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[摘 要]：本文对UPS的结构及组织连接方式进行了介绍，详细分析了不同组织连接方式的优缺点及UPS的容量选择、冗余等提出了考虑建议。同时对UPS应用维护的重点注意事项作出阐述。
[关键词]：不间断电源；冗余及冗余连接；并联；串联；维护
中图分类号：TN86
引言
UPS即不间断电源（uninterrupted power supply），顾名思义，供电不间断的电源。其主要功能就是确保负载供电的不间断，同时改善外部供电电源质量，隔离外部电源的各种干扰，保证提供给负载的电源稳定可靠。
1 UPS的基本结构
目前常用的UPS主要包括整流/充电器、逆变器、蓄电池、隔离及保护开关、控制电路等组成。市电输入电源经整流器/充电器、逆变器的组合电路，进行了整流和逆变两次变换，提供纯净、稳定波形的电源供给。
当市电存在时，市电不仅可以向负载供电，同时对蓄电池充电维护，保障储存后备能量。当市电掉电时，则由蓄电池通过逆变器向负载供电。不管市电有无，负载的全部功率都由逆变器给出，所以提供给负载的电源质量较高，且没有转换时间，输出电压不受影响，具有较高的可靠性。
UPS因逆变器的工作方式而分为后备式和在线式。目前多用在线式，即市电存在与否，逆变器均工作，电源由其输出供给。本文只针对目前系统内常用的在线式UPS进行阐述。典型结构为：旁路系统、整流及充电系统、逆变系统、滤波系统和蓄电池组。
2 UPS冗余连接
在UPS的使用过程中，为了使负载的供电可靠性更高，保障负载供电，经常采用多个UPS冗余连接组成UPS供电系统。系统的连接考虑可靠性、故障频率、平均无故障运行时间、故障强度等指标的均衡。UPS基本冗余连接接方式有以下两种方式：并联连接和串联连接，其中并联分输出主从备份方式和冗余并联方式。下面以两台UPS的连接为例，多台连接均为该基本型不同组合。
2.1串联连接
UPS串联连接是将两台UPS分为备UPS和主UPS，备UPS的输出就是主UPS的旁路输入。当主UPS故障无法向负载供电时，将转到自动旁路供电，由备UPS向负载供电。
2.2 并联连接
2.1.1 冗余并联
UPS冗余并联连接是将单个UPS系统的输出并联后输出到负载。正常时，共同均分负载电流，不存在主备关系。当某台UPS出现故障时，该机将自动退出并联系统，并不转到自动旁路工作。负载电流100%由剩余的一台UPS供电，输出不间断。在故障机维修完成后，可以将修复的UPS并入，继续对负载进行冗余供电，完成并联系统的故障维护。该种连接方式只有当所有UPS都发生故障时，所有的UPS就同时将负载转换到自动旁路。
2.1.2 输出主从备份方式
输出主备份方式连接是将两台UPS系统的输出通过输出转换器连接，由输出转换器输出向负载。正常时输出转换器让主输入的电源对负载供电，当主输入电源故障时输出转换器快速将负载转移到备输入的电源上，完成负载的冗余供电；在主输入电源维修完成再输入到输出转换器后，输出转换器又将负载重新转移回到由主输入电源供电的模式。任何的转换过程都是不间断的，可以保证负载设备的稳定安全运行。
2.3 两种UPS连接方式的比较
串联连接的UPS系统连接方式简单易行，不需通信互控。两台UPS即使是不同品牌的机器，只要对负荷具一定冗余，就可以通过串联连接来提高可靠性，不需再增加另外的设备。而主UPS与备UPS也可以安装在不同的地点，安装较为灵活。在正常运行过程中，负载总是由主UPS 供电，其负荷率较高，工作效率也较高。
但是，当主UPS从正常工作方式向旁路方式转换时，备UPS必须要承受100%的负载阶跃变化。即备UPS带载是从零一下突变至100%的，因此要求备UPS具有较高的动态供给性能。且串联系统的容量只能按最小的那一台计算。如果一台UPS过载，转到另一台后仍然过载，带载能力没有加强。最重要的是在可靠性方面，串联连接的系统可靠性完全取决于主UPS向旁路转换以及备UPS接受转换的成功与否。即需要进行两次向旁路方式的转换，对不间断供电的输出可靠性具有一定影响。而且，串联UPS系统的正常供给决定于主UPS，一般来说对其维护需要系统停机维护。
输出主从备份方式连接较串联方式可靠性和切换性相对较高，维护也相对方便，可在线进行故障维护。其容量与串联式相同，同样决定于建设初期，而冗余并联则后期可以扩展。
綜合而言，串联连接方式简单易行，较适用于安装调试不便，负载稳定性较高的情况。并联连接可靠性较高，且带载能力提高，系统的过载和耐冲击能力比串联连接较强，但所需的UPS硬件、技术和环境等也相应较高。
3 UPS的应用及维护
3.1 UPS的常规应用与维护
UPS的工作环境是无灰尘，不潮湿，通风好，小动物无法窜入的安全环境。因此要确保UPS无日光直射和其他热源，防止液体和其他物体进入机柜，不要阻塞UPS的通风防护网，要对进气、排气口进行定期清洁，检查有没有东西妨碍机柜的通风，检查风机是否运行正常。同时，UPS作为带电运行设备，机柜必须要保护接地。而UPS每正常工作半年左右，就必须要进行断电，使用电池供电，以唤醒电池。如果长时间不使用，也必须定期连接市电，来确保电池处于满充电状态。
3.2 UPS应用维护的注意事项
除了常规应用与维护，还有几点是平时UPS应用维护中需要特别注意的地方：
3.2.1 防止冲击电流损害
一般的负载在起动瞬间都存在冲击电流，而UPS内部的功率器件都具有一定的安全工作范围，过大的冲击电流会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件损坏。因此，UPS在使用时应尽可能的减小冲击电流带来的损害。而一般的UPS在旁路工作时，抗冲击能力较强，因此UPS开机步骤应为：
先送市电给UPS，使其处于旁路工作，再逐个接通负载，先接通冲击电流较大的负载，再接通冲击电流较小的负载，然后接通UPS的输出开关，使其处于逆变工作状态。开机时千万不能将所有负载同时接通，也不可带载开机。关机步骤为：先逐个断开负载，再断开UPS的输出开关，使UPS处于旁路工作，而充电器继续对电池组充电。如果不需要UPS工作，则将UPS完全关闭后，再将输入市电断开。
3.2.2 注意环境温度对蓄电池使用寿命的影响
UPS电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但UPS的蓄电池对温度的要求较高，标准使用温度为+15℃～+30℃。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1%。而放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。若将蓄电池存在温度高达50摄氏度的环境中25个月不使用，则有可能出现蓄电池超过其自身的存储寿命，而导致蓄电池产生永久性损坏。因此要对蓄电池的环境温度进行有效监测，以延缓电池衰老。
4 UPS电源的发展方向
目前，所有 信息、通信系统和网络端到端解决方案都必须在一个客观实在的物理空间中运行，这个物理空间即为为“机房”。而支撑“机房”整体运行的动力、环境、监控综合性考虑设计被采用和推崇。因此，整体机房工程成为今后的建设模式。其包括建筑装修、电力供应、新风空调、消防报警、弱电控制等所有机房涵盖的系统。而电力供应方面一体化电源系统也成为电源系统建设的最佳考虑和实现方式。目前各主流电源供应商一体化电源系统已逐步进行市场运行，UPS电源系统将融入一体化电源系统之中。
[参考文献]：
[1] 《UPS供电系统设计与应用工程实例》作者：周志敏/纪爱华 中国电力出版社
[2] 《百度文库》UPS电源http：//wenku.baidu.com
[3] 《UPS应用及故障诊断》作者：周志敏/纪爱华 中国电力出版社
[关键词]：不间断电源；冗余及冗余连接；并联；串联；维护
中图分类号：TN86
引言
UPS即不间断电源（uninterrupted power supply），顾名思义，供电不间断的电源。其主要功能就是确保负载供电的不间断，同时改善外部供电电源质量，隔离外部电源的各种干扰，保证提供给负载的电源稳定可靠。
1 UPS的基本结构
目前常用的UPS主要包括整流/充电器、逆变器、蓄电池、隔离及保护开关、控制电路等组成。市电输入电源经整流器/充电器、逆变器的组合电路，进行了整流和逆变两次变换，提供纯净、稳定波形的电源供给。
当市电存在时，市电不仅可以向负载供电，同时对蓄电池充电维护，保障储存后备能量。当市电掉电时，则由蓄电池通过逆变器向负载供电。不管市电有无，负载的全部功率都由逆变器给出，所以提供给负载的电源质量较高，且没有转换时间，输出电压不受影响，具有较高的可靠性。
UPS因逆变器的工作方式而分为后备式和在线式。目前多用在线式，即市电存在与否，逆变器均工作，电源由其输出供给。本文只针对目前系统内常用的在线式UPS进行阐述。典型结构为：旁路系统、整流及充电系统、逆变系统、滤波系统和蓄电池组。
2 UPS冗余连接
在UPS的使用过程中，为了使负载的供电可靠性更高，保障负载供电，经常采用多个UPS冗余连接组成UPS供电系统。系统的连接考虑可靠性、故障频率、平均无故障运行时间、故障强度等指标的均衡。UPS基本冗余连接接方式有以下两种方式：并联连接和串联连接，其中并联分输出主从备份方式和冗余并联方式。下面以两台UPS的连接为例，多台连接均为该基本型不同组合。
2.1串联连接
UPS串联连接是将两台UPS分为备UPS和主UPS，备UPS的输出就是主UPS的旁路输入。当主UPS故障无法向负载供电时，将转到自动旁路供电，由备UPS向负载供电。
2.2 并联连接
2.1.1 冗余并联
UPS冗余并联连接是将单个UPS系统的输出并联后输出到负载。正常时，共同均分负载电流，不存在主备关系。当某台UPS出现故障时，该机将自动退出并联系统，并不转到自动旁路工作。负载电流100%由剩余的一台UPS供电，输出不间断。在故障机维修完成后，可以将修复的UPS并入，继续对负载进行冗余供电，完成并联系统的故障维护。该种连接方式只有当所有UPS都发生故障时，所有的UPS就同时将负载转换到自动旁路。
2.1.2 输出主从备份方式
输出主备份方式连接是将两台UPS系统的输出通过输出转换器连接，由输出转换器输出向负载。正常时输出转换器让主输入的电源对负载供电，当主输入电源故障时输出转换器快速将负载转移到备输入的电源上，完成负载的冗余供电；在主输入电源维修完成再输入到输出转换器后，输出转换器又将负载重新转移回到由主输入电源供电的模式。任何的转换过程都是不间断的，可以保证负载设备的稳定安全运行。
2.3 两种UPS连接方式的比较
串联连接的UPS系统连接方式简单易行，不需通信互控。两台UPS即使是不同品牌的机器，只要对负荷具一定冗余，就可以通过串联连接来提高可靠性，不需再增加另外的设备。而主UPS与备UPS也可以安装在不同的地点，安装较为灵活。在正常运行过程中，负载总是由主UPS 供电，其负荷率较高，工作效率也较高。
但是，当主UPS从正常工作方式向旁路方式转换时，备UPS必须要承受100%的负载阶跃变化。即备UPS带载是从零一下突变至100%的，因此要求备UPS具有较高的动态供给性能。且串联系统的容量只能按最小的那一台计算。如果一台UPS过载，转到另一台后仍然过载，带载能力没有加强。最重要的是在可靠性方面，串联连接的系统可靠性完全取决于主UPS向旁路转换以及备UPS接受转换的成功与否。即需要进行两次向旁路方式的转换，对不间断供电的输出可靠性具有一定影响。而且，串联UPS系统的正常供给决定于主UPS，一般来说对其维护需要系统停机维护。
输出主从备份方式连接较串联方式可靠性和切换性相对较高，维护也相对方便，可在线进行故障维护。其容量与串联式相同，同样决定于建设初期，而冗余并联则后期可以扩展。
綜合而言，串联连接方式简单易行，较适用于安装调试不便，负载稳定性较高的情况。并联连接可靠性较高，且带载能力提高，系统的过载和耐冲击能力比串联连接较强，但所需的UPS硬件、技术和环境等也相应较高。
3 UPS的应用及维护
3.1 UPS的常规应用与维护
UPS的工作环境是无灰尘，不潮湿，通风好，小动物无法窜入的安全环境。因此要确保UPS无日光直射和其他热源，防止液体和其他物体进入机柜，不要阻塞UPS的通风防护网，要对进气、排气口进行定期清洁，检查有没有东西妨碍机柜的通风，检查风机是否运行正常。同时，UPS作为带电运行设备，机柜必须要保护接地。而UPS每正常工作半年左右，就必须要进行断电，使用电池供电，以唤醒电池。如果长时间不使用，也必须定期连接市电，来确保电池处于满充电状态。
3.2 UPS应用维护的注意事项
除了常规应用与维护，还有几点是平时UPS应用维护中需要特别注意的地方：
3.2.1 防止冲击电流损害
一般的负载在起动瞬间都存在冲击电流，而UPS内部的功率器件都具有一定的安全工作范围，过大的冲击电流会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件损坏。因此，UPS在使用时应尽可能的减小冲击电流带来的损害。而一般的UPS在旁路工作时，抗冲击能力较强，因此UPS开机步骤应为：
先送市电给UPS，使其处于旁路工作，再逐个接通负载，先接通冲击电流较大的负载，再接通冲击电流较小的负载，然后接通UPS的输出开关，使其处于逆变工作状态。开机时千万不能将所有负载同时接通，也不可带载开机。关机步骤为：先逐个断开负载，再断开UPS的输出开关，使UPS处于旁路工作，而充电器继续对电池组充电。如果不需要UPS工作，则将UPS完全关闭后，再将输入市电断开。
3.2.2 注意环境温度对蓄电池使用寿命的影响
UPS电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但UPS的蓄电池对温度的要求较高，标准使用温度为+15℃～+30℃。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1%。而放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。若将蓄电池存在温度高达50摄氏度的环境中25个月不使用，则有可能出现蓄电池超过其自身的存储寿命，而导致蓄电池产生永久性损坏。因此要对蓄电池的环境温度进行有效监测，以延缓电池衰老。
4 UPS电源的发展方向
目前，所有 信息、通信系统和网络端到端解决方案都必须在一个客观实在的物理空间中运行，这个物理空间即为为“机房”。而支撑“机房”整体运行的动力、环境、监控综合性考虑设计被采用和推崇。因此，整体机房工程成为今后的建设模式。其包括建筑装修、电力供应、新风空调、消防报警、弱电控制等所有机房涵盖的系统。而电力供应方面一体化电源系统也成为电源系统建设的最佳考虑和实现方式。目前各主流电源供应商一体化电源系统已逐步进行市场运行，UPS电源系统将融入一体化电源系统之中。
[参考文献]：
[1] 《UPS供电系统设计与应用工程实例》作者：周志敏/纪爱华 中国电力出版社
[2] 《百度文库》UPS电源http：//wenku.baidu.com
[3] 《UPS应用及故障诊断》作者：周志敏/纪爱华 中国电力出版社