3.3.1 UPS的基本原理及分类
UPS是不间断电源的简称，在市电断电或发电机故障时，不间断地为用电设备提供交流电能的一种能量转换装置，主要包括以下几部分：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，逆变和旁路输出切换电路以及蓄电池等，其工作原理如图3-3-1所示。
图3-3-1 UPS工作原理框图
1.UPS的分类
UPS有多种分类方法，按频率可分为工频机和高频机；按工作方式可分为后备式、在线式和在线交互式；按安装方式可分为塔式和机架式；按供电体系可分为单相输入单相输出、三相输入单相输出和三相输入三相输出等。
（1）工频UPS
工频UPS是指输入、输出为工频50Hz，且具有输出变压器的UPS。
（2）高频UPS
高频UPS的工作频率高于20kHz。
工频UPS与高频UPS的优缺点比较如下：工频UPS是按照模拟电路原理进行设计的，机器内部的电力器件都比较大，整机体积大，所需安装空间大，其优点是在恶劣电网及环境条件下耐抗，环境能力较强、可靠性及稳定性高、带较大负荷运行时噪声较小；高频UPS的控制中心采用微处理器，把复杂的硬件模拟电路预制于微处理器中，同时配合软件程序的方式来控制UPS的运行，所以，高频UPS的优点是体积小、重量轻、制造成本低、售价较低，其缺点是在恶劣电网及环境条件下设备的耐受能力差，对环境依赖度高，适用于电网比较稳定、灰尘较少、温湿度合适的环境。
（3）后备式UPS
在市电正常时，由市电通过简单稳压滤波输出供给用电设备，蓄电池处于充电状态。当停电时，逆变器工作，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出给用电设备。由于平时市电正常时，逆变器是不工作的，只有在市电停电蓄电池放电时才开始工作，所以这种UPS被称为后备式UPS。
（4）在线式UPS
当市电正常时，市电经过整流和逆变后给负荷供电，同时给蓄电池充电；当市电出现异常或整流器出现故障时，蓄电池向逆变器提供电能，逆变后给负荷供电；当逆变器出现故障或UPS进行维修、维护时，UPS工作在旁路状态，此时市电直接给负荷供电。在市电旁路时，必须保证逆变器的输出电压与市电保持相同相位。
（5）在线交互式UPS
在市电正常时，直接由市电向负荷供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。在市电正常时，UPS供给负荷改良了的市电。
2.UPS系统常用供电方案
常见的UPS系统供电方案有4种：单机供电方案、串联热备份供电方案、并机供电方案、双母线供电方案。
（1）单机供电方案（见图3-3-2）
图3-3-2 单机供电方案
系统仅由一台UPS主机和电池系统组成，优点是系统简单、经济性好；缺点是不能解决由于UPS自身故障所带来的负荷断电问题，供电可靠性较低。为提高系统供电的可靠性，可设置旁路开关解决UPS故障时系统的供电。
（2）串联热备份供电方案（见图3-3-3）
图3-3-3 串联热备份供电方案
由两台或多台UPS通过一定的拓扑结构连接在一起，实现主、备UPS切换工作的供电系统，该系统在主用UPS正常时，由主用UPS承担全部负荷，备用UPS始终处于空负荷备用状态，即热备份；当主用UPS故障时，系统切换到备用UPS，由备机承担全部负荷。此方案与单机供电方案比，可以解决由于UPS自身故障所引发的供电中断问题；但是至少需要增加一台UPS作为备用，主、备UPS的切换有一定的供电转换时间。串联热备份方案相对来说也比较简单，在并机技术方案成熟以前，其也被广泛应用，提高单机UPS的可靠性。
（3）并机供电方案（见图3-3-4）
图3-3-4 并机供电方案
由多台相同厂家、相同型号、相同功率的UPS，在输出端并联在一起构成的UPS系统。并机系统内所有的UPS输出的电压、频率、相位必须实现严格的同步，各台UPS均分负荷；当其中任意一台UPS故障时，该台UPS从并机系统中自动脱离，其余的UPS继续保持同步运行并重新均分全部负荷。
（4）双母线供电方案（见图3-3-5）
图3-3-5 双母线供电方案
以两套独立的UPS构成的2N系统为双电源负荷或通过静态转换开关（STS）为单电源负荷供电。与单机、热备份和并机方案等单系统供电方案相比，双母线供电方案的优点是可以在一条母线完全故障或检修的情况下，无间断地继续保证负荷的正常供电，提高供电可靠性；缺点是需要两套UPS系统，电源系统的投资成本成倍增加。