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? ? ? ?UPS技術(shù)是在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新發(fā)展的。新一代UPS在設(shè)計(jì)中采用了一系列的高新技術(shù)，其總的發(fā)展趨勢(shì)是逐步向小型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和具有長(zhǎng)延時(shí)方向發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步，UPS技術(shù)在不久的將來(lái)也將開(kāi)辟一個(gè)更新的領(lǐng)域。
? ? ? ?新技術(shù)在UPS中的應(yīng)用
? ? ? ?1.新功率器件
? ? ? ?采用絕緣柵雙極型晶體管作為逆變功率器件，其主要特點(diǎn)如下:
? ? ? ?①大大降低逆變器換流損耗以及交流濾波器的損耗，因此逆變器的效率得以提高，整機(jī)效率可達(dá)94%-96%。由于IGBT的開(kāi)關(guān)頻率為20~50kHz，明顯提高了逆變器的性能,使輸出電壓諧波含量大為減少(小于1.5%)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。
? ? ? ?② IGBT屬于電壓控制器件，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，同時(shí)它有正方形的開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)，并有高的峰值電流容量，使逆變器的可靠性進(jìn)一步增加。
? ? ? ?③由于IGBT逆變器的高頻化，輸出交流濾波器的尺寸進(jìn)一步減小，損耗也相應(yīng)減小了，使整機(jī)體積更小、噪音更低。
? ? ? ?④可靠性高，壽命長(zhǎng)。
? ? ? ?2.微處理器數(shù)字技術(shù)
? ? ? ?控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)及模擬量計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，即通過(guò)主/協(xié)結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)控制。系統(tǒng)由整流/充電器、逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)3個(gè)協(xié)處理器單元和一個(gè)模擬量計(jì)算機(jī)單元承擔(dān)其所有的數(shù)據(jù)采集、模擬運(yùn)算和功能調(diào)整等工作，然后送到主處理器進(jìn)行集中控制、綜合處理、記錄存檔和顯示處理信息。借助這種計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，充分發(fā)揮其系統(tǒng)硬件和軟件的優(yōu)越性，提高UPS實(shí)時(shí)控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)的能力。
? ? ? ?其數(shù)據(jù)采集是通過(guò)霍爾傳感器以及的高速A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，納入?yún)f(xié)處理器和主處理器通道來(lái)實(shí)現(xiàn)的.根據(jù)UPS功能和用戶需要，這些信號(hào)將用來(lái)實(shí)現(xiàn)UPS的控制、調(diào)整、監(jiān)測(cè)和保護(hù)等功能。
? ? ? ?分布在UPS三大部分中的霍爾傳感器主要采集以下兩類信號(hào):
? ? ? ?①開(kāi)關(guān)信號(hào):主要反映各部件開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)及熱繼電器等的工作狀態(tài)。
? ? ? ?②模擬信號(hào):反映輸人/輸出電壓、電流、頻率以及充電電壓、電流等參數(shù)。
? ? ? ?(1) 高速數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)
? ? ? ?UPS控制系統(tǒng)中，采用計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)處理的主/協(xié)結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，采用數(shù)字控制診斷軟件，實(shí)現(xiàn)高速A/D, D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì).UPS運(yùn)行異常往往反映在各主要波形的異變上，因此，對(duì)于各點(diǎn)取樣的模擬信息須先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后由驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制。
? ? ? ? (2) 控制和診斷軟件
? ? ? ?控制軟件具有各類信號(hào)的采集、處理以及運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整和管理功能。診斷軟件是故障診斷的專家系統(tǒng)。UPS出現(xiàn)異常后，該系統(tǒng)能迅速對(duì)故障進(jìn)行診斷、推理，判明故障部件，通過(guò)顯示器(或燈光、聲音)報(bào)告給使用者以便維修，同時(shí)自動(dòng)記錄信息，生成信息檔案。
? ? ? ?3.蓄電池自動(dòng)測(cè)試與維護(hù)技術(shù)
? ? ? ? 蓄電池是UPS的儲(chǔ)能裝置。由于蓄電池故障引起UPS系統(tǒng)故障的比例較高，所以對(duì)蓄電池的測(cè)試及故障診斷顯得尤為重要。蓄電池測(cè)試維護(hù)軟件定期自動(dòng)檢測(cè)蓄電池性能參數(shù)，為使蓄電他處于良好的工作狀態(tài)，每隔一定時(shí)間就會(huì)中斷UPS交流輸人，使蓄電池組帶載放電，激活惰性.保持蓄電池組原有容量。在蓄電池放電時(shí)，測(cè)試維護(hù)軟件自動(dòng)檢測(cè)蓄電池后備容量和電壓，并將檢測(cè)參數(shù)顯示在顯示屏上.當(dāng)蓄電池組容量下降10%時(shí)，自動(dòng)結(jié)束測(cè)試，以免過(guò)放電。
? ? ? ? 4.并聯(lián)冗余技術(shù)
? ? ? ?后備式UPS的基本原理是:當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí),負(fù)載能量主要由電網(wǎng)提供，UPS只是對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行質(zhì)量調(diào)節(jié)，并且將電網(wǎng)提供的一部分電能經(jīng)過(guò)整流器、充電器存儲(chǔ)在蓄能部件中;在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的瞬間，系統(tǒng)將負(fù)載與電網(wǎng)隔離并改由內(nèi)部蓄能部件經(jīng)逆變器向負(fù)載供電，從而避免了關(guān)鍵負(fù)載因供電的突然中斷而造成損失。因此，UPS內(nèi)部整流、逆變和蓄能三種功能部件是必不可少的。蓄能部件有轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪、鉛酸蓄電池、燃料電池、超導(dǎo)線圈等，其中鉛酸蓄電池仍是當(dāng)前UPS的主流蓄能部件。整流器、逆變器都由電力電子元部件構(gòu)成的，經(jīng)歷了晶閘管、電力晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管和IGBT等幾個(gè)主要發(fā)展階段。
? ? ? ?要提高關(guān)鍵負(fù)載供電的可靠性，一***先須提高UPS自身的可靠性。由于上述三種主要功能部件都是比較脆弱的，除了電路設(shè)計(jì)上元部件參數(shù)要留有相當(dāng)?shù)挠嗔客?，在電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)保護(hù)方面須采取一定措施。通常在UPS內(nèi)部都設(shè)有電壓、電流快速檢測(cè)電路，通過(guò)控制進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流的快速保護(hù)。顯然，當(dāng)UPS自身進(jìn)人系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)不應(yīng)使負(fù)載供電中斷，為此在系統(tǒng)內(nèi)部另設(shè)有旁路通道。該旁路通道具備三個(gè)作用:一是當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)局部短路等過(guò)負(fù)荷時(shí)，為保護(hù)UPS的逆變器，將負(fù)載切換到旁路通道、由電網(wǎng)直接供電，清除負(fù)載故障點(diǎn);二是當(dāng)UPS逆變器自身出現(xiàn)故障時(shí)，將負(fù)載切換到旁路通道，由電網(wǎng)直接供電，此時(shí)旁路通道相當(dāng)于向負(fù)載供電的冗余通路;三是當(dāng)電網(wǎng)電壓比較理想時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)人旁路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，降低逆變器運(yùn)行的功率損耗以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。所以，通過(guò)UPS向負(fù)載供電不但可以確保當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)負(fù)載供電不會(huì)中斷.而且可以確保負(fù)載供電的品質(zhì)。
? ? ? ?顯然。無(wú)論何種原因使UPS進(jìn)人旁路通道供電，負(fù)載都將直接暴露在電網(wǎng)電壓之下，若電網(wǎng)電壓質(zhì)量較差，對(duì)負(fù)載的危害是不言而喻的。
? ? ? ?提高UPS系統(tǒng)的可靠性與可用性可以通過(guò)并聯(lián)冗余方式解決.所謂并聯(lián)冗余系統(tǒng)是指參與并聯(lián)運(yùn)行的各UPS單機(jī)在系統(tǒng)中具有同等的地位，共同分擔(dān)負(fù)荷，其中任意一臺(tái),單機(jī)出現(xiàn)故障，其他單機(jī)能自動(dòng)均擔(dān)多出來(lái)的負(fù)荷，而故障單機(jī)將自動(dòng)從負(fù)載母線上脫開(kāi)系統(tǒng).顯然，并聯(lián)冗余方式使系統(tǒng)的可靠性得到很大提高，對(duì)各單機(jī)的維護(hù)也變得非常容易，整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)可以在不中斷對(duì)負(fù)載供電的情況下進(jìn)行維護(hù)檢修，所以可用性也相當(dāng)高.應(yīng)當(dāng)指出，并聯(lián)冗余系統(tǒng)的主要目的是為了解決可靠性與可用性問(wèn)題，系統(tǒng)擴(kuò)容當(dāng)然可以通過(guò)這種途徑達(dá)到，但并不是主要目的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在UPS并聯(lián)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)方面所做的工作較多，大致上形成兩個(gè)主流方向:一是采用多臺(tái)UPS單機(jī)并聯(lián)的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，二是在一臺(tái)UPS單機(jī)內(nèi)部采用多個(gè)整流/充電器、逆變器相互并聯(lián)的模塊式并聯(lián)單機(jī)系統(tǒng)。無(wú)論哪一種并聯(lián)冗余系統(tǒng)，都須解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)間題。
? ? ? ?①并聯(lián)運(yùn)行的各單機(jī)或模塊的均流問(wèn)題。實(shí)踐證明。并聯(lián)單機(jī)間的環(huán)流是造成UPS逆 ?變器故障的主要原因，這個(gè)問(wèn)題若解決不好，不僅可靠性得不到提高，而且適得其反。目前控制并聯(lián)系統(tǒng)中的各UPS的負(fù)載電流均衡的方法主要有電壓一頻率下垂特性控制法、主從模塊控制法、負(fù)載母線同步法以及有功、無(wú)功環(huán)流控制法等，模塊間的負(fù)荷電流不均衡性已可以控制在5%以內(nèi)。
? ? ? ?②模塊間的均流控制信號(hào)的可靠傳送問(wèn)題。模塊間的信號(hào)傳輸線實(shí)際上構(gòu)成了系統(tǒng)的故障瓶頸，電磁干擾或其他的物理毀損都會(huì)造成系統(tǒng)故障，所以，均流信號(hào)力求簡(jiǎn)單，要采取強(qiáng)抗于擾編碼技術(shù)，互連線越少越好。對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸現(xiàn)象的存在，可以采取均流控制電路冗余來(lái)消除。
? ? ? ?UPS并聯(lián)冗余系統(tǒng)的理想狀態(tài)是并聯(lián)一單機(jī)間無(wú)任何控制信號(hào)互連線，從而消除了并聯(lián)系統(tǒng)的故障瓶頸，國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的工作已取得一些進(jìn)展，有些已在產(chǎn)品中得到實(shí)現(xiàn)。
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? ? ? ?③熱插拔電路及接插件技術(shù).對(duì)于模塊并聯(lián)系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行組件的熱插拔以方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容和組件的維修。并可在不停機(jī)的情況下添加或減少組件。