UPS系统中的电源解决方案

UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒电压、恒频率输出的不间断电源系统。对于整个系统而言，各功能电路的工作电源的重要性是不言而喻的，因为一旦工作电源出现故障，整个装置就陷入瘫痪状态，正常工作就无从谈起，因此工作电源必须可靠、精确。

一、引言

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源系统，是一种含有储能装置（通常为蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒电压、恒频率输出的不间断电源系统。主要应用于要求设备24小时供电的场合，如通讯设备、计算机网络系统或其它电力电子设备等。当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内储能装置的电能，通过逆变转换的方式向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

二、UPS系统介绍及过程分析

图1是个非常典型的UPS在地铁中的应用，从上图中可以明显看到，该系统包含配电柜、UPS电源和外置维护开关，终端负载为各机电系统，如信号系统、通信系统、综合监控系统、自动售检票系统、自动列车监控系统等子系统。配电柜的作用是对用电设备进行配电和控制，在电路出现过载、短路和漏电时，配电柜还可以进行断电保护；外置维护开关主要是在维护检测过程中闭合，旁路掉UPS的电路，使电能从外置维护开关的电路上通过，实现了在保证后端负载能够得到正常供电的情况下不影响对设备的维护；在市电异常，配电柜断电的情况下，UPS电源通过储能装置给后端的设备供电。UPS的内部结构如图2，主要由五部分组成：电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲*不能消除，整流后的电压仍存在*脉冲。储能电池除可存储直流能量的功能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

下面结合UPS的内部结构，分析市电供电和断电两种状态下UPS的工作过程：

1、市电正常时，交流电通过主电输入端口，交流电输入经整流滤波变换成直流后，再通过SPWM逆变器逆变，然后交流电供给输出，最后通过逆变静态开关切换到用户负载，形成整个供电的通路。在UPS系统中，之所以在市电供电的情况下还需经过整流、逆变等电路，而不是直接由市电给后端的用户负载供电，其目的是提高供电、用电的质量。同时，通过整流后的直流也给予电池组充电，详细过程见图3，工作路线见图中的标示。

2、当市电异常（断电）时，主电输入端口已经没有电能输入，而是由电池输入，通过SPWM逆变器逆变出交流电供给输出，通过逆变静态开关切换到输出给用户负载，完成整个供电的通路。详细过程见图4，工作路线见图中的标示。