UPS源于Uninterruptable Power System 英文缩写，其意是不间断电源系统。它是一种含有储能装置，以逆变电路为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，主要用于计算机、计算机网络和广播电视、通讯等各行各业、各个领域中的电力电子设备的持续高质量的电能供给。

    UPS 的输入供电一般都有主、备两路外电网。如果主路没电时，备电就会通过低压配电系统的双侧电源自投装置自动接入UPS 供电输入端，保证UPS的外电供应。但在某些供电质量不高的地区，经常会出现电网电压忽高忽低、供电频率严重漂移，甚至产生错、缺相供电质量问题，这些往往会引起UPS 整流电路输出的电压过高或过低,造成电池组的损坏和逆变电路的故障。为了避免这一故障的发生，三相输入UPS 都因此设计了相序、电压、频率范围的在线检测、控制保护电路，以防输入电网发生异常时, 控制UPS 启动相应的保护电路，保证整流电路和逆变电路的正常工作。

    为了使大家对此有一个较清醒的认识，避免在UPS 使用中，当遇电网异常时,由于不重视和操作不当，使之不能及时切换回正常工作模式，而导致不应有的严重后果。下面就以EAST 公司的EA8940H 型三进三出UPS 为例对电网的影响进行讲述和分析。

1 三相输入UPS 的组成及工作原理

    三相输入UPS 系统由输入滤波器、整流开关、整流器、总线滤波器、充电器、逆变器、逆变静态开关、旁路开关、静态旁路开关、输出滤波器、蓄电池组、手动维修旁路开关等组成。如图1 所示。

1.1 工作原理

    UPS 在实际使用中，根据电网的输入情况和工作需要有4 种不同的工作模式，分别叙述其原理如下。

    （1）市电供电正常时，由市电供电模式（见图1 中粗实线的工作流程指示箭头）。三相交流电源输入经滤波后，送至整流器，将交流电变换成直流电，然后一路经总线滤波器变换成平滑的直流电供给逆变器，另一路经充电检测控制电路给电池组充电。逆变器将整流的直流电由IGBT（绝缘栅双极性晶体管）经SPWM（正弦脉宽调制）变换，经逆变变压器转换，输出滤波后，输出纯净的正弦交流电，由静态开关零切换给负载。

    （2）市电异常时，由电池组供电模式（见图1中虚线的工作流程指示箭头）。逆变器将电池组贮存的能量由IGBT 经SPWM 变换，逆变变压器转换，输出滤波后，输出纯净的正弦交流电。

    （3）关机或输入直流异常（或UPS 主机故障）时，转旁路供电模式（见图1中点划线的工作流程指示箭头），通过旁路静态开关零切换至旁路供电，同时关闭逆变静态开关。

    （4）在不停止供电时维护或检修模式（见图1中细线的工作流程指示箭头）。首先将UPS 切换到旁路状态，然后合上维修开关，最后断开输入、输出和旁路开关之后，机内主电路没有电源，可进行维修。维修正常后，按相反的操作程序进行。输出开关闭合后，在没有断开维修开关时，不能开启逆变器。

1.2 UPS 控制原理

    三进三出UPS 一般均采用高速微处理器，高度融合数字化技术，由单主控板实现系统实时控制功能。系统集成度高，控制性能优异，抗干扰能力强，可靠性高，确保设备安全稳定运行。如图2所示。

    由图2可知，整个UPS 的运行都是在主控板微处理器的协调控制下进行的。通过电源和采样板的采样电路对输入进行电压、相位、频率的检测；同时还对整流、电池和温度进行检测，作出相应的控制，保证UPS 安全稳定运行。

2 电网供电异常对UPS的影响及处理

    UPS 设备虽然自身对电网的适应能力较强，在一定程度上改善了电网对终端负载的供电质量，起到稳压稳频、净化续电的调节作用，但由于UPS 设备对电网来说，也是一种负载，因而电网供电正常与否，也会对UPS的工作产生不容忽视的影响，理解这一影响产生的严重后果和掌握正确得当的处理方法，对确保UPS 的正常使用有着重要的现实意义。

2.1 电网供电异常的概念

    电网供电异常是指输入电压超限，即输入超出165～275 V 范围、输入缺、错相、输入频率超标，即输入频率超过47.5～52.5Hz 要求等情况。

2.2 UPS整流器的组成与工作原理

    整流器是UPS 电源的重要核心组成部件之一,了解和掌握其构成与工作原理, 对使用和维护好UPS 设备，避免电网异常引起的故障或损坏将起到积极的作用。

2.2.1 整流器的组成

    三相输入UPS 采用的是晶闸管的相控整流器，功能模块由保护断路整流开关、整流器、输入电抗器、电池温度补偿，电池浮充、电池定时均充等电路组成，如图3所示。

2.2.2 整流器的工作原理

    整流器控制电路通过对输入电的电压范围、频率范围、相位的测量，经过计算输出整流触发脉冲的相角，控制整流输出电压，同时对电池的充电电流进行测量，通过调整整流脉冲的相角控制充电电流，先恒流后恒压的充电方式。

2.3 外电异常时的分析

    只要电网供电出现输入电压超限，输入缺、错相，输入频率超标任何一种异常时，都会造成UPS由正常工作状态转向其他工作模式，以避免整流电路和逆变电路的损坏。例如当供电相序发生错位时，触发信号会产生错的相位触发，造成整流电压过高，会导致电池组的损坏和逆变电路的故障，因此设计了输入相序的在线监测，来保证整流电路的正常工作。整流器的保护输入采样控制原理及分析如图4所示。

    电网输入为相差120°的三相交流电，首先通过隔离降压变压器降压，然后通过整流电路整流成直流脉动信号，通过波形处理电路，送到MCU 的A/D 转换器，经过测量计算输入的电压值，判断三相输入电压的幅值范围（即有效值是否在165～275 V 范围内）和有无（缺相）；同时交流信号通过过零比较器，产生过零的与输入同频同相的方波送到MCU 的I/O 接口上，通过方波的边沿触发测量输入的频率（fA=1/TA、fB=1/TB、fC=1/TC）；通过测量三相上升沿之间的时间，判断输入相序。

2.3.1 输入电压超限保护与恢复处理

    当通过上述电路测量到的三相输入电压的任何一相电压值超过220（1±25%）V 时，MCU 送出输入电压超限保护信号，同时关闭整流器，报警“输入异常”。

    当电网供电电压恢复正常时，自动消除报警，并切换至正常工作模式。

2.3.2 输入电压缺相保护与恢复处理

    当测量到的三相输入电压的任何一相电压值过低（远远低于165 V 以下）时，MCU 送出输入缺相超限保护信号。同时关闭整流器，报警“输入异常”和“相序错误”。

    当电网供电恢复正常时，自动消除报警，切换至正常工作模式。

2.3.3 输入相序错误保护与恢复处理

    当测量到的三相电输入相序不为互差120°时，MCU 送出输入相序错误保护信号，同时关闭整流器，报警“输入相序错误”。

此时必须调整供电线路的相序，待输入相序调整正常后，UPS 整流器将在30 s内启动，由电池供电逆变输出模式切换至市电供电输出模式。

2.3.4 输入频率超限保护及恢复处理

    当测量到的三相电输入频率不在50±2.5 Hz范围内（即47.5~52.5 Hz），MCU 送出输入频率异常保护信号，同时关闭整流器，报警输入异常。

    当电网供电频率恢复正常后，UPS 会通过检测电路自动恢复正常工作。

3 结语

    在线式三相输入UPS设备，当检测到电网输入异常时，都会产生相应的声光电报警信号，以示提醒。当电网恢复正常时，设备检测到后，或自动、或人工恢复正常工作模式。近年来生产的PS 多数都采用自动检测恢复方式，提高了可靠性，而采用自动检测人工恢复处理的设备，如果报警后不能在电网恢复正常时，及时使UPS 设备恢复至正常工作模式的话，轻则使电池组放电结束，导致逆变器停止工作，UPS 转入旁路供电输出模式，更严重的是，转入旁路工作后，如果主、备电网线路同时中断，会造成终端设备失电的严重后果。

 

    作者简介

    王新国（1952-），男，高级工程师，西藏自治区广播电视局副局长，主管技术。

    卫沙沙（1957-），男，高级工程师，西藏电视台总工程师，目前主要从事广播电视工程项目。

    唐宪章（1954-），男，西藏电视台工程师。