，后备式UPS电源可以向负载提供高频干扰的稳压电源，改善供电电压的波动状态。当供电发生中断或者电压降到170 V以下时，蓄电池通过逆变器为负载提供稳定的交流电。但电力系统一旦发生故障，电池的逆变供电将有4～10 ms的反应时间，因此不适合用于供电要求较高的设备设施[1]。

当在线式UPS电源在电力系统中发生故障时，UPS电源能够立即作出供电反应，减少开关转换时间，使得电网和蓄电池之间的切换时间接近为零，从而消除电网带来的影响。这类UPS电源的安全可靠性较高，主要应用在银行和证券等重要单位。而在线互动式UPS电源结合了后备式UPS电源效率高和在线式UPS电源供电质量可靠的特点，在使用过程中始终处于准备状态，所以电流切换的时间非常短，可以保证电压输出相对稳定。但需要注意的是，互动式UPS电源使用的是双向变换器，充电状态效果不佳，因此导致稳频效果不佳，不适合做常延时UPS电源。

2 UPS电源的技术性能

2.1 重复控制技术

UPS电源由逆变器和其他部分共同构成，是一种具有电量储能的恒压恒频固态电源。由于具有重复控制技术，因此在电压下降到零的过程中，也能够起到控制效果，抑制其他电流造成的干扰。重复控制技术用于UPS电源，构成了一种性能高且成本低的波形控制系统，可高精度控制重复轨迹，做到系统稳态误差和收敛速度稳定，改善电源输出的电压波形质量。

2.2 并联技术

UPS电源安置在重要场所时对电池容量的需求量极大。但UPS电源提供的电量极容易受到外界环境的干扰出现损耗问题，造成所提供的电量无法满足实际的需求。为解决这一问题，技术研究者采用并联技术，使得电力系统中全部逆变器使用的电压频率和幅值等数据始终保持一致，从而提高电力系统的容错性能。

2.3 整流技术

UPS电源的功率过大，所以经常会采用整流技术进行调整。其操作非常便捷，控制方法也相对成熟，但谐波电流相对过大会影响运行的安全性。因此，为确保电流的稳定，需要采用滤波器进行整流，从而保证电流稳定运行。

3 UPS供电技术的改进策略

本研究中以某数据中心UPS电源设备为例。该机房由3套UPS电源设备共同组成，每套由1台不间断电源、1台隔离变压器以及3台蓄电池构成。由于UPS不间断电源容易发生超温和过流报警等问题，影响电力系统的正常运行[2]。因此本文改进该数据中心的UPS电源设备线路，保证设备本身的安全稳定性，以满足设备在应急状态下的供电安全。数据中心UPS电源设备线路如图1所示。

图1 数据中心UPS电源设备线路图

3.1 改进散热设备

改进UPS散热设备，将极大地提高UPS的散热能力。该数据中心电力系统中原UPS散热设备的整体长度为200 mm，横截面积为125 mm×125 mm。在125 mm的高度共有32片散热片，由于散热片相对集中，因此片与片之间的距离仅有2 mm左右，造成散热效果不佳，长期使用极容易产生灰尘堵塞的问题。本文通过改进散热设备，将原有长度增加至280 mm，横截面积仍然保持为125 mm×125 mm。在125 mm的高度上共有24片散热片。同时在散热设备上将安装IGBT模块，中心距离由45 mm增加到75 mm，增强IGBT的散热功能。改进后散热设备的风道更加顺畅，风阻将进一步降低，散热的总能力将显著提升，预计散热效果提升40%。改进后的散热设备机构如图2所示。

图2 改进后的散热设备机构图

3.2 改进UPS电路。

3.2.1 改进热敏电阻

原有UPS的220 V输入设备串入了热敏电阻，主要功能是用来抑制因短时间内启动电源所产生的电流。在UPS工作之初，热敏电阻温度较低，对启动电流产生抑制作用，但由于工作时间较长，热敏电阻的温度将不断升高，电阻值也将随之降低。不仅严重影响UPS的散热效果，而且还可能因设备失效而发生安全隐患。针对这种问题，可以改进热敏电阻。在UPS工作之初，将热敏电阻串联在输入线路中，达到抑制启动电流的作用，在UPS工作后，系统自动屏蔽热敏电阻，从而解决电流启动瞬间达到抑制启动电流的问题[3]。热敏电阻改进后如图3所示。

图3 热敏电阻改进示意图

3.2.2 改进UPS输入、输出熔断器

在电气设计中常常会用到熔断器。熔断器主要有插入式、螺旋式以及密闭管式等类型，主要用于低压分支电路的短路保护。在本文中UPS的输入和输出熔断器使用的是普通陶瓷类型，其熔断时间较长，在发生短路后对系统的保护能力不足。此外，由于熔断器在UPS设备的内部，因此一旦发生问题不易检修。将普通陶瓷熔断器更换为快速熔断器，安装位置由内部改为前面板中，既能够保证在短路状态下瞬时断电，又能够保证维修的安全[4]。

3.2.3 改进UPS内部插件

接插件使用范围广泛，只要涉及到电路的问题都会牵扯到接插件。本例中UPS采用2.54 mm和3.96 mm的电路板插座。由于直插式印制电路板在使用过程中需要多次插拔，因此长时间使用极容易出现腐蚀和磨损等问题，造成在接插件的接触部位和端接部位出现接触不良的现象。使得UPS工作异常，从而影响电力系统运行的可靠性。为解决这一问题，使连接更加可靠，本例采用4个螺钉锁紧的镀金插件，替换原有电路板中的26个插拔式插件，整体插件的数量由26个减少到4个，减少了22个。通过减少插件数量，将有效提高插件接触的可靠性，防止因频繁插接造成接触不良问题的发生。

3.2.4 改进辅助电源设备

原UPS的辅助电源设备安置在电路的控制板区域。由于控制板部分区域温度较高，在长期供电过程中，元器件的整体性能将不断下降，造成输出纹波较大，对整体供电效果和信号驱动产生不良影响。对此，本研究选择优良的辅助电源模块作为改进策略，整体电源包括交流220 V和直流240 V两路输入。在输入电源进行切换时，整体供电自由切换不断电。此外，该辅助电源模块采用全金属材质，具有极高的可靠性。

4 结 论

通过文中研究可以看出，UPS电源技术的性能和可靠性极为重要，在各类大型场所和特殊区域的电力系统中有着广泛的应用。采用UPS电源技术能够保障电力系统的可靠性，消除电网因故障带来的影响，在特殊区域通过改进UPS电源技术，还能够有效延长电力设备的使用寿命，保证电路和电子检测系统的可靠稳定，提高设备的散热性能和抗干扰能力，使电力系统运行在比较安全的环境，满足人类社会用电的需求，推动电力行业蓬勃健康发展。