UPS技术发展现状与趋势
随着信息处理技术的不断发展，尤其是计算机的广泛应用和互联网的迅猛发展，信息设备对不间断电源（UPS）供电系统的容量、可靠性要求越来越高，不间断电源(UPS)的重要性日益凸显。为了适应各行业用户对UPS供电系统的更高要求，UPS的技术发展水平也在不断提高。
一、 UPS技术发展现状
1.1UPS技术发展现状
（1）UPS的输入端加装输入滤波器和有源功率因数校正器，并采用串并联补偿技术来降低输入电流失真度，减小UPS对市电电源的污染，使其向绿色电能变换型电源设备发展。（2）为实现UPS小型化，减小输出变压器和输出滤波器的尺寸，减小电磁干扰，目前已采用串联谐振逆变器，再经过隔离变压器和变频器组成高频连接的UPS。（3）数字控制已成为新型UPS控制技术发展的主流，即广泛应用数字信号处理器（DSP），尽可能使控制电路全微处理器化。因为数字控制器精度高，抗干扰能力强。而且计算技术的应用可使UPS更容易实现智能化管理，以便使电源运行在蕞优化状态。（4）蓄电池是UPS的心脏，一般都使用免维护密封铅酸蓄电池。目前已有以微处理器监控技术为主的电池管理体系，随时观察电池的充、放电状态，对电池进行保护。（5）采用冗余技术和热插拔技术。随着用户负载的增加以及对高可靠性的要求，多台UPS并联冗余运行来提高UPS系统的可靠性、可用性及扩充UPS容量已成为UPS系统配置的一种新趋势。其关键是采用了高可靠的并联冗余技术。业内厂商采用双数字处理技术（DSP高速数字信号处理技术和数字化锁相技术）对有功功率进行高速、地分配和控制，大大提高了UPS并联冗余系统的可靠性。
1.2 目前我国UPS的技术发展水平
多数UPS生产厂家对大容量UPS复杂的控制及保护电路技术的掌握程度和设计水平,目前还尚未达到能自主灵活设计的程度,在这方面可能也存在一些控制电路芯片的所有权问题。另有一些UPS制造商是以从国外进口零部件在国内组装贴国内品牌参与市场竞争,还有一些UPS制造商只购进主要零部件,在国内完成整机结构设计并经组装调试后成为自有品牌的产品。以上两种生产(合作)方式有利于对国外大容量UPS较深层技术的学习与理解,并能积累一些经验,在市场竞争中也有一定的价格优势,但是这种合作方式一般是以只有对方能掌握核心技术为原则。
国内的小功率UPS市场已经十分成熟，同质化现象严重，在大功率UPS技术方面，一些国内UPS厂商技术坚持自主研发、技术创新，使国产UPS技术提升到闲进水平，在市场份额、技术等方面已经接近。
二、UPS技术的发展趋势
UPS供电系统的技术与发展依托于先进的功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等综合技术，已呈现绿色化、模块化、集成化、高频化、智能化的发展趋势。
绿色化
21世纪是节能与环保的世纪，实现UPS的绿色化，其主要任务实际上就是要减少UPS对市电电网、负载和周围环境的谐波污染，提高UPS的电能变换效率。UPS对环境造成的污染是由谐波造成的。而实现UPS绿色化的主要方法可采用先进的功率因数校正技术、高频脉宽调制技术、多脉冲整流技术、电磁屏蔽和滤波技术、广义的软开关技术、串并联补偿技术等来尽快尽好地实现UPS绿色化。
模块化
模块化是在电源的传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，尤其在信息时代，UPS产品不断推陈出新，模块化设计的产品正在不断涌现。如何使产品的模块化设计全房位地满足市场的多样化需求，已引起厂商、开发人员及其标准化研究者的高度重视。
模块化被认为是UPS技术发展的趋势之一，相对于传统意义上的UPS，模块化UPS具有三大优势：
第1，“模块化冗余并联”技术避免了能源浪费。在行业用户的信息网络供电系统建设中，经常会对UPS的容量产生错误的、或是过低或是过高的预计，其结果可能会导致采购成本过高、无法满足负载需要或造成资源、空间及能源浪费等情况。模块化UPS通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。
第二，高安全、易维护的热插拔技术突破了应用瓶颈。传统高UPS在日常维护、设备维护期间均需要采取转旁路的方式，而负载在这种情况下是不受UPS保护的。因此，如果此时发生电源中断、过载等故障，将会造成严重的损失，并且其维修过程相对繁琐，不利时效。模块化UPS系统中采用的热插拔技术可以允许单体模块在不需停电的前提下任意进入或退出并联单元，从而实现了并联系统的在线维护，同时无需专门的仪器或技术即可进行。
第三，电源相位多制技术降低了采购和管理成本。传统UPS的电源输入与输出相位是固定的，因此用户在进行供电系统建设时，经常会为了顾全不同的相位及容量而增加UPS的数量。在模块UPS系统下，则可以采用电源相位多制技术来改变过往单一性造成的制约，用户无需再考虑如何采购不同相位或容量的UPS产品来适应系统的需要。
集成化
UPS从初始的设备保护和系统保护的纯后备电源技术发展到的信息保护、智能管理和整体机房集成一体化应用，其内涵已扩展到发电、配电、变换、不间断电源、机房、动力设备、电力电缆、数据布线、环境监控及系统管理等方面，已不是初意义上的UPS，UPS设备只是该系统的核心部件。
一些UPS厂商和供电系统的设计者也意识到这一点，因此在不断提高UPS设备的性能和可靠性的同时，还加强对整体供电系统的研究，包括：系统中各种设备和环节的相互匹配和可靠性问题以及各种设备和环节连接技术的研究和规范化问题、供电系统的布局(集中式、区域式、分散式)问题等等。由此，一些供电系统厂商提出了供电系统“一体化解决方案”，而其中以端到端一体化解决方案蕞具特色。
高频化
近年来，为了提高数据中心PUE（能效比），高频机型UPS推出了很多新功能，填补工频机型UPS功能上的不足，也使得高频机型UPS的优势更加明显。
高频UPS与工频UPS相比所具有的优点
1、输入功率因数高
输入功率因数不超过0.8谐波电流有30%之大。如果前面接发电机，工频机UPS一般在200kVA，以下的输入电路都采用了晶闸管6脉冲整流。发电机的容量至少要3倍于UPS容量;如果是单相小功率UPS发电机的容量至少要5倍于UPS容量。
谐波电流小于5%,任何容量的高频机UPS输入功率因数都可做到0.99以上.前置发电机的容量理论上和UPS功率相同,大大减少了投资和占地面积等。尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。
2、自身功耗小
必需外加谐波滤波器或改为12脉冲整流,若要求工频机输入功率因数为0.95以上时.如图1所示。使得工频机UPS效率比高频机UPS低5%同为100kVA容量时,工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电!
3、对外干扰小
机械噪声影响人的身心健康,工频机UPS发生电噪声和机械噪声。电噪声影响机器的稳定度.降低工作效率。而高频机UPS工作在20kHz以上,20kHz人耳听不到频率,使工作环境安静下来。又由于高频机UPS输入功率因数高达0.99以上,对外干扰几乎为零。
4、体积小、重量轻
而同一厂家的250kVA高频机UPS重量只有830kg工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz电感电容等低频器件使得体积、重量都很大。比如某品牌200kVA工频机UPS重1380kg。
5、全数字技术
现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高频机UPS技术是一种全数字化技术,工频机UPS当初采用的模拟技术.可靠性是很高的。
6、对电网的适应能力强
这又大大延长了电池的寿命。工频机UPS对于适应输入电压±15%变化已很不易;而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化。
7、能将并机环流衰减到几乎为零
而变压器的直接并联容易产生环流,工频机UPS并联是变压器的直接并联.而且这个环流的路径疏通无阻,如图2a所示;高频机UPS由于没有输出变压器,其并联如图2b所示,可以看出这里的环流路径上处处是障碍,小于2V电压差根本形不成环流,而工频机UPS此情况下就会形成很大的环流。
智能化
为了适应IT行业的发展，UPS技术中采用数字控制技术、数据采集技术、信号处理技术、电源管理技术、网络通信技术，计算机硬件及软件技术来完整实现UPS网络化、数字化和智能化。以下例举实现智能化的一些功能和要求。
（1）实时监控功能。它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速采样，实现数字式监控。
（2）自诊断、自保护功能。UPS将实时采集来的各项模拟参量和工作状态数据以及系统中的关键硬件设备的数据与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障信息级别在控制面板的显示屏上以友好的图形界面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通等方式报警，并做出相应的保护动作。
（3）人机对话的控制方式。大型UPS可向用户提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和参数信息。可以提供让用户操作的可视化菜单。并以帮助和不断提示的方式引导用户按照既定方式处理故障，有效防止误操作。
（4）远程控制功能。在网络化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的负载设备提供保护，还应该对整个网络中的运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP(简单网络管理协议)管理器，使其具有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS成为网络系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软件监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过互联网，纳入网络管理系统来管理UPS。
三．UPS技术发展新方向
1.直流高压UPS
高压直流(HVDC)UPS很有可能是UPS发展的下一个阶段，不仅是因为高压直流UPS几乎传承当前所有UPS的热点和技术前沿技术，也不仅是它能够兼收传统UPS和-48VDC通信电源之间所长而摒弃其短，更重要的是它能够在实现传统UPS所有功能的基础上更好地满足负载供电的可靠性、经济性和适应性。
HVDC供电相对于传统UPS供电，不但可靠性高、效率高、节能成效显著，而且特别适用于负载重的机房。该技术可推广性强，适合通信机房新建及改造。
HVDC比传统的UPS少一个DC/AC逆变器及服务器机架内部的AC/DC整流器，这样大大提高了供电系统的效率，从而降低供电系统的发热损耗，发热损耗的降低也减少了空调的配置。HVDC供电方式的应用可以比采用UPS供电节约电能10%~20%。
2.飞轮UPS技术
飞轮储能技术经过多年的探索和演进，呈现一种螺旋式的上升的态势。早出现的飞轮也是机械能UPS。当时的问题主要是体积和维护上的问题。经过不断的努力和探索，飞轮储能技术也已有了新突破：将先进的集成真空磁悬浮飞轮储能技术和在线互动式UPS技术结合在一起。二者结合在一起既实现了传统的飞轮储能特点，还结合了静态UPS的供电特点。飞轮UPS产品可以与传统UPS兼容，也可以再配置同样容量的传统UPS相互替换，提高了用户的开放性和灵活性。
飞轮UPS与传统UPS相比，运行效率非常高。在50%的负载情况下，飞轮UPS效率为97%，40%的带载情况效率为96%。而传统UPS在50%的负载只在87%左右，40%的带载率时会降到83%。因此在带载率越低的工作场合，飞轮UPS所节约的电能会越多。这对于数据中心的节能环保具有现实意义。另外，飞轮UPS运行的噪音非常小，完全符合机房标准，噪声值小于70分贝。
飞轮UPS无论是发展前景还是市场潜力都是比较广阔的空间。
