不間斷電源 （UPS） 或不間斷電源是一種連續(xù)電源系統(tǒng)，可在輸入電源或主電源發(fā)生故障時(shí)為負(fù)載提供自動(dòng)備用電源。UPS與傳統(tǒng)的輔助/應(yīng)急電源系統(tǒng)或備用發(fā)電機(jī)的不同之處在于，它將通過切換到存儲(chǔ)在電池組、超級(jí)電容器或飛輪中的能量來提供近乎瞬時(shí)的保護(hù)，防止輸入電源中斷。大多數(shù)UPS的電池運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短（只有幾分鐘），但足以為啟動(dòng)備用電源或正確關(guān)閉受保護(hù)設(shè)備“爭(zhēng)取時(shí)間”。幾乎所有UPS還包含集成的電涌保護(hù)器，以保護(hù)輸出設(shè)備免受電壓尖峰的影響。

一、UPS不間斷電源的應(yīng)用：

UPS 通常用于保護(hù)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心、電信設(shè)備或其他電氣設(shè)備等硬件，在這些設(shè)備中，意外的電源中斷可能導(dǎo)致受傷、死亡、嚴(yán)重的業(yè)務(wù)中斷或數(shù)據(jù)丟失。UPS裝置的尺寸各不相同，從設(shè)計(jì)用于保護(hù)沒有視頻監(jiān)視器的單臺(tái)計(jì)算機(jī)（額定值約為200伏安）到為整個(gè)數(shù)據(jù)中心或建筑物供電的大型裝置。世界上最大的UPS，46兆瓦的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS），位于阿拉斯加費(fèi)爾班克斯，在停電期間為整個(gè)城市和附近的農(nóng)村社區(qū)供電。[1]

二、UPS不間斷電源可解決常見電源問題：

任何UPS的主要作用都是在輸入電源發(fā)生故障時(shí)提供短期電源。然而，大多數(shù)UPS單元也能夠在不同程度上糾正常見的市電問題：

1．電壓尖峰或持續(xù)過壓

2．輸入電壓瞬時(shí)或持續(xù)降低

3．電壓暫降

4．噪聲，定義為高頻瞬態(tài)或振蕩，通常由附近的設(shè)備注入線路

5．電源頻率不穩(wěn)定

6．諧波失真，定義為偏離線路上預(yù)期的理想正弦波形

7．UPS裝置還可能帶來電能質(zhì)量問題。為了防止這種情況，UPS的選擇不僅要根據(jù)容量，還要要考慮所提供設(shè)備所需的功率質(zhì)量。

三、UPS不間斷電源技術(shù)：

現(xiàn)代UP不間斷電源系統(tǒng)分為三大類：在線式、在線互動(dòng)式和備用式。

1．在線式UPS采用“雙轉(zhuǎn)換”方法，接受交流輸入，整流為直流以通過可充電電池（或電池組），然后反轉(zhuǎn)回120 V/230 V AC為受保護(hù)設(shè)備供電。

2．在線互動(dòng)式UPS保持逆變器在線，并在斷電時(shí)將電池的直流電流路徑從正常充電模式重定向到提供電流。

3．在待機(jī)（“離線”）系統(tǒng)中，負(fù)載直接由輸入電源供電，備用電源電路僅在市電發(fā)生故障時(shí)調(diào)用。

四、不同類別的UPS不間斷電源的特點(diǎn)：

大多數(shù)低于 1 千伏安 （1 kVA） 的 UPS 屬于線路互動(dòng)或備用類型，通常價(jià)格較低。

對(duì)于大型功率裝置，有時(shí)會(huì)使用動(dòng)態(tài)不間斷電源 （DUPS）。同步電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)通過扼流圈連接到電源上。能量?jī)?chǔ)存在飛輪中。當(dāng)主電源發(fā)生故障時(shí)，只要飛輪的能量沒有耗盡，渦流調(diào)節(jié)就會(huì)保持負(fù)載上的功率。DUPS 有時(shí)與柴油發(fā)電機(jī)組合或集成，柴油發(fā)電機(jī)在短暫延遲后打開，形成柴油旋轉(zhuǎn)不間斷電源 （DRUPS）。

1．離線/待機(jī)：

離線/備用 UPS：綠線表示電力流動(dòng)。典型保護(hù)時(shí)間：5–20 分鐘。擴(kuò)容：通常不可用。

離線/備用UPS僅提供最基本的功能，提供浪涌保護(hù)和備用電池。受保護(hù)的設(shè)備通常直接連接到輸入的市電。當(dāng)輸入電壓低于或高于預(yù)定水平時(shí)，UPS 會(huì)打開其內(nèi)部 DC-AC 逆變器電路，該電路由內(nèi)部蓄電池供電。然后，UPS 以機(jī)械方式將連接的設(shè)備切換到其 DC-AC 逆變器輸出。切換時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá) 25 毫秒，具體取決于備用 UPS 檢測(cè)丟失的市電電壓所需的時(shí)間。UPS 將設(shè)計(jì)用于為某些設(shè)備（例如個(gè)人計(jì)算機(jī)）供電，而不會(huì)對(duì)該設(shè)備造成任何令人反感的下降或掉電。

2．在線互動(dòng)：

線路互動(dòng)式UPS：綠線表示電力流動(dòng)。典型保護(hù)時(shí)間：5–30 分鐘。容量擴(kuò)展：數(shù)小時(shí)。

在線互動(dòng)式UPS在操作上與備用UPS相似，但增加了一個(gè)多抽頭可變電壓自耦變壓器。這是一種特殊類型的變壓器，可以增加或減少電線的通電線圈，從而增加或減少變壓器的磁場(chǎng)和輸出電壓。這也可以由降壓-升壓變壓器來執(zhí)行，這與自耦變壓器不同，因?yàn)榍罢呖梢越泳€以提供電流隔離。

這種類型的UPS能夠承受連續(xù)的欠壓掉電和過壓浪涌，而不會(huì)消耗有限的備用電池電量。相反，它通過自動(dòng)選擇自耦變壓器上的不同電源抽頭來補(bǔ)償。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，更換自耦變壓器抽頭可能會(huì)導(dǎo)致非常短暫的輸出功率中斷，[6]這可能會(huì)導(dǎo)致配備斷電警報(bào)的UPS“啁啾”一會(huì)兒。

即使在最便宜的UPS中，這也變得很受歡迎，因?yàn)樗昧艘呀?jīng)包含的組件。用于在線路電壓和電池電壓之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的 50/60 Hz 主變壓器需要提供兩個(gè)略有不同的匝數(shù)比：一個(gè)用于將電池輸出電壓（通常為 12 V 的倍數(shù)）轉(zhuǎn)換為線路電壓，另一個(gè)用于將線路電壓轉(zhuǎn)換為稍高的電池充電電壓（例如 14 V 的倍數(shù)）。兩個(gè)電壓之間的差異是因?yàn)榻o電池充電需要增量電壓（為 13 V 電池充電時(shí)高達(dá) 13–14 V）。此外，由于變壓器的線電壓側(cè)電流較低，因此更容易進(jìn)行開關(guān)。

為了獲得降壓/升壓功能，只需要兩個(gè)獨(dú)立的開關(guān)，以便交流輸入可以連接到兩個(gè)初級(jí)抽頭之一，而負(fù)載連接到另一個(gè)，從而將主變壓器的初級(jí)繞組用作自耦變壓器。電池仍然可以在“降壓”過壓時(shí)充電，但在“升壓”欠壓時(shí)，變壓器輸出太低而無法為電池充電。

自耦變壓器可以設(shè)計(jì)成覆蓋各種不同的輸入電壓，但這需要更多的抽頭，增加了復(fù)雜性，以及UPS的費(fèi)用。對(duì)于120 V電源，自耦變壓器通常僅覆蓋約90 V至140 V的范圍，如果電壓遠(yuǎn)高于或低于該范圍，則切換到電池。

在低電壓條件下，UPS 將使用比正常情況更多的電流，因此它可能需要比普通設(shè)備更高的電流電路。例如，要以 120 V 電壓為 1000 W 設(shè)備供電，UPS 將消耗 8.33 A 電流。如果發(fā)生掉電并且電壓降至 100 V，UPS 將消耗 10 A 進(jìn)行補(bǔ)償。這也反過來工作，因此在過壓條件下，UPS需要更少的電流。

3．在線/雙重轉(zhuǎn)換

在在線式UPS中，電池始終連接到逆變器，因此不需要電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)發(fā)生功率損耗時(shí)，整流器只需從電路中掉出，電池即可保持功率穩(wěn)定且不變。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，整流器恢復(fù)承載大部分負(fù)載并開始為電池充電，但充電電流可能會(huì)受到限制，以防止大功率整流器損壞電池。在線式UPS的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠在輸入的市電和敏感的電子設(shè)備之間提供“電氣防火墻”。

在線式UPS非常適合需要電氣隔離的環(huán)境或?qū)β什▌?dòng)非常敏感的設(shè)備。[7]雖然它曾經(jīng)被保留用于10 kW或更高的超大型裝置，但技術(shù)的進(jìn)步現(xiàn)在允許它作為普通的消費(fèi)設(shè)備提供，提供500 W或更低的功率。當(dāng)電力環(huán)境“嘈雜”時(shí)，當(dāng)市電驟降、停電和其他異常頻繁時(shí)，當(dāng)需要保護(hù)敏感的IT設(shè)備負(fù)載時(shí)，或者當(dāng)需要從延長(zhǎng)運(yùn)行的備用發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，可能需要在線UPS。

在線式UPS的基本技術(shù)與備用或在線互動(dòng)式UPS相同。然而，它的成本通常要高得多，因?yàn)樗哂懈蟮碾娏鹘涣?直流電池充電器/整流器，并且整流器和逆變器設(shè)計(jì)為通過改進(jìn)的冷卻系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。它被稱為雙轉(zhuǎn)換UPS，因?yàn)檎髌髦苯域?qū)動(dòng)逆變器，即使由正常的交流電流供電也是如此。

在線式UPS通常具有靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（STS），以提高可靠性。