UPS电源供电可靠性相关分析

UPS电源供电可靠性相关分析

刘立刚

（中国建筑技术集团北京100013）

摘要：在当前信息环境之下，对于信息系统的依赖远远超过人们的想象。然而在信息系统运行的过程中，虽然无源已经成为一个突出的技术方向，并且在数据传输领域有了长足的进展，但是从整个信息通信体系的角度看，电力仍然是不容忽视的重要能源。电力供给的稳定，直接决定了整个信息系统的稳定，因此不间断电源成为该领域的重要能源供给技术之一。

关键词：UPS电源；供电可靠性；措施

一、UPS设备运行原理

UPS设备中主要包括开关控制、储能、整流以及变换这四个部分。电源系统中电压的稳定性主要依靠整流器实现，所应用整流器通常为高频开关或者可控硅形式，在设备运行工作中其电流输出幅度可以根据外来电源实际变化情况进行调整。整流器的应用能够保证外电的变化基本不会对设备电流输出幅度产生较大影响。储能电池能够实现电压净化功能。电压中存在干扰脉冲，当电流经过整流器后，干扰脉冲无法被完全消除，会对系统供能产生影响。储能电池可以对直流电进行储存，并为整流器提供电能存储容器，使电容和电池实际容量呈正比状态。当电压位于电容两端位置时，通过电容器可以使脉冲干扰得到消除，避免，了电压的突变，使电压得到有效净化，避免了脉冲干扰问题。变换器为频率稳定性提供服务，在运行过程中，变换器的振荡频率影响着整体频率的稳定性。为确保UPS系统运行正常，提高其维护水平，在设备系统中针对不同环节设计了性能不同的开关。其中包括检修旁路开关、系统工作开关等。在UPS设备运行过程中，当电网系统电压处于正产状态时，在UPS设备供电的同时，也在对设备中储能装置进行充电;一旦系统出现停电问题，储能电源中的电能将成为系统供能设备，为系统运行稳定提供保障;若生产中设备可承受电压过大，则可以通过整流器调整电压，使其负载供电工作正常。

二、UPS电源供电的可靠性

从本质上看，UPS是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备，其作用在于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。除此以外，UPS的作用还在于实现为用电设备稳压，保持用电通信设备能够在平稳的电力能源环境下展开工作。

一个典型的UPS系统包括整流回路、充电回路、蓄电池、逆变回路、自动旁路开关、手动维修旁路开关等几个主要部分。普通的交流电源经过整流回路转化成为直流电，并且选择性向蓄电池充电，同时经逆变回路输出PWM型正弦波电源。

UPS有两个输入源，但是输出只有一个。此种状况导致整个UPS的故障比例增加，即当UPS发生故障的时候，即便是存在两个输入源，也无法保证DCS的持续供电。同样的情况还会发生在UPS系统检修的时候，如果发现UPS运行异常，必然需要停止运行实现检修，而无法单纯通过电气隔离的方式检修，这样必然会影响到电力输出。针对UPS的这种不足，当前比较常用的优化方式，包括UPS的配置方式优化以及静态开关与UPS电源组合供电的方式两种。对于前者而言，具体包括了UPS电源的分散配置和集中配置两种工作方式。分散配置模式多用于DCS控制系统距离偏远的情况，采用单独的UPS电源系统进行供电。相对于此种工作方式而言，集中配置方式更多用于由UPS来面对处于集中状态的DCS控制系统实现供电，或者在需要较高保障的电力环境中进行供电，如果电源重点会给生产装置带来比较大的影响，诸如会造成恢复时间长，或者难以恢复，以及带来设备事故乃至于人身伤害的情况，则多考虑采用UPS电源集中配置方式展开供电。此种模式能够提供较高保证，但是对于分散配置所面对的应用情况而言，反而会因为输出电路过长而容易发生故障。在集中配置模式之下，多台UPS电源之间通过通信保持同步，当其中一台发生故障的时候，其他UPS将对既有负荷进行优化承担，保证连续供电。而静态开关（STS，StaticTransferSwitch）的参与，则是在不同型号的UPS电源系统无法实现有效的通信，并且进一步影响到同步水平的时候发挥作用。STS能够将两台UPS进行组合，达到冗余运行的供电效果。在系统构造中，STS安装在多台UPS以及DCS之间，保持多台UPS之间的协调工作。从技术层面看，STS为电源二选一自动切换装置，主要元件为快速晶闸管，以先断后通的控制方法，在1/4周波的时限内完成不同电源切换，从而实现无间断供电。

在UPS电源系统应用的领域中，其自身元件、工作环境以及负载状况等因素，都会影响到UPS电源系统故障率和稳定水平，因此在选型和安装的时候，尤其应当从实际情况出发进行合理抉择。例如对于单台运行的UPS电源，在确定型号的时候，应当保持其额定电流超过复杂电流基准20%-30%水平。而对于集中配置模式之下的UPS电源系统而言，则首先需要注重合理分配负载，实现其输出三相负载平衡。还应当定期对UPS蓄电组件展开充放电试验，确认电池容量和工作水平，延长电池寿命。对于服役超过十年的UPS电源系统，则应当加强关注其工作状态，合理确定淘汰更新时间。加强通信接口板的引入，当UPS电源工作发生异常的时候，能够及时将异常信息反馈给对应的工作人员，在最短时间内恢复UPS电源系统正常。并且在实际布局中，还可以考虑从UPS输出电源母线由多个断路器向不同的DCS控制系统和应急操作电源供电，缩小DCS电源线路故障停电影响范围。

三、可靠性指标分析

在对构建的UPS所给出的三种供电方案中，为了能够以科学的手段对其进行对其进行评估，所以对其进行数学建模来进行稳定性的分析。在对其进行数学建模的过程中，首先可以将其内部分解为多个模块，包括了电源、发电机、输入母线、自转化开关、整流、滤波等十三个模块。这样在实际的观察中我们可以发现，当正常系统在供电过程中，是通过发电机和电源直接对UPS进行输送电，当UPS一旦出现了问题后就会自动的进行切路供电。

UPS蓄电的分析。在针对于UPS供电中最主要的一个环节供电环节进行分析的过程中，主要是对其蓄电池的充放电过程进行仔细的分析。一般UPS蓄电池的状态主要分为五种形态进行展示。第一个形态为正常状态，当蓄电池在正常状态下时，其工作状态应该是出于一种充电的状态，电池的规模保持为一种浮电的转台。第二种形态为放电状态，在这种形态下，一般出现的主要原因就是因为幕先出现了问题导致没法通过母线对负载进行直接的供电，所以在这过程中为了保证系统的持续运行，UPS中的蓄电池就需要消耗自身平时所累积的电量，也就是将一种化学能转换为电能的方式。最后就是蓄电池处于失电状态，失电状态就是指蓄电池自身的所储备的电量不足而导致了输出的电压小于负载的需求电压，从而造成了失电状态。在使用UPS过程中是还有两个状态分别为UPS蓄电池的故障状态，比如说因为用时教程造成的损坏，造成了UPS在进行放电的过程中出现了故障，所以为了避免这一现象还需要添加一个检修状态。

四、结论

科学技术的发展使各个系统都得到了极大进步，系统得到升级，其系统规模扩大。为确保系统运行稳定安全，需要针对电源系统进行完善。UPS设备在各系统中的应用实现了不间断供电，使电源供电能力提升，为系统运行质量的提高提供了良好条件。应用有效措施实现UPS设备的正确使用与维护，能够使设备使用寿命延长，提高运行质量，避免运行故障的出现，使供电更加稳定可靠。

参考文献

[1]张波,黎燕,张睿.UPS电源系统的原理和维护[J].自动化与仪器仪表,2016(12):168-169.

[2]马志雨.不间断电源UPS原理、使用及其维护检修[J].科学与财富,2016(6).