变电站用逆变电源(UPS)培训教程总结

UPS教程北京开元浩海科技发展有限公司目录序言 (3)一、简述UPS分类： (4)二、UPS 基本结构和功能 (6)2.1整流器 (6)2.2逆变器： (7)2.3电池组 (8)2.4静态旁路开关 (9)三、在线式UPS基本工作方式 (10)3.1单机工作 (10)3.2串联备份 (12)3.3并联热备份 (13)3.4并联冗余工作方式 (14)四、电力UPS电源 (15)五、维护 (16)七、故障诊断及处理 (19)六、外置维修旁路使用 (21)序言UPS（Uninterruptible Power System）-不间断电源系统，通常指的是交流电供电系统。

众所周知，UPS技术是随着现代信息技术的发展而逐渐发展和完善的。

但是，在交流供电过程中，还存在一些不利于电气设备的因素，诸如：停电、瞬时断电、电压波动、电压浪涌冲击、尖峰脉冲干扰、波形畸变等。

对于传统的电器设备，如：白炽灯、电动机，电视机、音响设备等，人们关心的主要是设备安全和长时间停电问题，而对于以秒为单位的停电或干扰，并不在意。

但对于以数字电路为基础的信息及计算机类产品来说，大于10ms的断电，会使运行的设备程序中断，数据丢失；电压浪涌的冲击、尖峰干扰等，会造成设备开关电源的损坏、数据错误；甚至电源零、地电压高，也会对数据传输造成障碍。

因而，对于现代信息设备而言，UPS除解决不停电的问题外，还要供给负载不间断的、稳定的、无干扰的、完全符合信息工程要求的绿色交流电。

所以现代的UPS，不再是单纯的不间断电源系统，而应当是电源保障系统。

一、简述UPS分类：根据欧洲电信标准化协会（ETSI）UPS标准EN50091-3的规定，UPS （Uninterruptible Power System）分为三类，即后备式（Passive standby）、互动式（Line interactive）、在线双转换式（Double conversion）。

后备式UPS是指在市电正常情况下，市电（经过简单滤波、稳压）通过UPS 直接供给负载。

当市电故障时，才由逆变器（电池组提供能源）向负载供电，因此UPS由市电转为逆变器供电时，会有一个大约几毫秒的中断时间：输入输出电池后后后U P S后后后在线双转换式UPS，也称纯在线式UPS。

是指在市电正常时，市电的交流电100%经整流器转换为直流电，这个直流经过逆变器变成交流后提供给负载。

因为能量经过交-直-交两次转换，故称为双转换。

当市电发生故障时，UPS通过电池组向逆变器提供能量，保持负载供电的连续性。

因而，无论市电情况如何，负载始终由逆变器供电。

从而可以充分保证UPS对负载高稳定、高质量、无中断的供电。

UPS 输出的交流电，与输入的市电的电压没有关系，电压、频率都是完全隔离的。

互动式（Line interactive）UPS是介于后备式和在线双转换式UPS之间的一种产品，也称为三端口式UPS，他的基本结构和后备式UPS相似，但具有比后备式UPS更短的切换时间。

输入输出双转换UPS示意图另外，APC Silcon系列UPS，是互动式UPS的变形，是采用Delta技术的补偿式UPS。

后后后补补补U P S补补补二、UPS 基本结构和功能后后后后在线式UPS，输入的是普通市电，输出的是高质量（稳定、无干扰）的交流电。

能量在从输入—输出的过程中，经过两次完全的转换。

第一次转换为交流直流，是在整流器（AC/DC）中完成的，整流器输入的是交流市电，输出的是直流电。

能量的第二次转换是直流—交流，是由逆变器（DC/AC）来完成的。

由IGBT(绝缘栅双极晶体管)组成的逆变桥电路，通过SPWM(正弦波脉宽调制)技术，将直流电转换成50HZ标准正弦波的交流电。

逆变器的交流输出，使用户得到一个充分保证的、稳定、无干扰的纯正弦波交流电源。

在能量的双转接过程中，市电供电中的所有干扰全部被消除。

输出的交流电与输入的市电之间，除了能量之间的传递外，在频率、电压等参数上，输入与输出都是没有任何关系。

2.1整流器整流器的作用是把交流市电转换为UPS内部直流，此直流除了要满足逆变器工作的需要外，在大功率UPS工作中，还担负着向电池组充电的任务。

UPS整流器可分为两类：工频整流器（可控或不可控），高频整流器。

工频整流器的建立在普通整流二极管或可控硅的基础上，一般为桥式整流。

特点：容量大，可靠行性高，工频（50Hz）工作，工作效率低，输入功率因数低，谐波电流大。

高频整流器是建立在BOOST（升压）电路基础上，工作频率高。

具有工作效率高，输入功率因数高，输入谐波电流小，体积小的优点，技术指标上具有明显的优势，高频整流器可以把输入功率因数从工频整流器的0.85左右提到0.95以上，输入电流波动从30％左右提到5％以下。

另一方面，BOOST电路本身是硬开关电路，在开关管开通瞬间，直流正负之间几乎是短路状态（电感量很小），在开关管关断的瞬间，又会遭遇电感储能电流的冲击。

因此，这个电路的可靠性较工频整流器要差。

可靠性较工频整流器低，目前超大容量不可作到。

2.2逆变器：逆变器是UPS中一个非常重要的部分。

逆变器的功能是把UPS内部直流或者后备电池转换成稳定的交流（正弦波）输送给负载。

逆变器的性能和可靠性在很大程度上直接影响UPS。

目前在线式UPS逆变器主要分为两类：2.2.1工频机的全桥逆变器2.2.2高频机的半桥串联开关逆变器2.3电池组在整流器（AC/DC）和逆变器（DC/AC）中间联有蓄电池组。

蓄电池组是UPS 中能量储备的重要环节。

没有蓄电池组的UPS，无法解决断电，交流输入过低等问题，只能起到稳压器的作用。

当输入市电正常时，蓄电池处于充电状态。

当输入市电断电或输入过低时，整流器输出直流将会消失或过低。

这时，蓄电池组立即输出直流，使逆变器的工作不受影响。

在这个过程中，逆变器的输出既不会有任何中断，也不会受到影响。

事物都是一分为二的，蓄电池组的重要性也正是体现在这里。

蓄电池在这个过程中，必须立即供出充足的能量，如果在此时，蓄电池不能立即供出充足的能量，逆变器势必出现中断或输出波型变形，造成严重后果。

所以，蓄电池组在UPS中是一个不容忽视的重要环节。

2.4静态旁路开关UPS的交流输入和输出之间，装有一个双向可控硅器件构成的静态旁路开关，此开关是UPS的重要组成部分，因为它将UPS的平均无故障时间提高了近（5～7）倍。

下面详细介绍它的工作原理及过程。

逆变器静态开关2.4.1旁路开关是UPS系统正常供电的最后防线当UPS逆变器出现故障时；当市电停电、电池能量被耗尽时；当UPS严重过载时……，这些时候，静态旁路开关就是UPS正常供电的最后一道防线。

静态旁路开关在过载150%时，可以连续工作，一般单次半周波浪涌可达数KA，这是对负载连续供电的最后支撑。

因而，保证逆变器-旁路之间顺畅转换，是UPS安全供电的重要环节。

2.4.2 UPS逆变器旁路转换过程UPS逆变器正常工作时，它跟踪旁路市电和旁路保持相位和频率一致，这时，旁路静态开关是关闭的，逆变器静态开关是开通的，负载由逆变器供电。

当UPS出现需要向静态旁路转换的情况时，静态旁路开关立即打开，此时静态旁路开关和逆变器静态旁路开关出现共同导通过程。

由于逆变器输出与旁路市电同相位，同频率，静态开关的元器件可控硅本身具有单向导通特性，电流不可能发生倒流，因而两路供电不会出现短路现象。

此时，逆变器PWM波开始关断，逆变器供出的电压幅度迅速降低，逆变器的静态开关形成自然关断。

可以看出，在这个过程中UPS负载的供电不会有任何中断。

反过来，由静态旁路恢复至逆变器的供电也是同样的一个过程。

从上述过程中可以看到，双静态开关在转换过程中起到至关重要的作用，尤其是逆变器静态开关，它把逆变器包括变压器的变化封闭在UPS内部，使负载不受任何不必要的干扰。

三、在线式UPS基本工作方式在线式（双转换）UPS基本工作方式主要有：单机工作方式、多机工作方式。

多机工作方式有：串联备份、并联工作方式。

多机并联工作方式又分为：并联冗余、并联增容以及并联热备份工作方式。

在并联工作方式基础上近年又结合STS技术发展了双总线工作方式。

下面对以上各种工作方式做一简要介绍。

3.1单机工作这是UPS的基本工作方式，也是多机工作方式的基础。

目前单机工作方式可以达到的水平是：平均无故障时间为：15～40万小时，可用性为99.999%～99.9999%。

3.1.1单机组成后后后后后后后后后后后后输入市电正常时,市电经过整流器将交流电转换为内部直流。

内部直流除了对电池组进行充电，同时为逆变器供电。

逆变器将直流电转换为高质量的交流电。

逆变器输出的交流电通过逆变器静态开关送到负载。

当整流器的输入市电发生故障时，整流器将没有直流输出。

这时电池组将为逆变器提供直流，使逆变器能持续向负载提供优质交流电流。

当逆变器出现故障或整流器的输入市电故障而电池组能量即将耗尽时，静态旁路开关开启，同时逆变器的静态开关关闭。

此时，由静态旁路输入市电不间断的向负载供电，这个转换过程是没有中断时间的，原因是逆变器输出的交流经过内部控制始终和静态旁路开关输入电源保持完全同步，逆变器静态开关和旁路静态开关又采取先开（开通旁路静态开关）后关（后关闭逆变器的静态开关）的操作过程，因而这个开关转换过程是没有中断的。

3.1.2 单机工作方式的两种工作方案单机工作方式可分为：单输入电源和双输入电源两种方案。

3.1.2.1单输入电源后后后后后后3.1.2.2双输入电源后后后后I I后后后后I后后3.1.2.3单输入电源和双输入电源两种方案比较双输入电源方案:由于静态旁路和整流器输入交流电源是由两路不同来源的市电供给，因而当输入市电Ⅰ发生故障时，如果此时电池组能量耗尽，UPS仍可由静态旁路将输入市电Ⅱ送到负载上，使负载不致停电。

而单电源输入方案，由于静态旁路和整流器输入是同一路市电电源，当市电电源故障时，整流器和旁路就同时失去了输入电源。

这时，一旦电池能量耗尽，UPS 就只能停电。

但是，单电源供电方案，施工简单，在无法提供第二路可靠市电电源的情况下，也是一种选择。

3.2串联备份后后后后后后后后后后在单机工作方式的介绍中，可以看到当UPS转到由静态旁路供电时，是由市电直接供电的。

这对于某些对供电质量要求极高的负载来说，是不能接受的，因而可以采用串联备份工作方式。

串联备份方式将UPS II输出接在UPS I的静态旁路输入上。

这样，UPS I的逆变器输出就会与UPS II的输出保持同步。

当UPS I的逆变器因各种条件停止工作时，UPS I的静态旁路将打开，由UPS II直接向负载供电。

这样，负载始终由UPS逆变器的优质电源供电。

3.2.1优点a 负载供电质量得到相当大的保证b 两个UPS市电输入可以由两路不同电源供电。