电力UPS及逆变器PPT课件
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绝 缘 检 测 原 理 “绝缘检测故障”在电力系统调试过程中是最为常见的一种故障现象，也是电力ＵＰＳ和普通ＵＰＳ在设
计上最根本的区别之一。 为清晰的了解电力ＵＰＳ在设计及应用中的注意事项，这里简单介绍一下电厂的绝缘检测原理。
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现有绝检缘测直检流测系统原绝理缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探
在直流系统中，前面讲到，正、负母线对地是悬空的. 当发生一点接地时，并不会 引起任何危害，但必须及时消除．否则当另一点接地时，会引起信号回路、控制回路、 继电保护回路和自动装置回路的误动作，如图所示。
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国家标准规定: 220V 直流系统绝缘电阻 <25KΩ时报警
110V 直流系统绝缘电阻 <7KΩ时报警 报警必须以声光方式同时进行。
电力行业UPS负荷统计
负荷类型 计算机和微机负荷(kW)
200MW 机组
发电厂
2～3
300MW 机组 发电厂
8～15
600～1000MW 机组
发电厂
15～20
500KV 变电所
1～3
热工仪表和变送器负荷(kW)
2～4
2～4
2～5
110～ 220K V
变电所
1～2
热工自动装置负荷(kW)
电气仪表变送器负荷(kW) 电气继电保护装置负荷(kW)
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通信要求。 UPS 主机需要提供 RS-232 和 RS-485 接口， UPS 运
行状态和主要报警信号应能提供无源干接点，主要运行 状态和报警信号一般包括： A) UPS 的工作状态： UPS 工作 / 电池供电 / 旁路供电； B) 各种装置的综合故障信号； C) 交流进线断路器状态 / 直流开关的状态；需要提供开 关的辅助触点。 D) 馈线开关的状态，一般需要提供开关的辅助触点和报 警触点。 E) UPS 的输出电压、电流及频率应通过变送器转换为 4 ～ 20mA 模拟量信号，以便可直接送入电厂的 DCS 的模拟量采样系统中。
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• 功率比较 UPS的畜电池是自带的,直流输入电压可视单机功率而定,最高可达七八百伏。
但逆变器的直流输入电压却是用户的直流屏提供，其直流电压是固定的，最高也 只为220VDC，受直流电压的限制，逆变器的单机功率一般不可能做的很大，一 般 仅 在 3 K VA 以 内 ， 尤 其 是 4 8 V 系 列 的 。 但 为 了 满 足 客 户 的 高 功 率 需 求 ， 逆 变 器 大多是可以并联使用的，最常见的就是将逆变器设计成机架式、模块化结构，方 便并联使用。
打印机负荷(kW) 系统调度通信负荷(kW)
合计(kW)
数据仅供参考
3～5
0.5～1 0.5～1 0.5～1 1～2 12～15
2～8
1～2 2～4 1～2 1～2 20～30
第2页/共44页
8～12
2～4 8～15 2～5 3～5 40～60
0.5～1 0.5～2 0.5～1 1～2 4～6
0.5～1 0.5～1 0.5～1 0.5～1 2～4
L OU TPUT 220V 1PH+N
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直流系统。 由于电厂有 220V（ 187~253V ，额定为 18 节 12 伏蓄电池）或 110V （ 93~126V ，额 定为 9 节 12 伏蓄电池）直流系统；电厂为了 节约成本，此直流系统直接作为 UPS 的直流输 入；电厂有专门的电力直流操作屏给蓄电池充 电；要求 UPS 直流输入电压为 220V 或 110V ，且不要求 UPS 具有充电功能。常规 UPS 工作所配的电池组是单独使用的，其直流 输入端的反灌杂讯较大，如果蓄电池直接并入 UPS 的 BUS 中， UPS 会对蓄电池上产生较大 的电磁干扰，严重时会影响直流系统的正常运 行，而电力专用 UPS 的直流输入端一般要求装 有反灌杂讯抑制器，如逆止二极管等，使 UPS 对直流母线的影响极小。
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以上为我们在电力UPS应用时最为常见的注意事项，其他要求一般同工业 型UPS通用标准。
目前我司的小功率电力UPS一般采用的是800系列电路设计，电路原理介绍 请参考800系列培训资料。
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逆变器原理介绍
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逆变器与UPS的区别
• 结构上的区别:
AC/DC
电厂的供电系统
发电机发出电并网后经主升压变压器给变电站，变电站再升压给输电系统。 厂用电取发电机并网后经副降压变压器后给电厂供电，由于从发电机输出到 UPS 输入一般只经过一个降压变压器，且与发电机的距离很近，因此，厂用电 的电压谐波一般非常大，且电压不稳。
其供电结构图如下：
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柜体要求 ；
UPS 柜一般没有强调要求采用玻璃柜；
• 旁路柜和馈线柜一般采用玻璃柜；
• 柜体一般采用 2200 （高） X800 （深） X600 （宽）的标准柜。
• 从柜外面透过玻璃门可以看到开关的状态，一 般用指示灯指示开关的状。 开关一般都配有辅 助触点，以方便跟 DCS 通信；总的输出开关和 馈线开关一般还带有报警触点；故障时，提供 报警信号给 DCS 系统。输出电压 / 输出电流 / 频率的幅值，一般增加模拟表或数字表显示。 以方便维护人员观察。
DC SYSTEM DC220V
绝缘检测
ISOLATION DIODE
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电力系统对UPS的技术要求
可靠性要求 ： 由于电厂对设备的高可靠性的要求，因而对 UPS 的可靠性和使用寿命有非常高的要求。防雷要求比较高， 一般要求二级防雷。
负载类型 ； 由于电厂的 DCS 系统负载大多数为单相负载，单 相负载配电线路简单、维护方便。因此电厂专用的 UPS 电源大 多数要求为三相输入/单相输入、单相输出的中小型功率 UPS ， 容量一般在 60kVA 范围之内。
测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用， 不足是它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况； 绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻 大小。
低频探测原理是近几年一种新的检测方法，还有其它检测方 法，但基本原理是一样的，我们就依传统的电桥平衡原理来介 绍。
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绝缘检测原理
传统的平衡电桥检测原理如下图，通过检测电压Uj和Um，再加上给定的电 阻R来算出R+、R-。
利用左原理图，直流正 负极任何一极的对地绝缘 （Ｒ＋，Ｒ－）降低，都将 引起Ｕj的变化，通过外部运 算电路便可计算出漏电流的 大小，从而判断绝缘等级的 变化情况。
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绝缘检测原理
INV的典型应用图示
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以上为针对逆变器应用场合同UPS的 比较，下面就针对公司目前正生产的INV 电路原理简单介绍。
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主电路拓扑
L
IN PUT 220V 1PH+N
N
In putBa ຫໍສະໝຸດ ter yIn vert er
Output transformer
Bypass transfer
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UPS的绝缘检测
RECTIFIER
INPUT FILTER
RCETIFIER SWITCH
L
RECTIFIER(AC/DC)
SOFT START
N
INVERTER(DC/AC) OUTPUT TRANFORMER
OUTPUT SWITCH
L
OUTPUT N
BATTERY SWITCH
UPS 在 电 力 系 统 中 的 应 用 在电力系统中： DCS( 分布式控制系统）的系统，监控系统、自动化仪表，计算机系统等对供电质量
及可靠性要求非常高，需要采用 UPS 供电。这些负载绝大多数为单相负载。包括ＤＣＳ和监控系统。 ＤＣＳ后端负载一般为直流负载居多，需要进行ＡＣ／ＤＣ转换后再进行供电。ＵＰＳ在电厂中的应用
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• 干扰方面
因INV应用场合的特殊性，其直流输入不 仅为INV供电，同时还为其他重要的直流负载供 电，为避免INV的直流反灌，影响其他设备的正 常工作，通常在直流输入端会采取一些抗干扰 措施，另INV在结构上相比UPS也没有 Rectifier,本身对外的RFI比UPS也小很多，一 般不会引起用户设备通讯干扰的问题。但UPS 的蓄电池、CHARGER、RECTIFIER等是一个系 统，所以其直流输入通常不会采取任何的抗干 扰措施，而且UPS的第2应7页用/共4场4页 合设备对RFI等也并
系统可用如下图示解释：
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电直厂流的自在动电化力仪系表，统继中电的保护应系用统，开关的操作系统等往
往需要直流 220V 或 110V 供电； 因此，电厂等电力行业 的 ２２０Ｃ或１１０Ｖ直流系统（直流屏）是最基本的配置，且 直流系统的容量比较大。平时由电力直流操作屏把三相交流整 流成直流 243V 或 121V ，给蓄电池充电，经硅链自动降压装 置稳压至 220V 或 110V 直流给负载供电；交流输入故障时由 蓄电池经硅链自动降压装置稳压后给负载供电。下图为电力直 流操作屏的原理框图。
微型电力UPS应用场合
电力UPS功率等级非常宽，应用也非常广 泛。小功率的电力专用UPS在功能及技术要求 上，相比大功率应用来说，技术指标要求相对 较低，但作为电力专用UPS，其基本的功能依 然要求满足电力行业需求。一般微型的电力 UPS在一级、二级等变电所应用较多。此类场 合负载类型少、功率范围小、但又极其重要。 UPS主要为整个电力系统设备中的监控系统、 测量系统、DCS、调度通信系统、微机系统等 核心设备供电。且一第般1页/采共44用页 串联备份做法以提
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这类场合，对于蓄电池组，一方面直流电 源的监控系统对蓄电池充放电过程实施智能 化集中管理；另一方面，直流电源系统所配 置蓄电池通常裕量较大，这些都为利用逆变 器给交流负载供电提供了技术上的保障。对 于不间断电源来说，蓄电池是完成不间断电 源的重要支撑。蓄电池的优劣，直接影响着 不间断电源的供电质量与支持时间，对于长 延时的不间断电源来说，蓄电池成本甚至超 过主机成本。因此，无论是从技术角度，还
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交流输入要求 ； 由于厂用电电压波动范围比 较宽，谐波电压比较大，要求 UPS 的输入范围 比较宽。由于电厂要求交流电和直流电隔离， 因此 UPS 输入、输出均必须配置隔离变压器。 一般电厂厂用电的质量比较差，所以其对 UPS 的输入 THDi 并没有特别高的要求。
旁路要求。 静态切换开关应具有自动、手动两 种工作方式，实现无间断切换。为了提高旁路 运行模式下的供电的质量，去除干扰和市电波 动的影响。旁路一般需要增加隔离稳压器，主 要起隔离和稳压的作用。一般还需要维修旁路， 维修 UPS 时，维修旁路供电，需要能把 UPS 柜完全从供电系统中断开，开关的操作必须保 证输出不断电。
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从上图看出，发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保安电源及 控制信号电源，是一个十分庞大的多分支供电网络，重要性非常之高。为保障其 可靠性和安全性，一般采用不接地系统，正负极对地是悬浮的，目的是防止因一 极接地或绝缘降低时断开直流电源，造成系统瘫痪，且为提高供电质量，电厂交 流电的地和直流电的地也是分离开的。因此电厂或变电站的直流系统都是有绝缘 检测功能的。一旦直流两极中的任何一极绝缘等级降低，直流系统将发出“绝缘 故障”的报警信号。严格的场合,输出交流对地也会有绝缘检测。
DC/AC
CHG
BAT
UPS作为一个完整独立的电源系统，包括整流器、充电器、逆 变器、静态旁路开关、手动维修旁路开关及电池组。
DC/AC
BAT
INV同UPS相比，缺少整流器、充电器。仅有逆变器、静态旁 路开关、手动维修旁路开关。
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• 应用场合区别
UPS作为一个完整独立的电源系统，可以适 合在任何场所应用，且结构紧凑，占地面积小。 逆变器适用于具有直流220V/110V/48系统的 场合，因为逆变器需要与外配充电器、直流系 统等外部设备配合使用，因此结构松散，占地 较大，不易布置。所以逆变器的应用场合相对 较为固定，即适用与具有直流系统等基本配置 的专用行业用户。比如电力、通信、铁路等特 殊行业，其负载类型既有交流负载，也有直流 负载。通常采用高频开关整流器冗余并联系统
绝 缘 检 测 原 理 “绝缘检测故障”在电力系统调试过程中是最为常见的一种故障现象，也是电力ＵＰＳ和普通ＵＰＳ在设
计上最根本的区别之一。 为清晰的了解电力ＵＰＳ在设计及应用中的注意事项，这里简单介绍一下电厂的绝缘检测原理。
第10页/共44页
现有绝检缘测直检流测系统原绝理缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探
在直流系统中，前面讲到，正、负母线对地是悬空的. 当发生一点接地时，并不会 引起任何危害，但必须及时消除．否则当另一点接地时，会引起信号回路、控制回路、 继电保护回路和自动装置回路的误动作，如图所示。
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国家标准规定: 220V 直流系统绝缘电阻 <25KΩ时报警
110V 直流系统绝缘电阻 <7KΩ时报警 报警必须以声光方式同时进行。
电力行业UPS负荷统计
负荷类型 计算机和微机负荷(kW)
200MW 机组
发电厂
2～3
300MW 机组 发电厂
8～15
600～1000MW 机组
发电厂
15～20
500KV 变电所
1～3
热工仪表和变送器负荷(kW)
2～4
2～4
2～5
110～ 220K V
变电所
1～2
热工自动装置负荷(kW)
电气仪表变送器负荷(kW) 电气继电保护装置负荷(kW)
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通信要求。 UPS 主机需要提供 RS-232 和 RS-485 接口， UPS 运
行状态和主要报警信号应能提供无源干接点，主要运行 状态和报警信号一般包括： A) UPS 的工作状态： UPS 工作 / 电池供电 / 旁路供电； B) 各种装置的综合故障信号； C) 交流进线断路器状态 / 直流开关的状态；需要提供开 关的辅助触点。 D) 馈线开关的状态，一般需要提供开关的辅助触点和报 警触点。 E) UPS 的输出电压、电流及频率应通过变送器转换为 4 ～ 20mA 模拟量信号，以便可直接送入电厂的 DCS 的模拟量采样系统中。
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• 功率比较 UPS的畜电池是自带的,直流输入电压可视单机功率而定,最高可达七八百伏。
但逆变器的直流输入电压却是用户的直流屏提供，其直流电压是固定的，最高也 只为220VDC，受直流电压的限制，逆变器的单机功率一般不可能做的很大，一 般 仅 在 3 K VA 以 内 ， 尤 其 是 4 8 V 系 列 的 。 但 为 了 满 足 客 户 的 高 功 率 需 求 ， 逆 变 器 大多是可以并联使用的，最常见的就是将逆变器设计成机架式、模块化结构，方 便并联使用。
打印机负荷(kW) 系统调度通信负荷(kW)
合计(kW)
数据仅供参考
3～5
0.5～1 0.5～1 0.5～1 1～2 12～15
2～8
1～2 2～4 1～2 1～2 20～30
第2页/共44页
8～12
2～4 8～15 2～5 3～5 40～60
0.5～1 0.5～2 0.5～1 1～2 4～6
0.5～1 0.5～1 0.5～1 0.5～1 2～4
L OU TPUT 220V 1PH+N
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直流系统。 由于电厂有 220V（ 187~253V ，额定为 18 节 12 伏蓄电池）或 110V （ 93~126V ，额 定为 9 节 12 伏蓄电池）直流系统；电厂为了 节约成本，此直流系统直接作为 UPS 的直流输 入；电厂有专门的电力直流操作屏给蓄电池充 电；要求 UPS 直流输入电压为 220V 或 110V ，且不要求 UPS 具有充电功能。常规 UPS 工作所配的电池组是单独使用的，其直流 输入端的反灌杂讯较大，如果蓄电池直接并入 UPS 的 BUS 中， UPS 会对蓄电池上产生较大 的电磁干扰，严重时会影响直流系统的正常运 行，而电力专用 UPS 的直流输入端一般要求装 有反灌杂讯抑制器，如逆止二极管等，使 UPS 对直流母线的影响极小。
第20页/共44页
以上为我们在电力UPS应用时最为常见的注意事项，其他要求一般同工业 型UPS通用标准。
目前我司的小功率电力UPS一般采用的是800系列电路设计，电路原理介绍 请参考800系列培训资料。
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逆变器原理介绍
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逆变器与UPS的区别
• 结构上的区别:
AC/DC
电厂的供电系统
发电机发出电并网后经主升压变压器给变电站，变电站再升压给输电系统。 厂用电取发电机并网后经副降压变压器后给电厂供电，由于从发电机输出到 UPS 输入一般只经过一个降压变压器，且与发电机的距离很近，因此，厂用电 的电压谐波一般非常大，且电压不稳。
其供电结构图如下：
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柜体要求 ；
UPS 柜一般没有强调要求采用玻璃柜；
• 旁路柜和馈线柜一般采用玻璃柜；
• 柜体一般采用 2200 （高） X800 （深） X600 （宽）的标准柜。
• 从柜外面透过玻璃门可以看到开关的状态，一 般用指示灯指示开关的状。 开关一般都配有辅 助触点，以方便跟 DCS 通信；总的输出开关和 馈线开关一般还带有报警触点；故障时，提供 报警信号给 DCS 系统。输出电压 / 输出电流 / 频率的幅值，一般增加模拟表或数字表显示。 以方便维护人员观察。
DC SYSTEM DC220V
绝缘检测
ISOLATION DIODE
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电力系统对UPS的技术要求
可靠性要求 ： 由于电厂对设备的高可靠性的要求，因而对 UPS 的可靠性和使用寿命有非常高的要求。防雷要求比较高， 一般要求二级防雷。
负载类型 ； 由于电厂的 DCS 系统负载大多数为单相负载，单 相负载配电线路简单、维护方便。因此电厂专用的 UPS 电源大 多数要求为三相输入/单相输入、单相输出的中小型功率 UPS ， 容量一般在 60kVA 范围之内。
测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用， 不足是它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况； 绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻 大小。
低频探测原理是近几年一种新的检测方法，还有其它检测方 法，但基本原理是一样的，我们就依传统的电桥平衡原理来介 绍。
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绝缘检测原理
传统的平衡电桥检测原理如下图，通过检测电压Uj和Um，再加上给定的电 阻R来算出R+、R-。
利用左原理图，直流正 负极任何一极的对地绝缘 （Ｒ＋，Ｒ－）降低，都将 引起Ｕj的变化，通过外部运 算电路便可计算出漏电流的 大小，从而判断绝缘等级的 变化情况。
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绝缘检测原理
INV的典型应用图示
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以上为针对逆变器应用场合同UPS的 比较，下面就针对公司目前正生产的INV 电路原理简单介绍。
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主电路拓扑
L
IN PUT 220V 1PH+N
N
In putBa ຫໍສະໝຸດ ter yIn vert er
Output transformer
Bypass transfer
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UPS的绝缘检测
RECTIFIER
INPUT FILTER
RCETIFIER SWITCH
L
RECTIFIER(AC/DC)
SOFT START
N
INVERTER(DC/AC) OUTPUT TRANFORMER
OUTPUT SWITCH
L
OUTPUT N
BATTERY SWITCH
UPS 在 电 力 系 统 中 的 应 用 在电力系统中： DCS( 分布式控制系统）的系统，监控系统、自动化仪表，计算机系统等对供电质量
及可靠性要求非常高，需要采用 UPS 供电。这些负载绝大多数为单相负载。包括ＤＣＳ和监控系统。 ＤＣＳ后端负载一般为直流负载居多，需要进行ＡＣ／ＤＣ转换后再进行供电。ＵＰＳ在电厂中的应用
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• 干扰方面
因INV应用场合的特殊性，其直流输入不 仅为INV供电，同时还为其他重要的直流负载供 电，为避免INV的直流反灌，影响其他设备的正 常工作，通常在直流输入端会采取一些抗干扰 措施，另INV在结构上相比UPS也没有 Rectifier,本身对外的RFI比UPS也小很多，一 般不会引起用户设备通讯干扰的问题。但UPS 的蓄电池、CHARGER、RECTIFIER等是一个系 统，所以其直流输入通常不会采取任何的抗干 扰措施，而且UPS的第2应7页用/共4场4页 合设备对RFI等也并
系统可用如下图示解释：
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电直厂流的自在动电化力仪系表，统继中电的保护应系用统，开关的操作系统等往
往需要直流 220V 或 110V 供电； 因此，电厂等电力行业 的 ２２０Ｃ或１１０Ｖ直流系统（直流屏）是最基本的配置，且 直流系统的容量比较大。平时由电力直流操作屏把三相交流整 流成直流 243V 或 121V ，给蓄电池充电，经硅链自动降压装 置稳压至 220V 或 110V 直流给负载供电；交流输入故障时由 蓄电池经硅链自动降压装置稳压后给负载供电。下图为电力直 流操作屏的原理框图。
微型电力UPS应用场合
电力UPS功率等级非常宽，应用也非常广 泛。小功率的电力专用UPS在功能及技术要求 上，相比大功率应用来说，技术指标要求相对 较低，但作为电力专用UPS，其基本的功能依 然要求满足电力行业需求。一般微型的电力 UPS在一级、二级等变电所应用较多。此类场 合负载类型少、功率范围小、但又极其重要。 UPS主要为整个电力系统设备中的监控系统、 测量系统、DCS、调度通信系统、微机系统等 核心设备供电。且一第般1页/采共44用页 串联备份做法以提
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这类场合，对于蓄电池组，一方面直流电 源的监控系统对蓄电池充放电过程实施智能 化集中管理；另一方面，直流电源系统所配 置蓄电池通常裕量较大，这些都为利用逆变 器给交流负载供电提供了技术上的保障。对 于不间断电源来说，蓄电池是完成不间断电 源的重要支撑。蓄电池的优劣，直接影响着 不间断电源的供电质量与支持时间，对于长 延时的不间断电源来说，蓄电池成本甚至超 过主机成本。因此，无论是从技术角度，还
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交流输入要求 ； 由于厂用电电压波动范围比 较宽，谐波电压比较大，要求 UPS 的输入范围 比较宽。由于电厂要求交流电和直流电隔离， 因此 UPS 输入、输出均必须配置隔离变压器。 一般电厂厂用电的质量比较差，所以其对 UPS 的输入 THDi 并没有特别高的要求。
旁路要求。 静态切换开关应具有自动、手动两 种工作方式，实现无间断切换。为了提高旁路 运行模式下的供电的质量，去除干扰和市电波 动的影响。旁路一般需要增加隔离稳压器，主 要起隔离和稳压的作用。一般还需要维修旁路， 维修 UPS 时，维修旁路供电，需要能把 UPS 柜完全从供电系统中断开，开关的操作必须保 证输出不断电。
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从上图看出，发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保安电源及 控制信号电源，是一个十分庞大的多分支供电网络，重要性非常之高。为保障其 可靠性和安全性，一般采用不接地系统，正负极对地是悬浮的，目的是防止因一 极接地或绝缘降低时断开直流电源，造成系统瘫痪，且为提高供电质量，电厂交 流电的地和直流电的地也是分离开的。因此电厂或变电站的直流系统都是有绝缘 检测功能的。一旦直流两极中的任何一极绝缘等级降低，直流系统将发出“绝缘 故障”的报警信号。严格的场合,输出交流对地也会有绝缘检测。
DC/AC
CHG
BAT
UPS作为一个完整独立的电源系统，包括整流器、充电器、逆 变器、静态旁路开关、手动维修旁路开关及电池组。
DC/AC
BAT
INV同UPS相比，缺少整流器、充电器。仅有逆变器、静态旁 路开关、手动维修旁路开关。
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• 应用场合区别
UPS作为一个完整独立的电源系统，可以适 合在任何场所应用，且结构紧凑，占地面积小。 逆变器适用于具有直流220V/110V/48系统的 场合，因为逆变器需要与外配充电器、直流系 统等外部设备配合使用，因此结构松散，占地 较大，不易布置。所以逆变器的应用场合相对 较为固定，即适用与具有直流系统等基本配置 的专用行业用户。比如电力、通信、铁路等特 殊行业，其负载类型既有交流负载，也有直流 负载。通常采用高频开关整流器冗余并联系统