杨涛
引言
随着人们对生活品质要求的提高，家庭、办公室、工厂等均朝着信息化、自动化的方向发展。与此同时，人们对高品质电力的需求也在日益增加。尽管UPS技术的发展不像计算机技术那么迅猛，但也是今非昔比。早先的UPS电源使用飞轮等惯性系统来达到输出电压的稳定，市电掉电后的输出维持时间很短，并拌有很大的噪声。
UPS技术发展到今天，其功能已经从最初单纯的供电发展到今天的多功能并举。现在的UPS不仅可以在计算机无人值守时定时开机关机，也可以在市电发生异常后通知计算机，还可按事先约定的顺序关机，甚至还拥有通过联网及远程通讯进行远程监控的能力。目前UPS发展的趋势是朝向网络化、特色化、智能化的方向发展。
UPS产品类型
从UPS的发展历史来看，UPS产品经历了两个阶段:旋转式UPS和静态变换式UPS。旋转式UPS由整流器、电池、直流电动机、柴（汽）油机、飞轮和发电机组成。在市电供电情况下，电动机带动飞轮和发电机给负载供电；当断电后，由于飞轮的惯性作用，会继续带动发电机的转子旋转，从而使发电机能持续给负载提供电源（电能-动能-电能），起到缓冲的作用，同时启动柴（汽）油机。当油机转速与发电机转速相同时，油机离合器与发电机相连，完成从市电到油机的转换。这是UPS的较早的形式，尽管其维护简单，也比较稳定，但系统庞大，操作不便，而且效率低，噪声大，电力品质不高。技术条件的限制迫使人们不得不采用这种最简单的解决方案。
随着电脑网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量应用，旋转式UPS已难以满足人们的实际需求。因此随着电力电子技术的发展，另一种形式的UPS—静态变换式UPS便应运而生了，这是我们目前最常见到的UPS类型。从技术上讲，静态式UPS分为三类：后备式（OFF
LINE）、在线式（ON LINE）和在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）。
后备式UPS电源一般使用的是工频变压器来进行能量传递的，电源笨重而且体积大。后备式UPS电源的功率变换主回路的构成比较简单，主要由滤波电路和多抽头变压器组成，滤波电路可对市电中的干扰起到一定的抑制作用，多抽头变压器则可以起到电压调节的功能，使UPS电源的输出电压在市电发生波动时也能维持稳定。后备式UPS电源的稳压精度没有在线式的高，但是完全可以满足一般的应用需要。市电正常时，UPS一方面通过输出变压器稳压后给用电设备供电，另一方面通过充电回路给后备电池充电，当电池充满时，充电回路停止工作，在这种情况下，UPS的逆变电路不工作。当市电发生故障，逆变电路开始工作，后备电池放电，在一定时间内维持UPS的输出。可见UPS存在一个从市电供电到电池供电的转换过程，这种转换一般是通过继电器来实现，因此会有转换时间，切换期间UPS的输出会出现瞬间掉电的现象。不过转换时间很短，一般只有几个ms，并不会影响到计算机的正常工作。出于成本考虑，后备式UPS电源工作在逆变状态时输出电压波形失真比较大，廉价的系统电压输出波形多是方波，做得好的可以实现正弦波输出。后备式UPS电源在市电供电时具有很高的效率，这一点是显而易见的。
在线式UPS电源一般采用双变换模式。市电正常供电时，交流输入经AC/DC变换转换成直流，一方面给蓄电池充电，另一方面给逆变器供电，逆变器自始自终都处于工作状态，将直流电压经DC/AC逆变成交流电压给用电设备供电。这样的工作模式带来的好处是：对外界电网的各种干扰起到了很好的隔离作用，交流输出波形“干净”（不带任何干扰，接近于标准的正弦波），波形失真小，一般该类UPS电源的波形失真系数都能做到3%以下，而且输出电压的电压稳定度和频率稳定度都很高。另一方面当UPS电源从市电供电转换到电池供电时其转换时间几乎是零，这种转换时间是我们通常意义上所说的UPS转换时间。不过在线式UPS电源也存在另一种转换时间，那就是当蓄电池电压低于允许值以下或逆变器有故障时，会发生由正常供电方式向由市电直接旁路供电方式切换的过程，这种切换是通过继电器来实现的，因此也存在转换时间，显然这是一种故障状态，与通常意义的转换时间是不同的。
绝大多数在线式UPS电源都采用的是高频变换技术，能量的变换也都使用的是高频变压器来完成的，这些电源都具有体积小、重量轻、噪声低的特点，但有的在线式UPS电源仍然使用的是工频变压器，其线圈工作在高频，磁芯却工作在工频，这种产品笨重，体积大。同样是15分钟的延时时间，3kVA的输出容量，使用高频变压器的产品的重量只有使用工频变压器的产品的三分之一，体积也只有五分之一左右。在线式UPS电源在市电正常时一般都存在两次能量变换过程，有的产品还是三次变换。由于每次能量变换都不可避免地会有能量损耗，因此正常工作时，在线式UPS电源的整机效率要比后备式的低。不过在线式UPS电源在为用电设备提供不间断供电的同时，大大地改善了电源的供电质量。
在线互动式UPS电源也称之为三端口式UPS电源，使用的是工频变压器。从能量传递的角度来考虑，其变压器存在三个能量流动的端口，端口1连接市电输入，端口2通过双向变换器与蓄电池相连，端口3接输出。市电供电时，交流经端口1流入变压器，在稳压电路的控制下选择合适的变压器抽头接入，同时在端口2的双向变换器的作用下借助蓄电池的能量转换来共同调节端口3上的输出电压，以此来达到比较好的稳压效果。市电掉电时，蓄电池通过双向变换器经端口2给变压器供电，维持端口3上的交流输出。在线互动式UPS电源在变压器抽头切换的过程中，双向变换器作为逆变器方式工作，蓄电池供电，因此能实现输出电压的不间断，同样在由市电供电到电池供电的切换过程中也能做到没有转换时间。
在线互动式UPS电源的电路实现简单，没有单独的充电器，带来的是生产成本的降低和可靠性的提高，另一方面这类产品在市电供电工作时也不存在AC/DC、DC/AC的转换，使整机效率有所提高。可以说在线互动式UPS很好地结合了后备式UPS和在线式UPS的许多优点，是一种很不错的变换形式，但是由于在线互动式UPS使用的是工频变压器，同样有笨重、体积大的问题。
UPS新技术
APC Surge Arrest浪涌保护器是APC公司专门向中国市场提供的一个解决电源浪涌问题的电源保护产品。该系列产品提供交流电源的浪涌和抑制功能/电话线浪涌功能以及100Base-T和10Base-T数据的浪涌保护功能。这些过高的电压浪涌冲击可造成交流线路/通信线路所连接的设备损坏，该浪涌保护器可通过限制电压的波动小于设备允许的电压输入波动范围来为个人/企业级用户提供最大限度的保护。Back-UPS系列产品是APC
公司专为保护台式机、工作站和小型网络节点所设计的不间断电源产品，具有设计小巧、功能全面、电池热可更换等一系列特性。APC
Back-UPS AVR 500是专为中国用户设计。该产品适用于电力供应不稳定环境中的商业计算机用户提供持续的运行时间。Matrix系列UPS产品是对数据中心的先进模块化电源管理。采用革命性的100%运行状态下的热插拔模块化设计，通过增加由微处理器控制的SmartCell电池箱的数目，快速简便地增加运行时间和可靠性。其液晶显示控制面板提供了方便友好的人工控制界面；内置SmartSlot附件槽，支持SNMP管理和其他扩充管理功能的特性。APC的Symmetra电源阵列却率先将“冗余”和“阵列”技术成功引入UPS领域，从而将UPS的综合性能提高了4倍，将可用性由原先的95%提高到99.99%，实现了UPS技术的一次质的飞跃。APC的Silcon
DP300E系列UPS适用于大型数据中心及相关设备的保护，是采用电压补偿技术的第四代UPS产品家族中的代表性产品。该系列产品采用了DELTA变换技术，使得DP300E系列UPS具有最高的效率（效率最高达97%）和最强的输出能力。同时，内部功率因数控制电路的应用，使输入功率因数近似恒等于1，这意味着将不需要额外的相位补偿装置，减少了设备投资。
山特公司推出的分别针对个人PC、上网PC和稳压型上网PC的TG系列、PRO、MT产品，在制造工艺上采用新型的SMD表面粘贴技术，将PC板上的电阻、电容、三极管等元件改为SMD贴片，节省空间，减少干扰，布线更加合理，进一步提高了整机的可靠性；并且移植了山特在线式UPS的PWM高频技术，实现了40kHz工作频率的技术飞跃，使得整机的体积和重量大幅下降，产品小巧玲珑，可以直接摆放在电脑旁。产品一上市就得到了用户的认可。
山特在线互动式InterPower系列UPS—N1000/N1000（S），在为用户提供稳定、纯净电源的同时，还提供了轻松上网智能管理网络电源的功能，令用户的电力环境随时在掌控之中。
山特公司推出的MT1000型UPS是专门针对高档工作站用户的需要而设计的网络型UPS。MT1000的电压输入范围达162~286V，特别适用于电力环境恶劣的地区，同时它也可以搭配发电机使用。该产品具备有1600VA的稳压输出能量，并可自动调节输出电压，除了保护电脑设备外，还可外接打印机或扫描仪等设备，避免了复杂的外部连线，并可对设备进行突波保护。MT1000共具备6个国标、美标共用插座，可以适应多种规格的电源插座；并采用了先进的CPU集成控制技术，可以更加准确可靠地侦测断电、断路、过载、高低压、突波等电力状况，当UPS超载后，只需重新按下RESET按钮即可，可以很快恢复到正常工作状态，不需要更换保险丝。MT1000同时还配有RJ45/软件1网络保护接口，提供网络缆线或外接Modem，对上网设备进行突波保护。除此之外，MT1000更具备了DB－9P电脑通讯接口，搭配WinPower98软件可进行自动存盘、关机等工作，并对UPS使用情况进行监控管理。
梅兰日兰是第一家基于微软的新HID（人机界面装置）协议提供电源管理软件的制造商。HID拟定作为任何装置同Windows
2000接口的标准协议。
将HID和USB（通用串行总线）相结合，用于梅兰日兰最新制造的UPS机型上—它完全可以作到即插即用，而且提供系统化的特性装置，达到优化电源的使用和最大限度的数据安全。针对梅兰日兰最新的UPS机型，Windows
2000包含一个电源软件，自动安装驱动器，使UPS的功能与电池组之间的后备时间作到无缝。
作为UPS技术的领先者，梅兰日兰在UPS新产品的研究和开发上加大力度，确保向用户提供品质一流的产品。梅兰日兰的新产品遵循新的开放式协议，减少了过去的不兼容性，并且同目前流行的操作系统达到最高水平的集成。为此，梅兰日兰选择了HID协议，该协议的设计主要是面向计算机输入装置的，例如鼠标、键盘等，但它还理想地适用于管理电源装置，例如，电池的后备时间或UPS。梅兰日兰与微软合作开发的具有电源管理等级的HID协议，将会在所有的梅兰日兰新产品中实现，最先的应用是在新推出的蓝星
Pulsar Ellipse中。
梅兰日兰 UPS SYSTEMS采用了新式液体冷却技术，充分保证了SIIM器件的性能发挥和运行可靠性。它所选用的冷却液体满足严格的环境保护标准，具有10年以上的使用寿命，比UPS中的其他器件具有更长的使用寿命。例如直流电容往往只有5年的使用寿命。封闭式的液冷系统装有液泵以保证冷却液以常压在冷却器中循环。冷却系统还包括液体-气体热交换器和风扇。这种结构设计保证了SIIM器件在安装底座上的直接冷却，因此降低了器件接触表面的运行温度，从而延长了器件的使用寿命。应用这项技术于电力电子技术领域，实为MGE
UPS SYSTEMS首创，用户将从这种技术中获得丰厚的收益。
德国西门子公司是世界上最早生产UPS的少数厂家之一。从最早的动态型、静态型到现在的智能化静态型UPS，西门子一直都是该领域的先行者。其主力产品S系列UPS是西门子最新一代UPS系统，它外型设计优雅，内部结构精密严谨，品质卓越，具有很高的可靠性和智能化程度，西门子S系列UPS有以下几个特点：真正在线式，绝对电气隔离的双重变换IGBT高频技术；世界最先进的全数字化技术和特有的模块化设计；高度的可靠性，MTBF可达26万小时；独特的蓄电池管理系统，使电池寿命延长40%；强大的并联功能，相同容量8台可直接并联运行，最终容量可达2400kVA；提供多种通信接口，监控软件可运行于目前任何操作系统的网络中，实现真正的智能化；电抗性损耗接近零。
台达UPS是目前所有UPS厂家中产品线较长的一家。从后备式500VA、1000VA到160kVA全系列，台达UPS都有各自的特色，特别是三相T系列UPS，采用先进的多组CPU智慧型控制，提高了系统的可靠度。智慧型微处理器控制的多国语言图形化LCD显示使UPS更易于操作；电源管理软件“电力管理大师”UPSentry用一台PC可以监控31台UPS，同时可以通过局域网、广域网或Internet进行控制。SNMP适配器提供UPS远端控制及状态监视的网路管理能力。
爱克赛新一代UPS产品在网络保护和数据稳定传输方面都有新的突破，并极大地降低了数据传输的误码率，确保了网络系统正常运行。拿Powerware
9110系列产品来说，因具有超宽的输入电压范围，即使在极端恶劣的市电环境下，Powerware 9110也能完全正常地工作，大大减少了电池的放电次数，从而有效地延长电池使用寿命。Powerware
9110独具开机检验功能，事先排除故障隐患；领先的智能化设计更使Powerware 9110独具频率自选功能，无论是50Hz电网还是60Hz电网，Powerware
9110都能够自动适应。与同类产品相比，Powerware 9110具有极强的抗干扰能力，电磁兼容性达到EN50091-2ClassB级。Powerware
9110附带有功能强大的电源监控软件 LanSafeⅢ，它能适应各种操作系统，并且能够跨平台工作。当输入电源发生故障时，在LanSafeⅢ软件的调控下，UPS会按照用户预置的顺序自动执行数据存盘，然后再关机，从而使用户的系统得到有效地保护。
此外，其Powerware 9315独特的热同步直接并机技术，使各UPS单机之间无需通讯电缆连接，就可以实现并机的“均流”控制。对于并机系统中的各台UPS，它们都处于完全“平等”的调控状态中，每台UPS能独立完成同步跟踪和均分负载等并机调控功能，从而除去了系统级的单点故障“瓶颈”现象，环流几乎为零。为确保电池的有效使用寿命，Powerware
9315配置具有完善的智能化电池管理系统，独特的电池测试维护软件。利用DC Expert的“自诊断”定时监控功能使用户对电池的维护进行预先策划，从而避免再发生市电停电事故时，因电池损坏而引起负载供电中断的重大事故，提高整机供电系统的可靠性。
Powerware 9315采用易看和易操作的大屏幕液晶显示屏（30行，每行80字符），借助于人-机对话型的菜单操作随机记录UPS运行状态，提供可靠的原始数据和UPS系统运行统计资料，便于分析故障原因。该机同时向用户提供RS232和RS485接口、一组继电器干接点输出接口和一组“用户自定义”报警信号输入接口等四种通讯接口，再配置上爱克赛公司提供的电源监管软件，就可以实现远程集中监控。Power
Vision软件提供了预先报警的功能，而ForeSeer软件通过SNMP为用户提供全方位的企业管理。
科华公司自主开发的多模式充电技术，通过对电池充放电的科学管理达到降低电池损耗、延长电池寿命的目的。其自主研发的KELONG牌POWERSOFT多平台电源管理软件，能适用于多种系统操作平台，例如：WINDOWS各版本、Novell
Netware各版本、SCO UNIX、MS-DOS、Artissoft LANtastic、Microft LAN Manager等多种流行操作系统或专用操作系统。运用该系统通过计算机可实时监控UPS的运行状态。此外科华网络型UPS配有RS232接口，且支持SNMP网络适配器，其中大功率UPS还配有RS485接口。通过这些配置可实行自动寻呼、发送E-mail、语音、语效功能，UPS远程开关机等多项功能。
科华公司结合智能化管理系统设计了专门的长延时充电器，因而KELONG牌长延时机型可任意配置电池延长供电时间，增加备份工作时间。科华公司采用先进的功率器件，例如KELONG牌FR-UK系列和KR系列等在线式产品采用了第四代大容量功率器件IGBT。（该功率器件既降低了UPS对电网的各种谐波干扰，又提高了UPS对各种高波峰比脉动负载的适应性；SPWM逆变器设计了独特的三重过流保护技术，逆变器的平均无故障时间MTBF达10万小时以上）。此外，科华公司智能型UPS采用高性能微处理器作为控制核心，全数字化处理UPS的核心控制。
由德州仪器公司（TI）开发，领先的服务器端UPS生产厂商科尔茂（Chroma）等厂商率先采用的数位信号处理专利技术（Digital
Signal Processing，简称DSP技术）是较具发展潜力的一种电源保护解决方案。随着用户对电源保护的要求越来越严格，在线式UPS产品也得到了长足的发展，此时改进UPS工作状况的角度不再是设备的工作模式，而是从集成化的角度来替换由电容、电阻和二极管的电路设计，这就是用DSP技术改善在线式UPS设计。科尔茂9100系列产品中引进了美国德州仪器的专利DSP技术，将数字技术成功地应用于UPS控制技术环节，从而简化了传统UPS设备制造方面的线路电路的设计，优化了产品本身系统的设计，从多个方面改善了设备的技术标准。
传统的在线式UPS设计零部件较多，所以产品的稳定度、可信度、反应速度等因素度比较差，在2~3年后，元器件受损，维修和维护都将变得难以实现；而采用DSP技术设计的新生代UPS产品数位化，零部件少，精确度高，核心部件的维护和维修更加容易。
追求电压的稳定性是所有UPS厂商的共同目标，在实际应用中断电、停电所造成的危害比电压的不稳定要小，所以苛刻的电压稳定要求是网络商务安全的核心。传统的在线式UPS的输出电压误差可达2%~3%，如此高的输出电压误差，对UPS本身易造成损害，导致效率差，部件寿命降低。科尔茂9100系列产品的输出电压误差为1%，更适合高精度的电源保护需求，电源的转换功率高。
设备间因负载变动产生的UPS输出失真使得电压值下降，设备电源供应器负担增加，功率损失而且产品寿命减少。输出失真造成谐波增加，容易干扰其他设备。传统的在线式UPS失真度为3%~5%，而科尔茂的9100系列产品的失真度小于2%。
传统的在线式UPS超载运行能力低，多数情况下不具备短路保护/短路自动切换等功能，而科尔茂9100系列产品适合各种形式负载启动时产生的超载情况。一般传统的在线式UPS在105%负载时最多可以维持10秒，而科尔茂9100系列产品在125%负载时可以维持1分钟.
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