第6章 不间断电源-(通信专业实务-设备与环境)教材
第6章 不间断电源
6.1 不间断电源概述
6.1.1 UPS功能与分类
1.UPS的功能
UPS的主要功能如下。
(1)双路电源之间的无间断切换。两路电源可通过UPS实现无间断切换。
(2)隔离干扰功能。在UPS中，交流输入电压经整流后，加入逆变器，逆变器对负载供电。这样可将电网电压瞬时间断、谐波、电压波动、频率波动以及噪声等电网干扰与负载隔离，既可以使负载不干扰电网，又使电网中的干扰不影响负载。
(3)交流电压变换功能。通过UPS,可以将输入电压变换成需要的电压。
(4)交流频率变换功能。通过UPS,可将输入电压的频率变换成需要的频率。
(5)交流电源后备功能。UPS后备功
能如图6-1所示。UPS中的蓄电池，储存一定的能量，市电间断时蓄电池通过逆变器可继续供电。后备时间可以为5min、lOmin、15min、30min、90min,甚至更长。
2.UPS分类
(1)按UPS配电方式(输入输出相数)
UPS可分为单进单出、三进单出和三进三出UPS。
(2)按UPS工作方式
UPS可分为后备式(Off Line)、在线式(On Line)和在线互动式(Line Interactive)。
①后备式UPS
当市电正常时，市电经滤波和抗浪涌无源滤波器后送给负载，同时充电器给蓄电池充电。市电中断后，逆变器启动，将蓄电池的直流电压转换为交流电压(即DC/AC变换)并送给负载。转换时间由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定，一般要求在10ms以内。这种UPS的特点是线路简单、价格便宜，但由于存在切换时间，输出容易受电网波动的影响，供电质量不高，精密设备不宜采用。
②在线式UPS
在线式UPS分为三端口UPS和串联在线式UPS两种。
三端口UPS.三端口UPS实际上是一种铁磁谐振稳压变压器。铁芯上有三个绕组：市电绕组、双向变换器绕组和输出绕组，核心部分是双向逆变器(整流逆变器)。市电正常时，双向变换器起整流器作用，保持负载的不间断用电并给蓄电池充电。当市电中断时，双向逆变器起逆变器作用，将电池的直流电压变成50Hz的交流电。这种UPS长时间后备供电有困难，其输入电压范围较窄，应用受到一定限制。
串联型在线式UPS.这种UPS在市电正常时，输入交流电先经输入滤波器滤掉电网中的污染，再经整流滤波后，给电池组充电，也给逆变器供电。逆变器输出稳压稳频的交流电供给负载。市电不正常或中断时，逆变器将蓄电池提供的直流电压变换为交流电压供给负载，实现不间断供电=当逆变器输出过压、过流或UPS出现故障时，能够自动关闭，并通过静态开关不间断地转换至市电供电。这种UPS的特点是线路复杂，保护功能和扩展功能较强，允许的市电电压和频率的范围较宽，可以
满足用户的较高要求，但价格较高。
③在线互动式UPS
在线互动式UPS是指在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作(即整流工作状态)，给电池组充电;在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此在线互动式UPS也有转换时间。同后备式UPS相比，在线互动式UPS的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波。
3.按逆变工作延时时间(逆变工作时满负荷条件下允许供电时间的长短)
UPS可分为标准机型和长延时机型。标准机型电池在UPS的腔体内，长延时机型电池需要外加电池箱(柜)。
标准机型能在电力异常时提供7-15min的后备时间，使得用电设备有足够的时间实施应急措施。在需要较长的后备时间的场合，可以选用具有长延时功能的UPS.
延长不间断电源的供电时间有以下两种方法。
(1)增加电池容量。可以根据所需供电的时间长短增加电池的数量，采用这种方法会造成电池充电时间的相对增加，同时也会增加相应的维护设备的数量、增大产品体积，造成UPSI通信专业实务--设备环境整体成本提髙。
(2)选购容量较大的UPS.采用这种方法不仅可以降低维修成本，如果需要扩充负载设备，较大容量的不间断电源仍可正常工作。一般长延时机型延时时间有0.5h、lh、2h、4h、8h等，可以根据设备需求进行选择。
4.按输出容量
UPS可分为中小容SUPS(lOkVA及以下)和大容量UPS(lOkVA以上)中小容量UPS包括后备式、在线互动式和在线式，大容量UPS-般为在线式。当设备需求容量大时，可以选用单机容量较大的UPS,也可以选择多台中小容量UPS进行并联冗余实现。
6.1.2 UPS基本工作原理
1.在线式UPS工作原理
在线式UPS由整流滤波电路、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、充电电路、蓄电池组和控制监测、显示告瞥及保护电路组成，如图6-2所示。在线式UPS的输出电压波形通常为标准正弦波。
市电正常时，输入电压经整流滤波电路后，给逆变器供电，逆变器输出经过输出变压器和输出滤波电路将SPWM波形变换成纯正弦波。同时，整流电压经充电器给蓄电池补充能量。在这种工作状态下，市电经整流滤波器、逆变器及静态开关给负载供电，并由逆变器完成稳压和频率跟踪功能。
当市电出现故障(中断、电压过高或过低)时，UPS工作在后备状态，逆变器将蓄电池的电压转换成交流电压，并通过静态开关输出到负载。
市电正常但逆变器出现故障或输出过载时，UPS工作在旁路状态。静态幵关切换到市电端，市电直接给负载供电。如果静态开关的转换因逆变器故障引起，UPS将发出报蝥信号;如果因过载引起静
态开关转换，过载消失后，静态开关将重新切换到逆变器端。
控制监测、显示告警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需的控制信号，并显示各自的工作状态。UPS出现过压、过流、短路、过热时，及时报警并同时提供相应保护。比如，负载发生短路时，保护电路很快关断逆变器，使其免受损害，静态开关也不转换到市电，短路消失后，逆变器重新启动，恢复供电。
在线式UPS中，无论市电是否正常，都由逆变器供电，所以市电故障瞬间，UPS的输出不会间断。另外，由于在线式UPS加有输入EMC滤波器和输出滤波器，所以来自电网的干扰能得到很大衰减;同时因逆变器具有很强的稳压功能，所以在线式UPS能给负载提供干扰小、稳压精度高的电压。
在线式UPS的特点总结如下。
(1)容量范围：几百伏安到几百千伏安(单机)。
(2)技术特征：输出正弦波，逆变器主供电，掉电转电池没有中断时间，对市电进行完全净化。
(3)结构：绝大部分采用高频变换技术，能量的变换也都使用高频变压器来完成，体积小、重量轻、噪声低。
(4)优点：对市电完全净化。
(5)缺点：价格比较贵，效率相对较低。
(6)适用场合：提供全面而彻底的保护，lOkVA以上UPS大都采用这种技术，适合大型数据网络中心和其他关键用电领域，如服务器及其他重要仪器、设备、控制系统等。
2.后备式UPS工作原理
后备式UPS原理框图如图6-3所示，后备式UPS与在线式UPS的差别是：没有输入整流滤波器，逆变器只由蓄电池供电，市电正常时，逆变器不工作。输出没有滤波器，输出电&波形一般为方波。市电正常时输出变压器起交流稳压器的作用。
市电正常时，UPS工作于市电旁路状态，转换开关切换到市电输入端，输入市电经转换开关接至输出变压器，然后给负载供电。市电变化时，通过继电器改变变压器的接点，可稳定输出电压。
市电出现故障(中断、电压过高或过低)时，UPS工作于后备状态。检测控制电路检测到市电故障后，启动逆变器并将转换开关切换至逆变器端，由蓄电池经逆变器给负载供电，逆变器输出波形为方波。负载变化时，逆变器通过改变输出方波的宽度实现稳压。
在后备式UPS中，市电正常时逆变器不工作，只有市电出现故障时，逆变器才启动。由于作为转换开关的继电器，需要一定的动作过程，因此由市电供电到逆变器供电或由逆变器供电到市电供电都有一段转换时间，一般为3-10ms.另外，后备式UPS是通过调节变压器的变化来实现稳压的，所以输出电压稳定度也比在线式UPS低。
后备式UPS的特点总结如下。
(I)容量范围：零至几kVA,多
为lkVA以下，且多为500VA。
(2)技术特征：多为准方波输出，对市电没有净化功能;逆变器为后备工作方式，掉电转逆变工作有时间间隔。
(3)结构：采用工频变压器来进行能量传递，电源笨重而且体积大。
(4)优点：价格便宜，结构简单，可靠性高。
(5)缺点：没有净化功能，稳压特性差，掉电切电池有间断时间。
适用场合：只能处理断电问题，仅适合比较简单、不很重要的环境使用，如办公或家用PC,不重要的网上终端等。
6.1.3 UPS组成电路
UPS通常由以下几部分电路组成：输入整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变电路、静态开关电路、控制监测显示及保护电路等。
1.输入整流滤波电路
UPS中，常用的整流电路有单相不可控和可控整流电路、三相不可控和可控整流电路。滤波器可分为电容输入或电感输入两种。电容输入滤波器输出电压较高，但要求变压器输出的峰值电流较大，且负载调整率较差。电感输入滤波器输出特性较好，但需要较大的扼流圈且成本较高。B前UPS中通常采用电容和电感组成的LC滤波器。
2.功率因数校正电路
UPS中，交流市电经整流后都采用大容量电容器进行滤波而且整流电路输出端还并联有蓄电池。在电容器或蓄电池充电期间将形成脉冲电流。该电流峰值很高，产生高次谐波电流并导致功率因数下降，功率因数校正电路可使电网输入电流变为与输入电压同相位的正弦波。
3.蓄电池组
蓄电池组是UPS的心脏。市电正常时，蓄电池充电，将电能转化为化学能并储存起来。市电中断时，UPS蓄电池中的电量维持逆变器工作。目前中小型UPS中广泛使用阀控铅蓄电池。长延时(4h或8h)UPS中，蓄电池的成本甚至超过主机的成本，正确使用维护蓄电池组，对延长蓄电池使用寿命关系极大，使用正确，阀控铅蓄电池的寿命可达10年以1上。
4.充电电路
UPS中，一般充电电路都是独立工作的，也就是说，即使不使用逆变器，只要将交流电源接通，充电电路就开始工作。充电过程中，首先采用恒流充电，当蓄电池的电压达到浮充电压后，即转为恒压充电，直到电池被充足。因此，充电电路一般有两个反馈冋路，一个作电流反馈，另一个作电压反馈。主电路一般采用开关型整流电路，为了缩短充电时间，各种快速充电电路在UPS中也得到了应用。
5.逆变电路
逆变器的作用是将市电整流后的直流电压或蓄电池电压变换成交流电压。在后备式UPS中，逆变器输出电压波形一般为准方波。在线式UPS中，逆变器输出电压波形多为正弦脉宽调制波(Sinusoidal
Pulse Width Modulation,SPWM)，该波形经LC低通滤波器滤波
后，可得到标准正弦波。
6.静态开关电路
静态开关的作用是保护UPS和负载，并实现市电旁路供电和逆变器供电的转换。UPS过载时，为了保护逆变器，当市电正常时，UPS通过静态开关将输出由逆变器转换到巾?电;逆变器出现故阵时，为了保证负栽不断电，UPS的输出也通过静态开关输出切换到市电。由于UPS内部一般都有同步锁相电路，同时静态开关转换时间较短，因此在转换过程中不会出现供电间断。小型UPS-般采用快速继电器作为静态开关，大中型UPS则采用反向并联的快速晶闸管作为静态开关。
7.控制、监测、显示及保护电路
UPS输出电压的精度、波形失真度以及工作可靠性均与控制电路密切相关。控制电路主要有SPWM产生电路、闭环调压电路、同步锁相电路等。为了使UPS可靠工作，还应具有较完善的保护电路，一般的UPS中都有电池电压过低自动保护电路、逆变器输出过载或短路自动保护电路、逆变器过压自动保护电路、市电电压过高自动保护电路、UPS延迟启动自动保护电路等。为了随时掌捤和了解工作状态和运行情况，UPS中还设有监测电路、显示电路及报替电路。
6.2 不间断电源的主要电路
6.2.1 UPS电源的输入整流电路
UPS电源的交流输入整流电路?般为桥式全波粮流电路，如图6-4所示。图6-4中整流电路采用可控晶闸管半控桥式电路，可通过控制晶闸管的导通角来稳定整流输出电压，并可作为电池组充电器。由于这种电路属于整流非线性电路，而且又采用移相式控制，所以输入谐波电流较大，功率因数低，这种输入电路一般用在lOkVA以下的UPS电源中。
另一种输入电路为升压斩波整流电路，如图6-5所示。阁6-5中整流二极管VD-VD4组成桥式全波整流电路，开关管VT,的PWM驱动是跟踪输入电流的正弦波控制，使交流输入电流波形为正弦波，谐波电流成分有很大改善，而输入功率因数接近于1。这种输入电路在UPS电源中应用较多，尤其是输出容：软3kVA-20kVA的笮相输入UPS电源多采用此种电路。
对于三相输入的UPS电源的输入电路一般采用6脉冲晶闸管相控整流器，如图6-6所示。对于输出端无隔离变压器的UPS电源，为了实现UPS电源输入与输出之间的隔离，在AC/DC整流输出与DC/AC逆变器输入电路之间采用了DC/DC变换器。输入与输出之间利用变换器的高频变压器进行隔离。
6.2.2 UPS电源的逆变电路
逆变器是双变换在线式UPS电源的重要组成部分，其直接影响到UPS整机的可靠性和输出电器指标的优劣。
大多数情况，我们希望UPS输出50Hz的正弦交流电，所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多
，主要有以下三种。
(1)阶梯波逆变器。由于逆变电路得到矩形波相对容易，我们可以利用不同相位的矩形波叠加的方式得到一个近似正弦波的阶梯波。阶梯越多，其所含正弦分量就越多。
(2)多脉冲调制逆变器。多脉冲调制法的基本原理是用一组等高不等宽的矩形脉冲等效正弦波。具体方法是将正弦波沿横轴分割为若干等份，每一个等份包含的正弦面积用一个相同面积的矩形波来代替，这些矩形波组成的半个周期波形便与半个周期正弦波等效。
(3)正弦脉宽调制(SPWM)逆变器。
下面就简单介绍一下正弦波PWM逆变器的工作原理，如图6-7所示。功率开关管构成全桥式电路的四个桥臂，输出电感L与电容C组成高频滤波器。全桥式电路的直流供电来自前级DC/DC高频变换器。当功率开关管VT,和VT3在PWM驱动下导通时，输出电流/01通过滤波电感L为负载供电而形成交流电压和电流的正半周，VT,与VT3关断时，电感L的储能通过负载、VD2电源S及VD4续流释放。负半周时，功率开关管VT2与VT4以PWM驱动方式导通，输出电流化2则以相反的方向流过负载，VT2与VT4关断时电感L的储能通过VD1、E、VD3及负栽续流释放。因此在一个周期内负载获得了交流供电。
这种电路中功率开关管VT1-VT4的驱动控制方式一般采用三角波与正弦波比较产生的PWM方式。
三角波与正弦波相比较而产生的PWM控制信号如图6-8(a)所示。由图6-8中可以看出正弦波与三角波经过电压比较器后所产生的PWM驱动信号的宽度与正弦波的幅度成正比，如图6-8(b)所示。当用此PWM驱动信号去控制逆变器中的VTi和VT3的通断时，可在全桥式电路得到与驱动脉冲宽度相等，幅度等于逆变器输入直流电压值的一串方波电压，此一串方波电压经过滤波电感L和电容C后，按照其调制脉冲宽度规律还原为与基准正弦波相近的波形。这种正弦波PWM逆变电路较多地应用于中大型UPS电源中，其工作频率一般在15kHz左右，提高工作频率有利于改善输出正弦波波形和负载动态响应。
UPS单相逆变电路可以有推挽式、半桥式和全桥式等，均用于中小型UPS系统中;大型UPS的逆变电路往往采用三相逆变电路。目前大功率三相UPS的输出端一般都带有隔离变压器，这种UPS与负载隔离，具有较好的短路特性。
为保证UPS电源安全稳定的工作，UPS中使用的逆变器不仅仅将直流电简单地变换为交流电输出，还应具有以下功能。
(1)保证UPS输出电压稳定。由于负载的变化、输入电压的被动以及元器件的老化等因素的影响，要实现UPS输出电压的稳定，UPS电源的逆变器应有自动调压的能力。在逆变器中，常采用移相控制的方法和脉宽调制(PWM)的方法
实现对输出电压的自动调节。
(2)大功率在线式UPS-般要求正弦波输出，所以在逆变器电路屮要加滤波器。如果逆变器输出波形中谐波成分较多，特别是低次谐波的含量大时，滤波器的电感量、电容量就要增大，导致滤波器的体积、重量增大，电路动态响应变坏。因此，在晶体管、场效应管逆变器中，多采用正弦波脉宽调制技术，通过提高开关管的工作频率减少谐波，或使逆变器输出阶梯波代替方波，来减少谐波分量。
(3)为了使UPS实现同步切换和并机运行，逆变器的输出交流电应与市电或并机运行UPS锁相同步，因此UPS逆变器输出交流电的频率、相位应方便可调。
(4)要求逆变器的效率要高，动态特性好，触发控制电路简单，元器件及材料消耗要少，并且维护容易，成本低等。
UPS交流滤波器应具有以下性能。
(1)输出电压中单次谐波含量和总谐波含量降到指标允许的范围内。
(2)在三相条件下，使输出电压不平衡度符合规定范围。
(3)使负载变化引起的输出电压波动小，且满足动态指标，同时要重量轻、体积小。
6.2.3 UPS电源的静态开关和锁相电路
1.静态开关
以在线式UPS静态开关的质量、切换性能的优劣以及在UPS电源整机中的工作环境是否能满足其要求，将直接影响UPS的可靠性。所以静态开关是UPS电源中的重要部件。
大多数UPS电源的静态开关是由两个反向并联的晶闸管组成的，如图6-9所示，其工作原理较为简单，当其输入端为正弦波电压正半周时，晶闸管VS,的栅极触发脉冲使V&正向导通向负载及提供正半周供电。当输入端电压为负半周时，晶闸管VS2承受正向阳极电压，乂&在反向阳极电压下关断，vs2的栅极触发脉冲到来时，vs2正向导通，负载及上流过与正半周相反的电流。
UPS电源中逆变器输出静态开关与旁路静态开关的并联工作方式如图6-10所示。当逆变器正常工作时，通过静态开关&为负载R供电，逆变器因故障退出供电时，静态开关关断，旁路静态开关导通继续为负载供电。这种静态开关与其检测控制电路配合使用，可使大中型UPS电源的逆变到旁路切换的时间达到1ms甚至更短。一般大中型UPS电源为了在主机检修时不中断对负载的供电而设置了检修旁路开关。
UPS电源逆变器输出静态开关、自动旁路静态开关和检修旁路开关的连接方式如图6-11所示。UPS电源正常工作时逆变器的输出静态开关灸导通为负载供电。当检修时先将逆变供电方式转为自动旁路供电，这种切换方式是UPS电源所必有的功能，所以切换时间极短而且可靠。切换到自动旁路后市电通过静态开关s2为负载供电，此时可将检修旁路开关&闭合与
自动旁路静态开关S2并联为负载供电。由于次与灸并联在同一相市电上，所以其输出必然同频率、同相位、同幅度。而后将自动旁路开关灸断开改为由检修旁路开关S1供电，UPS主机已完全退出供电，便可对UPS各部分进行维护检修。当恢复逆变器供电时，可将自动旁路开关52投入工作，而后把检修旁路开关断开，最后将自动旁路供电状态切换为逆变器供电。
也有一些UPS电源在切换控制电路的时序上做了过渡设计，允许UPS电源由逆变器供电状态直接切换到检修旁路供电。以上所介绍的静态开关的切换条件必须是在逆变器的频率及相位跟踪市电功能正常的情况下进行切换。
当主备用电源产生切换时，两电源应保持同步，若频韦或相位存在差异，或两者电压不-样，则会造成负载波形异常：另外，由于主备用电源存在的输出电压差，还将会造成环流，严甫时会损坏静态开关及主电路中的逆变器件。因此，在UPS电源中需具有锁相同步电路，当市电电源频率超过UPS锁相同步电路所允许的同步窗口时，逆变器电源将不再跟踪市电电源，而回到UPS电源的本机振荡频率50Hz.事实上，配E了静态开关的UPS当发生逆变频率不跟踪市电电网频率时，当输出过载或UPS逆变器故阵时将会拒绝执行旁路动作，使输出中断。因此，UPS电源在频率指标中提出了频率跟踪范围、频率跟踪速度等指标。
保证同步切换方法如下。
(1)直接检测两电源电压的相位，以此作为切换时的一个控制信号。
(2)检测两电源的电压差，以此间接反映出相位差，产牛切换控制信号。
为防止切换时感性负载中出现浪涌而损坏元件，可通过检测主用电源在稳态电流过;时接通旁路电源，以实现安全切换。除此之外，还有其他切换条件，如主用电源的电压过商、过低，使旁路电源投入工作，但必须也对旁路电源电压进行检测，若旁路电压不正常，则发生禁止切换信号。又如负栽电流超过允许值时，电流检测电路发出切断静态开关信号，中断对负载供电，以防设备损坏。
2.锁相电路
锁相电路由三个基本部件组成，即鉴相器、低通滤波器和压控振荡器。
锁相电路用于检测两个交流电源的相位差并将它变成一个电压信号去控制逆变的输出电压相位与频率，从而保持逆变器与交流电源的同步运行。
控振荡器是一个振荡频率受某个控制电压控制的振荡器。鉴相器是一个相位比较器。它把输入信号相位与压控振荡器输出信号相位进行比较，输出一个反映两个信号相位差大小的误差电压，这个电压经低通滤波器。将误差电压中的高频成分和噪声滤除后，加到压控振荡器，使压控振荡器的频
中向输入信号靠近，直至最后频率相等而相位同步实现锁定。
6.3 不间断电源的使用与维护
6.3.1 UPS基本性能指标
1.输入指标
(1)电压额定值：220V/380VAC(主输入电源为三相三线，旁路输入电源为三相四线)。
(2)频率额定值：50Hz。
(3)电压允许变动范围：-15%-+10%。
(4)频率允许变动范围：±4%。
(5)功率因数：>0.8(在额定线性负载时)。
(6)电压谐波失真度：≤5%。
(7)功率软启动：10-15s内爬升到额定功率。
2.输出指标
(1)电压额定值：220V/380VAC(三相四线)。
(2)电压可调范围：±5%。
(3)频率额定值：50Hz。
(4)电压精度：稳态±1%;瞬态±5%。
(5)瞬态电压恢复时间：在50ms。
(6)频率精度：±0.1%(内同步)。
(7)频率同步范围：土0.5、±1、±1.5、±2Hz可调。
(8)频率调节速率：0.1-lHz/s。
(9)电压波形失真度：≤3%(线性负载)：≤5%(非线性负载)。
(10)三相输出电压不平衡度：<±1%(平衡负载)、±3%(50%不平衡负载)、±5%(100%不平衡负载)。
(11)三相输出电压相位偏移：±1°(平衡负载)、±3°(不平衡负载)。
(12)过载能力：lOmin(125%额定电流)、10s(150%额定电流)。
(13)限流：100%/110%额定电流可调。
(14)负载功率因数：0.8(滞后)。
(15)负载波峰因数：3:1。
3.可闻噪声(距离设备lm处)
可闻噪声：<60dB(A)(<100kVA设备);<70dB(A)(≥1OOkVA设备)。
4.效率
效率：≥90%(≥lOOkVA设备≥85%(10-lOOkVA设备)：≥80%(≥lOkVA设备)》
5.静态开关指标
(1)过载能力：100ms(10倍额定电流)。
(2)转换时间：≤lms。
YDrr1095-2000把UPS电气性能的技术指标分成三类，即第I类、第II类和第HI类，第III类指标是指能满足负载要求的最低性能技术指标。有关技术指标名词解释如下。
(1)输出频率动态响应恢复时间。在输入电压为额定值，输出为线性负载，输出电流由零至额定电流或额定电流至零突变时，输出电压恢复到输出稳压精度范围内所需要的时间。
(2)输出电流峰值系数。当输出电流中存在着周期性非正弦波电流峰值时，UPS所允许的最大非正弦波电流峰值与输出电流有效值之比。
(3)频率跟踪范围。交流供电时，UPS输出频率跟踪输入交流频率的范围。
(4)频率跟踪速率。UPS输出频率与输入交流频率存在偏差时，UPS输出频率跟踪输入交流频率变化的速度以Hz/s表示。并机负载电流不均衡度。当两台以上(含两台)具有并机功能的UPS输出端并联供电时，所并各台中电流值与平均电流值差最大的偏差电流值与平均电流值之比。
图6-14所示为采用并机柜来实现两台UPS的冗余并联，通过并机柜的控制使负载均分。当其中一台UPS发生故障时。令部负载将自动转由另-台UPS供电，并机柜上
具有自动旁路转换功能。
图6-15所示为主从并联热备份的连接方法。UPS主机承担全部负载供电，备机UPS处于热备份状态，当UPS主机发生故障或市电中断电池放电结束时，自动切换到备机UPS供电，市电恢复后或主机UPS修复，自动切换柜将负载自动恢&到由主机UPS供电状态。为了减少切换次数，可将自动切换柜设计为无主备工作方式，即先有输出电压的UPS为主机，当主机故障退出系统后，另一台UPS即成为主机，修复后的UPS重新接入系统时自动切换柜将不再切换，仍保持原有供电状态。
6.3.2 UPS电源的串并联使用
从UPS电源的逆变工作、电池工作及旁路工作三种工作状态来看，其确实有较高的供电质量和可靠性。但是UPS电源毕竟是由成百上千个电子元器件、功率器件和散热风机与其他-些电气装置组成的功率电子设备。当采用单台UPS电源供电时，由于其平均无故障工作时间是个有限值(一般规定在10万小时左右，但这只是平均值)，所以还是会发生由于UPS电源本身的故障而中断供电的现象。采用双机热备份的冗余技术可很大程度上提髙供电系统的可靠性。
UPS电源热备份方式分为串联和并联两种方式。
图6-12所示为双机串联热备份工作方式示意图。这种串联方式将处于热备份的UPS输出电压连接到主机UPS电源的旁路输入端。UPS主机正常工作时负担全部负载功率，当UPS主机发生故障时便自动切换到旁路状态，由UPS备机的输出电压通过UPS主机旁路输出继续为负载供电。当市电中断时，备机与主机都处于电池工作状态，由于UPS主机承担全部负载，所以其备用电池先放电到终止电压，而后自动切换到旁路工作状态，由备用UPS的电池为负载供电。用于双机串联热备份使用中的两台UPS电源的交流输入必须来自同一相交流市电，这样才能使UPS主机正常工作，而且确保UPS主机在同频率、同相位条件下进行旁路切换。UPS主机逆变器的静态开关是影响串联热备份供电系统可靠性的重要部分，此静态开关一旦发生故障，则主、备用UPS电源均无法为负载供电。
图6-13所示为双机并联冗余供电的使用方法。用于这种双机并联中的UPS电源必须具有并机功能，两台UPS电源中的并机控制电路通过并机信号线来调整输出电压的频率、相位及幅度，使其满足并联输出的要求《这种并联方式主要是为了提高供电系统的可靠性，而不是用于供电系统的扩容。所以这种并联使用方式必须保证供电系统具有50%的冗余度，也就是负载的总容量不要超过其中一台UPS电源的额定输出容量》当其中一台UPS电源发生故障时，可由另一台UPS电源来承担所有负载的供电。这种两台冗余并联供
电的UPS电源，由于其输出容量只是额定容量的50%,所以两台UPS电源始终在低效率下运行。
具有双机并联功能的UPS电源一般可允许两台以上的UPS并联使用。多台UPS电源并联供电系统的转换效率与设备利用率都高于两台UPS电源并联的供电系统。例如，对一个容里为300kVA的负载系统，可采用四台UPS电源并联的供电系统供电，并根据负载系统的总容13;把UPS并联供电系统设计为具有“3+1”的冗余度。即=.台UPS电源可完成对容最为300WA负载系统的供电，可确定每台UPS电源的额定输出容量为lOOkVA,四台UPS电源中如有一台发生故障不会影响对负载的正常供电。供电系统正常工作时，每台UPS电源承担75kVA的负载容量，设备利用率为75%,而且此时的转换效率也接近满载效率。这种“3+1”并联冗余度与“1+1”并联冗余度的供电系统相比，显然前者具有较髙的运行经济性。这种并联供电系统中的各台UPS电源具有各自的并机接口及并机专用信号电缆。在UPS电源的并联冗余供电系统的实际使用中，要考虑到当其中一台UPS电海发生故障时，其他几台UPS电源的实际输出容量应小于其额定输出容景。这是因为并联运行中的各台UPS电源的输出电流存在着一定的不平衡度，另一方面也要考虑到由于某种原因使负载出现短时间过载现象，所以在上述一台UPS发生故障时，其余UPS的实际输出容量应达到额定输出容最的80%较为合适。
另外一种为无并机接口可直接并联使用的UPS,而在单机运行时又具有其他普通UPS一样的功能。只要将参与并机的UPS单机调旁路试好，即可直接并机运行，几台并联的UPS可共用一组备用电池。
6.3.3 UPS电源设备的维护
在通信电源系统的维护实践中，一般对UPS电源设备的维护要求如下。
(1)UPS主机现场应放置操作指南，指导现场操作。UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。定期检査并记录UPS控制面板中的各项运行参数，便于及时发现UPS异常状态。其中电池自检参数宜每季记录一遍，如设备可提供详尽数据的，可作为核对性容量实验的参数，以此作为电池状态的定性参考依据。经常查看告警和历史信息，发现告窖及时处理并分析原因。
(2)检查各种自动、告警和保护功能均应正常。定期进行UPS各项功能测试，检查其逆变器、整流器的启停、UPS与市电的切换等是否正常。定期检査主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况，检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠，并测量压降和温升。经常检查设备的工作和故障指示是否正常，査看告警和历史信息，发现告蒈及时处理并分析原因。
(3)定期査看UPS内部元器
件的外观，发现异常及时处理。定期检査UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。保持机器清洁，定期清洁散热风口、风扇及滤网。
(4)对于并联冗余系统宜在负荷均分并机的方式下运行。为测试并机系统的运行稳定性和可靠性，对负荷均分系统，应定期进行部分机器满载运行测试，即停止部分UPS将其负载转移到其他UPS上;如工作在热备份方式的系统，应在做好各项应急措施的前提下进行备机带载实验。
(5)各地应根据当地市电频率的变化情况，选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高，超出UPS跟踪范围时，严禁进行逆变/旁路切换的操作。在油机供电时，尤其应注意避免这种情况的发生。
(6)UPS宜使用开放式电池架，以利于蓄电池的运行及维护。对于UPS使用的蓄电池，应按照产品技术说明书以及本规程中关于蓄电池维护的要求，定期维护。
UPS电源设备维护周期可分为月、季、半年和年。
UPS电源设备的月维护项目如下。
(1)观察UPS内部可目测的元器件的物理外观。
(2)保持机器清洁，清洁散热风口、风扇及滤网。
(3)检查记录UPS的输入、输出各项数据。
UPS电源设备的季维护项目如下。
(1)检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度。
(2)记录UPS控制面板中的各项运行参数，特别是电池自检参数。
(3)核对性容量实验。
(4)检査输出波形是否正常。
UPS电源设备的半年维护项目如下。
(1)UPS各项功能测试，检査逆变器、整流器等启停、电池管理功能，在有条件的情况下，检查UPS与市电的切换是否正常。
(2)检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况，检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠，并测量压降和温升。
UPS电源设备的年维护项目如下。
(1)负荷均分系统单机运行测试，热备份系统负荷切换测试。
(2)蓄电池容量实验。