UPS系统运行方式与输入滤波器（1）
摘要：文中阐述了采用UPS供电的几种运行方式的接线及其在运行中的优缺点，重点分析了并机运行方式的不均分负荷方式和均分负荷方式动态特性。并对ＵＰＳ输入端功率因数和输入滤波器对发电机组的影响，进行理论分析提出相应的改进措施。
关键词：UPS 运行方式 动态特性 滤波器
1.概述
随着Internet的发展，数据中心对大功率ＵＰＳ和发电机的需求迅猛增长，因UPS是一种现代化的电源设备，作为一种不间断电源设备在其供电运行方式上，可根据用电负荷的特征及UPS的技术特性，组合出各种不同的不间断供电方式，在每一种组合方式中，还可以有各种不同的变化和差异，则可以派生出大同小异的多种组合方式。而具体采用那种组合方式，应根据负载的特征和对供电的质量及可靠性的要求来确定，以使所构成的系统具有高的性能价格比。
由于采用UPS供电的切换方式各异，其供电方式大致可分为有暂短间断和无间断两大类。采用无触点（如晶闸管开关）静态开关，虽可以将中断时间缩短到毫秒以下，甚至达到100μs以内，但在切换过程中负载上的电压将发生或大或小的波动，甚至有短暂的供电中断，如果希望做到无瞬变切换（或无扰动切换），则采用UPS与市电并机供电方式。本文就UPS几种运行方式的接线和优缺点分别加以论述。
2.UPS直接供电方式
如图1所示为一种简单的UPS不间断供电方式。在正常情况下，将市电变换为直流电后与蓄电池并联，然后再逆变为工频交流电供给负载。由于蓄电池处于浮充状态，故负载的电能实际上仍由市电电网供给，不过逆变器输出的工频交流，其频率稳定度、电压稳定度以及波形失真等均比市电好，故具有较高的供电质量。在这种系统中，如果市电突然出现故障，由于蓄电池的存在，可以维持负载的供电不致中断。然后启动油机发电机组对蓄电池进行充电，使整个系统可以连续工作，市电恢复后，则仍由市电对蓄电池进行浮充供电。
这种方式只能在市电中断时保证重要负荷的供电的不致于中断，然而一旦逆变器部分出现故障，对负载的供电即中断，所以此种运行方式的性能不够完善，但可获得稳压稳频或恒压恒频电源（CACF），在负载要求上述高质量电源时，是一种首选方式。
3.具有切换电路的UPS供电方式
实用的不间断供电系统，如图2所示；在这个系统中，在正常情况下，仍是将市电整流，然后逆变再有切换电路输出交流电供给重要负荷。一旦逆变器故障，则切换电路立即切换到市电向负载供电，这样无论是市电或逆变器故障，都可以保证对负载供电的连续性。
现在产品的切换电路均采用静态开关，为了使静态开关能顺利切换，通常都使逆变器输出的交流电压与市电电压的相位保持一致，在其控制电路中采用琐相环路电路，以使逆变器输出电压与市电电压同步。此种方式的主要缺点是，在静态开关切换过程中会有几十毫秒的供电中断，故不能满足在极为重要负载需要。
4.并机型UPS供电方式
为了解决静态开关切换过程中的负载上的电压波动及短时供电中断，选择并机型UPS供电方式，可实现无瞬变切换（无扰切换）。其框图如图3所示；此时，逆变器的输出电压与市电长期并联供电，在这种情况下，不论逆变部分故障或市电中断，负载上均不会有短暂的供电中断，也不会有显著的电压波动，在并联方式下，两者的电功率同时输送给负载，并保证逆变器输出的交流电功率不进入市电电网，而市电电网的电功率也不回串入逆变器。逆变器的输出电压也必须长期与市电电压锁相同步，是并联方式的基本条件。在逆变器与市电并联运行时，除了要求市电频率漂移不超过规定值外，还要求市电电压波动不要过大，若市电电压波动超过10%以上，应考虑加装自动调压装置，以使市电电压稳定后在输入给UPS。并机运行方式的负载分配有两种方式：
4.1.不均分负载方式
不均分负载方式（随机负载方式），在系统运行时，两者承担的负载功率是随机的，因市电电压往往在一天24小时内是随着日负荷变化有较大的波动的，当市电电压较高时，负荷大部分在市电侧，而当市电较低时，负荷主要由逆变器承担，在中间状态时，其负荷的分配也是随机的。在转换过程中，因并机时负荷主要由电压较高的一路来承担，设市电电压高于逆变器的电压，则此时如果市电停电，逆变器的负荷将由零或10%负荷率突升为100%负荷，此时逆变器输出电压将出现较大的电压跌落，为了解决应用中的这一实际问题，对市电不很稳定的供电网络，应将逆变器的输出电压略为提高，以使逆变器输出电压在任何时候均保持比市电电压高一个数值，这样逆变器可以一直承担不少于50%的负荷，以保证切换时的动态特性。
4.2.均分负载方式
所谓均分负荷方式系指在并机运行中，逆变器与市电均个承担50%的输出功率，其输出电压是市电和逆变器输出电压的平均值。采用这种方式在切换过程中的波动至多为逆变器由50%的负荷突变为100%负荷而引起的瞬间压降，这种压降一般是负载允许的。均分负荷的另一个优点是可利用市电低内阻过载能力强的特点，在某一分路负载发生短路时，可以瞬时给出甚大的短路电流，使相应的熔断器迅速熔断，从而使其他负载免受影响。均分负荷方式的供电质量高，动态特性好，但其价格相对也较高。
不论是不均分负荷方式和均分负荷，一旦逆变器故障，则市电可自动满负荷工作，反之若市电出现中断，逆变器也可自动满负荷工作。选择那种方式主要取决于负载对供电的质量要求，以使所设计的系统具有高的技术经济指标。