不同UPS拓撲結構對供電系統的高可用性的影響

    USP供電系統的“高可用性”要求其系統必須具備可靠性、功能性、可維護性和容錯性四個要素，而UPS內部拓撲結構對系統的可靠性和功能性起著決定作用。可用性的關鍵要素，尤其是可維護行和容錯性，很大程度上取決于UPS冗余和配電系統選擇，本文對UPS內部不同的拓撲結構進行分析和評估，說明個結構如何對“高可用性”電源系統產生的影響。

    一、UPS拓撲結構：離線式UPS或后備式電源(SPS)

    離線式拓撲結構是最簡單的一種UPS結構，如圖1所示。正常運行情況下，交流市電直接流經UPS直至重要負載。充電器或“4象限變流器”將交流電轉換為直流電向電池充電。逆變器用于將電池提供的直流電轉換成交流電，當市電故障時為負載供電。逆變器通常運行于待機模式，保持對電池充電。如果市電超過規定范圍，逆變器通過電池向負載供電。該拓撲結構被稱為“單變換”，因為在任何時候，電源只能轉換一次(交流轉換為直流或直流轉換為交流)。正常運行情況下，少量交流電轉換為直流電，保持對電池供電。輸入市電電超出規定范圍時，UPS檢測到電源故障，切換繼電器動作，輸出逆變器啟動逆變器將電池提供的直流電轉換成交流電，向負載供電。

    離線式UPS價格非常低廉，僅適合于家用或為向只需要實施斷電保護應用的單臺計算機工作站供電的情形。有時離線式產品內置浪涌抑制和/或“降壓和升壓”電路，補償較高或較低的輸入電壓，但不嘗試提供任何有效的輸入電源調節。

    離線式UPS在設計簡單性方面得分較高，而在其它測量方面則稍有欠缺。離線式UPS一般應用于單相非重要負載。尤其是不兼容發電機等不足，使其不適用于三相應用。

    二、UPS拓撲結構：互動式UPS

    互動式UPS拓撲結構，如圖2所示。該結構與離線式UPS產品類似，不同之處是在市電電源和負載之間按照串聯的結構加入變壓器了或電感器。該電感器使UPS逆變器可以與輸入電源“交互”，并對連接至負載的輸出電源進行調節。也就是說在輸入電壓較高和較低狀況下，“降壓和升壓”電路能夠進行相應的調節。

    四象限變換器一般為恒壓設備。負載或輸入電壓變化時，四象限變換器通過調整輸出相位角，作出相應的改變。負載頻繁的發生變化，將導致電池放電，電池的頻繁放電將大大縮短其使用壽命。

    互動式UPS產品的另一個不足之處在于，如果不采用電池供電，將無法完全使重要負載與輸入電源間實現隔離。頻率出現微擾和電源質量較差，將直接影響到重要負載。若不實施電氣隔離，共模噪聲也將直接影響到負載的正常工作。

    互動式UPS產品的另一個不足之處在于，如果不采用電池供電，將無法完全使重要負載與輸入電源間實現隔離。頻率出現微擾和電源質量較差，將直接影響到重要負載。若不實施電氣隔離，共模噪聲也將直接影響到負載的正常工作。

    與離線式UPS相同，互動式UPS產品價格可能較低，而效率高，原因是，它僅在輸入電源異常時向重要負載供電，且僅在電池工作期間運作。與離線式UPS相比，互動式UPS設備由于其串聯電感器以及電源調節功能，在效率方面有所損耗。■