2.1.2 UPS的组成、电路结构、主要参数及可靠性指标

1.UPS的组成

（1）整流充电器

整流充电器可以把市电或备用发电机组的交流电能变换为直流电能，为逆变器和蓄电池提供能量，其性能的优劣直接影响UPS的输入指标。

① 晶闸管整流充电器。晶闸管整流充电器输出容量大，可靠性高，工作频率低，滤波器体积大，噪声大，适用于输入电压低、功率大的UPS。

②二极管与IGBT组合型整流充电器。二极管与IGBT组合型整流充电器的工作频率高，具有输入功率因数校正功能，滤波器体积小，噪声小，可靠性高，适用于中、小功率UPS。

（2）逆变器

逆变器用以把市电经整流后的直流电能或蓄电池的直流电能变换为电压和频率都比较稳定的交流电能，其性能的优劣直接影响 UPS的输出性能指标。IGBT逆变器工作频率高（20kHz），滤波器体积小，噪声小，可靠性高。

（3）旁路开关

旁路开关是为提高UPS系统工作的可靠性而设置的，能承受负载的瞬时过载或短路。因为UPS的逆变器采用电子器件，如IGBT的过载能力仅为125%，当UPS供电系统出现过载或短路故障时，UPS将自动转换到旁路，以保护UPS的逆变器不会因过载而损坏。UPS供电系统转入旁路供电后，是由市电直接供给负载的，因市电的系统容量大可提供足够的时间使过载或短路回路的断路器跳闸，待系统切除过载或短路回路后，旁路开关将自动转换回由UPS继续向其他负载供电。

① 静态旁路开关。静态开关为无触点开关，由晶闸管开关器件构成。所谓电子式静态转换开关，是将一对反向并联的快速晶闸管连接起来作为UPS在执行由市电旁路供电至逆变器供电转换操作时的器件。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级，与小型继电器毫秒级的转换时间相比，它只是小型继电器的千分之一左右。因此，依靠这种先进技术，可以对负载实现转换时间为零的不间断供电。在正常工作时，只有逆变器供电通道或市电旁路供电通道之中的一路向负载供电。只有当UPS需要执行由市电旁路供电至逆变器供电转换操作时，才会出现短暂的（约几毫秒至几十毫秒）两路交流电源在时间上重叠向负载供电的情况。静态开关可以将转换时间缩短到毫秒以下，甚至100μs以内，但损耗较大。

② 动态旁路开关。动态开关为有触点开关，由接触器、断路器构成，靠机械动作完成转换。动态开关转换过程会有几十毫秒的供电中断，所以不能应用于重要的负载场合，现代的UPS已很少采用。

（4）蓄电池

蓄电池用以为UPS提供一定后备时间的电能输出。在市电正常时，由整流充电器为蓄电池提供电能，变换为化学能；在市电中断时，蓄电池将化学能变换为电能为逆变器提供能量。

2.UPS的电路结构

从主电路结构和不间断供电的运行机制来看，目前技术成熟并已形成产品的各种UPS主要有3类：后备式、在线互动式、在线式。理想的UPS应具备以下性能。

① 在正常或后备工作方式下，即使给非线性负载供电，UPS输出可控正弦电压且总谐波畸变率小。

② 当市电发生故障时，无间隔地从正常工作方式过渡到后备工作方式，反之亦同。

③ 对于任意负载，在后备工作方式下，UPS输入正弦电流，THD小且输入功率因数为1。

目前市场上UPS的品牌很多，有上百种之多，性能也各有千秋。不论什么品牌，根据目前的技术水平，大部分都可满足基本指标的要求，如不停电转换、输入输出电压稳定度、输出频率稳定度、R232接口、联网能力、无人值守等。不管品牌如何之多，从电路结构上可归纳为以下几类。

（1）双变换结构

① 传统式双变换结构。这是目前应用历史最长、人们认为性能最好的一种UPS。它的特点是除整流充电器、逆变器外还带有输出隔离变压器，可以将负载与市电进行有效的隔离和缓冲。过去由于电力电子器件的限制，缺少高耐压、大电流的功率器件做逆变器，整流充电器变换出的直流电压不能很高，所以逆变器输出的交流电电压比较低，需要输出隔离变压器再进行一次升压。它的工作特点是交流市电经整流充电器变为稳压直流，经过电容滤波后由逆变器变换为纯净的交流电，再经输出隔离变压器输出稳定适用的电压。这类UPS除用于单机运行外，还可并联增容和冗余。输出电压无3次谐波，对两个方向上的电压变化都有缓冲作用，负载电压上无直流分量，允许逆变器在很大的直流电压范围内工作，中线上无电流，UPS在多机并联时可共享一个蓄电池或各具有自己的蓄电池，容量可做得很大。由于负载功率100%通过两个变换器，所以属于串联调整范畴。

在超过30kVA的大功率的情况下，这是目前认为性能最好的UPS，容量可做到500kVA以上。由于这种UPS的正常工作状态就是逆变器工作状态，所以才有上述这些优良功能，并且在很多重要部门得以广泛应用。

但在小功率的情况下，由于电力电子器件已能够满足小功率使用的高压设计，带输出隔离变压器的小功率UPS，存在输入谐波污染高、效率低下、体大笨重等固有缺陷，这类结构在国际上已属淘汰之列。

② 高频双变换结构。这种结构UPS的出现解决了传统式双变换结构体积大、效率低和造价贵的问题。它和前者的不同在于没有输出隔离变压器，而且逆变器的脉宽调制频率比前者高，前者一般在10kHz以下，而高频双变换结构的一般在20kHz或以上。由于没有输出隔离变压器，所以也就没有隔离和缓冲的余地，对直流电压的要求也比前者严格，其输出电压直接受负载变化的影响。逆变器功率管在接近满载时比传统式双变换结构的容易损坏。

高频双变换结构UPS基于高耐压、大电流的功率器件，没有输出隔离变压器，输入采用PFC功率因数校正电路，直流电压高，逆变器输出电压经滤波后可直接达到标准的市电电压。逆变器的脉宽调制频率比前者高，瞬态响应速度快。与传统式双变换结构UPS相比，这种结构UPS的输入功率因数普遍较大（10kVA以下可以达到0.99，10～ 20kVA可达0.95以上），效率也高（20kVA以下效率可以提高20%～30%），体积小，重量轻。

但这种结构UPS的容量也不易做得太大，一般做到30kVA左右，高的也有达到80kVA的，但并不普遍，目前国际上超过30kVA的技术和可靠性还不是很成熟。在大功率的情况下，由于没有输出隔离变压器，负载中线隔离和缓冲不好控制，输出电压零线上有不易限制的谐波电流，所以零线电压常常不为零，在输出电压上的直流分量也不易消除。

如前所述，由于双变换结构即使在市电很稳定时，也要对其进行两次变换后才将电能输送给负载，无形中浪费了部分能量，不能充分利用市电。如果当市电稳定在某一指定范围内时，不进行上述的两次变换，只进行必要的滤波，而后将这个经过净化的电压直接输送给负载，那么就节省了能量，提高了效率，降低了工作温度，从而提高了可靠性。

（2）三端口单变换结构

三端口单变换结构UPS是为了解决双变换结构UPS效率难以进一步提高的问题而出现的一个品种。这种UPS的结构特点是省去了输入整流充电器，其整流充电作用由电路中称为双向变换器的逆变器充当，逆变器处于后备状态工作。输入与输出之间采用参数稳压器的工作方式，通过对逆变器电流的方向和大小的调节稳定输出电压，仍可保证输出电压的稳定度，过载能力很强，市电供电状态满载工作时效率比较高。但这种结构的不足是空载损耗大，而且输入电压可变范围小。

三端口单变换结构的工作方式有在线式、在线互动式和后备式。早在20世纪七八十年代，我国就有了后备式三端口单变换结构UPS。20世纪80年代末90年代初，FISKAR公司推出了DELTEC8/9000在线式三端口单变换结构UPS系列，功率从2.4kVA做到56kVA，其输出电压稳定度也同样做到了±2%，其他常规指标和传统式双变换结构UPS一样；其缺点就是输入功率因数太小，输出电压稳定度一般做得都不高。在线互动式三端口单变换结构UPS是典型的三端口结构，其工作模式属于并联调整模式。在线互动式三端口单变换结构UPS省去了输入整流充电器，其作用由称为双向变换器的逆变器充当，其工作方式类似于经济运行方式，其效果也是在线式的，即当市电在允许范围内变化时，负载主要由经过粗稳和滤波的市电供电，只有当市电异常时，才由逆变器向负载供电，这时的功能和双变换结构一样。在线互动式三端口单变换结构UPS的正常调整功能不是采用参数稳压器，而是采用了变压器抽头串联调节方式，虽然消除了对输入功率因数失真的附加作用，但同时也降低了输出电压稳定度，这种UPS的转换时间也可做到零。

（3）串并联调整结构

串并联调整结构UPS的出现，可以较好地满足用户新的需求。从结构上讲，双变换结构UPS属于串联调整模式，在线互动式三端口单变换结构UPS属于并联调整模式。串并联调整结构UPS不但具备了上述两种UPS的优点，而且又将双变换结构和在线互动式三端口单变换结构UPS的功能提高到一个新阶段：它的得尔塔（Delta）双向变换器可将输入功率因数调整到接近1，系统效率提高到97%，过载能力可在200%维持60s，隔离干扰能力强等。而实现这些功能的造价仅是双变换结构电路实现该功能造价的几分之一，并且可多至9台并联。

串并联调整结构UPS是并联调整式三端口UPS的重大改进，通过采用双向变换器代替参数稳压器，产生既有串联调整又有并联调整的双重调整结构。而且这种双重调整结构既有电流源又有电压源，不仅把三端口UPS的功能提高到了崭新的阶段，保存了原来的全部优点，而且解决了原有的空载低效、电网适应范围小的缺点，又具有高效率、大输入功率因数的特点。除此以外，其输出电压稳定度等常规指标也做得和双变换结构一样，并且还可多机并联，所以该电路结构使UPS的变换技术出现了新的发展方向。

串并联调整结构UPS的Delta双向变换器可将输入功率因数调整到1，这就意味着它对电网不产生干扰，对UPS的输入线缆、熔丝和开关甚至发电机等不需要增加太大的余量。理论上前面这些环节的功率容量只要和UPS的相当就可以了，而传统式双变换结构UPS为了实现这个目标，即使多花出25%以上的制造成本，输入功率因数也难于达到0.9；虽然高频双变换结构UPS的输入功率因数可达到0.98以上，但在别的指标上却又遇到了困难。串并联调整结构UPS的效率可达到97%，串联调整式传统双变换结构UPS的效率很少能做到94%，大多在92%左右。虽然有的UPS用经济运行方式，效率可达到97%或以上，而实际上这是利用旁路的后备应急方式在牺牲良好指标的情况下达到的。

串并联调整结构是由双变换结构和三端口单变换结构发展而来，具备二者的优点。传统式双变换结构的两个变换器都是单向工作的，即第1个变换器只作正向变换（整流），而第2个变换器只作反向变换（逆变）。传统式双变换结构的两个变换器是各自独立工作的，串并联调整结构的两个变换器在市电正常供电时，不但一直在作双向变换，而且是互控互补的，即该两个变换器必须同时工作，缺一不可。例如，当市电输入电压低于系统输出电压时，UPS系统就从输出端吸收一部分功率，功率流通过变换器2，送到变换器1的输出变压器上，此时变换器2工作于整流状态，而变换器1则工作于逆变状态，使变压器输出一个与市电同相的电压，将市电电压的不足量补充上；当市电电压高于负载要求的电压时，UPS系统就由变换器1吸收一部分市电能量，并产生一个与市电反相的电压去抵消市电的多余电压，此时变换器1工作于整流状态，而变换器2则工作于逆变状态。

3.UPS的主要参数

（1）输入电压可变范围

标准规定，输入电压可变范围分为3类：I类为±25%，II类为±20%，III类为10%～15%。输入电压可变范围越大，则负载由蓄电池逆变供电的机会越少，可以有效地延长蓄电池的使用寿命。但后备式及在线互动式UPS，其电路拓扑决定它的输入电压可变范围不可能很大，否则其输出电压稳定度将很低。在线式UPS如果要求输入电压可变范围大，则将导致成本提高。

（2）输入功率因数

标准规定，输入功率因数分为3类：I类为≥0.95，II类为≥0.90，III类为≥0.85。输入功率因数太小是供电电网不允许的。输入功率因数小，意味着输入无功功率大，输入谐波电流将污染电网，它以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流在外电网电路阻抗上形成脉动电压迭加在电网电压的正弦波上，造成电压失真，使由同一电网供电的变压器、电动机等产生附加谐波损耗、过热，加速绝缘老化；高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电表计算精度。

UPS输入功率因数小，一般有两个原因。一个原因是UPS本身不产生谐波电流，但UPS本身没有功率因数校正功能，而UPS负载一般是整流/容性的非线性负载，尽管这种UPS带阻性（即线性）负载时输入功率因数大，但这不是实际工作情况。在线互动式或后备式UPS会将负载的小功率因数传递给UPS的输入端，从而污染电网。另外，传统在线式UPS在双变换的第一级整流时，采用晶闸管整流（或二极管整流桥）加滤波电路。整流管的一端是交流，另一端是直流，整流管只在交流电压瞬时值高于另一端直流时才工作。UPS向市电吸收脉冲电流而非正弦电流，当然也可以在输入端加滤波电感以平滑电流，但对于单相UPS一般也只能将输入功率因数做到0.8左右，对于三相一般为0.9，此时输入滤波电感很笨重（因为是工频），每提高一个百分点都是非常困难的。

（3）输入电流总谐波畸变率

标准规定，输入电流总谐波畸变率分为3类：I类为＜5%，II类为＜15%，III类为＜25%。输入电流总谐波畸变率是指输入电流中非基次电流占总电流的百分比。输入电流总谐波畸变率越小，UPS的性能越好。输入功率因数（PF）与输入电流总谐波畸变率（THDi）的关系为

（4）输入频率范围

标准规定，输入频率范围为50Hz±4%。在要求的输入频率范围内，负载由市电变换后供电，当频率超出范围时由蓄电池逆变供电。因此，输入频率范围越大，则启用蓄电池工作的机会越少，可以延长蓄电池的寿命。

（5）频率跟踪范围及速率

标准规定，频率跟踪范围为50Hz±4%可调，频率跟踪速率小于等于1Hz/s。从UPS的性能考虑，频率跟踪范围（同步锁相范围）越大越好，因为转换开关只有跟踪（同步）时才能顺利转换。否则，UPS因为旁路与逆变不同步存在环流而容易损坏，或者存在较长的转换时间。频率跟踪速率主要是为了保证输出频率瞬变不太大，变化平稳。如果将UPS的频率跟踪范围设计成1～3Hz可调或可选，则用户可以根据需要选择。当超出这个范围但小于±5Hz时，则由蓄电池逆变供电。这样增强了用户的灵活性。

（6）输出电压稳定度

标准规定，输出电压稳定度分为3类：I类为±1%，II类为±3%，III类为±5%。UPS的输出电压稳定度与电路拓扑及控制方式有关。一般来说，后备式UPS最低，甚至大于± 15%，在线互动式UPS一般为±5%。

如果UPS的输出电压稳定度高，则计算机设备内的开关电源承受的应力变化小，可靠性就会提高。采用双变换在线式电路拓扑及运用DSP技术，可使输出电压稳定度大为提高，可以达到≤1%。

衡量UPS的一个主要指标就是输出电压稳定度，一般用户需要的输出电压稳定度为± 5%，有许多UPS可以达到±2%、±1%。要保证电压的稳定性，可以采用交流稳压技术中的电压补偿原理。例如，串并联调整结构UPS中的变换器1对UPS输入端进行输入功率因数补偿，并抑制输入电流谐波畸变，并与变换器2完成对输入电压的补偿。

（7）输出频率稳定度

标准规定，输出频率稳定度小于等于±0.5Hz。所谓输出频率稳定度，是指在蓄电池逆变时的精度。因为目前逆变时的频率一般由晶振分频而得，所以绝大部分UPS的输出频率稳定度都可符合规定。

当市电异常或逆变器异常时，不论是由市电转换到逆变器，还是由逆变器转换到市电，都要求这种转换要“平滑”，而要做到这一点，就必须采用同频同相（一般相位差不大于3°）电源。因此，锁相是必须的，一般输入频率适应范围是50Hz±5%（或±6%）。

而传统在线式UPS的说明书则表明输出频率稳定度为±1%甚至±0.5%以下。实际情况，不论是在线互动式 UPS，还是传统在线式 UPS，一般对输入频率稳定的要求大多是50Hz±5%。如果市电频率变化超过这个范围，则此两种UPS都转换到蓄电池供电状态，这时输出频率稳定度都很高。

当然，在线互动式UPS的输出频率在50Hz±5%内变化，而传统在线式UPS的输出频率同样在50Hz±5%范围内随市电变化。因为一般传统在线式UPS都有锁相环节，在市电频率为50Hz±5%的变化范围内，UPS输出频率不但与市电同频率而且同相位，换言之，传统在线式UPS的输出频率在市电正常时也是随市电而变的。

（8）输出波形失真度

标准规定，输出波形失真度分为3类：I类为≤2%，II类为≤3%，III类为≤5%（线性负载）。输出波形失真度是指输出谐波成分占输出谐波、基波之和的百分比。该指标越小越好。该指标以前的国内标准规定为≤5%（大功率）或≤10%（小功率）；现在的标准已经提高了。后备式及在线互动式UPS对该指标改善甚微，DSP控制的在线式UPS能有效地减小输出波形失真度。

（9）动态电压瞬变范围及瞬变响应恢复时间

标准规定，在逆变工作方式时，线性负载电流从零到额定电流变化时输出动态电压瞬变范围为±5%，瞬变响应恢复时间分为3类：I类为≤20ms，II类为≤40ms，III类为≤60ms。该指标一直有争论，可把超出输出电压稳定度范围输出电压的持续时间作为瞬变响应恢复时间。这样取不同等级的输出电压稳定度，则该时间也不同。

（10）输出功率因数

标准规定，输出功率因数小于等于0.8。这个指标是对负载的限制，也是对UPS带负载能力的衡量。在以前的标准《GB/T14715-93 信息技术设备用不间断电源通用技术条件》中叫做负载功率因数，规定为0.8。而在《GB7260-87 不间断电源设备》中规定“负载功率因数为0.7～0.9（滞后），额定为0.9”。

以前UPS的主要负载不是整流容性的非线性负载，对目前的计算机、服务器等设备来说，若输入功率因数为0.8，则此类负载既需要无功功率，也需要有功功率，如果UPS提供不了这种功率需求，则负载或UPS无法正常工作。一般采用带阻性负载来验证这个“带负载能力”指标，至于提供无功功率的能力，由输出电流峰值系数及输出电压失真度来验证。

（11）过载能力

标准规定，过载能力分为3类：I类为10min，II类为1min，III类为30s（过载125%）。过载能力一般是针对正常工作方式时的过载，I类为10min主要是针对大功率UPS来说的，中、小功率UPS一般采用II类和III类。部分品牌UPS的过载能力在125%/1min的基础上增加到150%/30s，为此在以上标准之外又增加了150%的过载，这是考虑了计算机等浪涌冲击性大的负载。另外，UPS在正常工作方式时若发生输出短路，则UPS应该作关机保护。

（12）输出电流峰值系数

标准规定，输出电流峰值系数大于等于3。这也是一个衡量UPS带负载能力的指标，该指标越大越好。输出电流峰值系数是输出电流峰值与有效值之比。正弦波的峰值系数为1.414，计算机、服务器等整流容性负载的电流峰值系数为2.5～3.0。

（13）蓄电池智能管理功能

标准规定，UPS应具有定期对蓄电池进行自动浮充和均充转换、蓄电池自动温度补偿、蓄电池放电记录功能。蓄电池是UPS的重要组成部分，也是UPS中的薄弱环节。UPS出现的故障有很大比例是蓄电池故障或由蓄电池引起的。UPS中的蓄电池绝大部分为阀控密封式铅酸蓄电池，其寿命及放电容量与温度有很大的关系。对均充及间隙充电等是否能延长蓄电池寿命的问题上，蓄电池厂家与UPS厂家也有不同看法。很多蓄电池厂家认为阀控密封式蓄电池不需要均充。先限流后恒压的充电方式是UPS中较为广泛采用的，根据温度来调节充电电压的高低。根据负载大小及蓄电池容量判定蓄电池的剩余工作时间很重要。另外，一般需要有高压报警、低压关机等功能，以提高UPS的可用性。

（14）绝缘电阻

标准规定，UPS的测试绝缘电阻在输入端、输出端对地施加。标准里没有输入端与输出端的绝缘要求，也就是说不一定要采用变压器进行电气隔离。在机房中，隔离变压器能隔离零线和火线，但是不能隔离地线。如果UPS具有零线、火线接反检测及零地电压高报警功能，则可以满足网络用户的要求。

（15）转换时间

由于UPS有时要在旁路和逆变器之间通过开关转换，所以一般都存在着一定的转换时间。因此，一般在电路中加入储能环节，这样，转换时间虽然补充上了，但需要增加设备的造价。利用三端口逆变器在任何情况下均可实现零转换，因为每当进行转换前，首先启动逆变器，当转换停止后才关闭逆变器，这就起到了类似存储能源的作用，当逆变器突然发生故障时，由于其变压器漏感的储能作用，也可做到“平滑”过渡。

UPS在工作时存在着两种转换，即市电异常时的转换和逆变器过载或发生故障时的转换。在线互动式小功率UPS在任何情况下的转换时间都是一样的，即2ms。而传统在线式UPS的两种转换是不一样的。事实上，在市电异常时，此种UPS不存在转换，只是在整流电压低于蓄电池电压时，蓄电池由原来的充电状态转换为放电状态而已，无转换时间。若逆变器过载或发生故障，则必须将负载转换到旁路上去，这个转换时间不可能为零；而当逆变器恢复正常后，负载又必须从旁路转换回逆变器上，仍然有转换时间，尤其许多小功率UPS的转换是靠继电器实现的，其转换时间更长（除非另加储能环节）。因此，以往的小功率在线式UPS的说明书上大多标明转换时间为零，实际上是不确切的。

标准规定，市电与蓄电池间转换时间分为3类：I类为0ms，II类为＜4ms，III类为＞4ms。电路拓扑结构不同，则市电与蓄电池间转换时间不同。一般在线式UPS因市电及蓄电池都变换为一个中间直流电压（行业内称UPS母线电压），而这个中间直流电压都有比较大的电解电容，所以在线式UPS的市电与蓄电池间转换时间为零。而后备式或在线互动式UPS是通过继电器进行转换的，一般存在一个几个毫秒的转换时间。这个转换只要市电不良就会发生。

标准规定，逆变旁路转换时间分为3类：I类分为1ms，II类分为＜4ms，III类分为＞4ms。在线式UPS一般在开机瞬间、过载、过温、整流逆变通路发生故障造成输出电压不正常时，会转换到旁路供电。应该说这个转换发生的概率小于因市电不良而转换的概率。这个转换对于小功率UPS，一般采用继电器便能完全满足要求，但在大功率UPS中因大继电器动作时间长，一般采用SCR实现。

（16）效率和工作温度

效率是UPS的一个主要指标。效率低了，一方面增加了运行时的耗电量，使环境温度升高，从而影响别的设备运行；另一方面也增大了在高温下的元器件故障率，因此，可以采用几种方法来提高效率和降低工作温度。首先，对于大功率UPS，采取减小输入谐波电流的方法，主要是采用12相或24相脉冲整流方案；对于小功率UPS，则采用附加功率因数校正电路或采用PWM整流的方法，使输入功率因数达到0.95～0.99。此外，可以采用微处理器和DSP构成全数控型UPS，使所用元器件数量大为减少，从而提高可靠性，减少故障，降低对工作温度的要求。

4.UPS可靠性的提高

不论是使用者，还是UPS的设计者和厂家，实际上都把可靠性看做UPS最重要的性能指标。近几年来，在设计者和生产者对UPS技术的诸项改进措施中，绝大部分是针对提高输出能力指标和可靠性的。这些措施和新技术对提高可靠性是很有成效的，应在选用UPS时特别地关注。

可靠性是指硬件系统多长时间不出故障，而可用性则指的是在规定时间内其正常供电的百分比，它不但包含了硬件因素，而且也包含了人的因素。可用性的计算公式如式（1-1）所示。

如果系统的MTBF为无穷大，则MTTR就可忽略不计，可实现100%的可用性目标；如果发生故障后的MTTR为零，那么供电系统的可用性也可以是100%。

当然，在单机工作的情况下实现100%的可用性是困难的。MTBF不可能是无穷大，但由于各种原因的限制采用一些切实可行的措施来提高可靠性和可用性是可能的。可以采用可靠性高的系统，如双机冗余系统、N+X冗余电源系统等。

硬件系统是决定UPS主机运行是否可靠的关键性因素，要考查的内容包括生产厂家的技术水平、成熟程度、生产能力和工艺水平，所选用元器件的品种和质量，电路的先进性和成熟程度等。在目前各种型号的UPS都能满足使用要求的情况下，确切地评论水平高低和性能优劣是很难的，也是无益的；但是电路结构的不断改进必然会给UPS带来新的性能。例如，SANTAK、APC、LEUMS、Exide、Delta等公司推出的互动式电路结构，尽管各家的电路形式仍有差别，电路成熟程度不一，但是它们有一个共同点，就是都使用了交流调压电路中的功率补偿原理，这对提高效率、降低逆变器工作强度、提高整机运行的可靠性是绝对有好处的。

（1）元器件的选用

提高UPS可靠性的措施之一就是选用性能更好、容量更大的元器件，提高控制和驱动电路的集成化程度。例如，选用大功率高性能的IGBT，选用高集成度和控制功能更强的专用组件。通过采用微处理器控制技术、数字化调节技术来代替电位器之类的元器件，减少电路环节之间的转插件等。

（2）模块化设计

把电路中与一种功能有关的各电路环节集中在一个单独的结构里，这样可以很方便地插拔更换，或者以冗余方式热插拔，这对提高各环节的可靠性和提高整机的利用率（大幅度缩短MTTR）是有效的。

（3）冗余配置

可以采用并联技术，并使并联输出的总容量大于负载容量，使得当一台或几台UPS发生故障时，其他UPS可以继续向负载供电，且其输出容量仍然满足负载的要求。这是一种提高系统可靠性的有效措施。一级冗余就可把MTBF延长近一个数量级，有的品牌UPS（如TMV）还在关键元器件和部件上采用冗余设计，其可靠性将得到进一步提高。UPS并联运行是一项难度较高的技术，它要求并联UPS的输出电压同压、同频、同相、均流。当前很多品牌的UPS在这方面都达到较高的水平，只用一块并机板就可以把多台UPS简单地并联起来。

（4）在线式UPS的后备运行

UPS最根本的功能是在市电掉电时继续维持对负载的供电。后备式和在线互动式UPS是当市电存在时UPS逆变器不工作或轻载工作，所以它们的输出能力和可靠性极高。而在线式UPS的逆变器始终承担100%的负载功率强度，这对逆变器的可靠运行是不利的。IMV和CHLORIDE都曾提出过在线式UPS的后备运行设想和技术，即在电网电压条件好且UPS本身又在其输入输出部分配置了功能很强的抗干扰电路环节的情况下，在输入电压处在某一范围内时（可设置），通过智能开关把UPS设置成后备运行方式，逆变器空载运行。这样一来，在线式UPS的输入功率因数、输入电流总谐波畸变率、效率、输出能力等各个指标存在问题都迎刃而解了。在电网条件好而对UPS可靠性要求极高的场合，这种措施未尝不是一种现实可行的设计思想。

（5）新的电路结构

UPS技术的发展日新月异，新的电路结构往往会带来意想不到的效果。APC把交流稳压器的电压补偿技术成功地用到了双逆变在线式UPS中，他们用高频开关调制技术取代了一般交流稳压器中的电压补偿器件，在两个逆变器联合作用下，既保留了双逆变在线式UPS的全部功能和高输出电压质量，又完成了电压补偿调节功能，使得双变换在线式UPS的很多关键指标得到改善，输入功率团数为0.99，输入电流总谐波畸变率降低至3%，效率高达97%，输出电流峰值系数、输出电流浪涌系数和输出功率因数都不再对负载有限制，使UPS的输出能力向真实的电网能力靠近了一步。

（6）安全认证

安全认证是各国按照自己国家的安全标准，并借鉴了国际通行的标准，由专门机构经过严格的检验认定后对具体型号的产品颁发的安全证书。我国的安全认证为“CCEE”认证，即通常所说的长城认证，它是由中国电工产品认证委员会授权有资格的安全实验室在对产品进行严格的安全检查和测试合格的基础上，对厂家的生产条件和安全保证措施等进行实地审查合格后颁发的电工产品认证合格证书，对产品安全起到检查监督作用。经过认证的产品可保证在安全性能方面设计合理，元器件选择可靠，测试手段有保证，质量保证体系完善。它是产品得以安全使用的基本保证。UPS是与计算机紧密相连的产品，与计算机同属于信息技术类设备，其性能直接关系到使用者的生命财产安全，所以其安全指标是一个强制指标，除了需要满足常规的技术指标外，必须通过CCEE认证。

（7）UPS防雷

UPS为其他设备提供不间断的净化电源，安装在重要设备的前端，所以当雷电直击到低压电源线或在线缆上产生感应雷电时，电源线上的过流过压经过配电系统，首先冲击UPS，而UPS的稳压范围一般单相为160～260V，三相为320～460V。要防止瞬间10～20kV的雷电冲击波的过压幅值是不可能的，这是 UPS遭雷击坏的主要原因。未安装防雷器件的UPS，包括早期生产的和目前部分小功率的UPS，不具备防雷功能，只能对市电电网过电压或很小的杂散电流起到电源净化的保护作用。当雷击来袭时，它本身首当其冲被击坏。内部安装有防雷器件的UPS分为两种。

①装有不符合标准的防雷器件的UPS。这类UPS生产厂家为了节省成本，只是装一组小功率的金属氧化锌压敏电阻，只能对很小的感应雷电有一定的防护作用。

② 部分进口名牌UPS及国内著名UPS生产厂家生产的UPS，在内部根据国际标准IEC 801-5（抑制吸收电源供电线路输入端的雷电电压及电流的强浪涌，其冲击电流为20kA，冲击电压为6kV，波形为8/20μs）安装有标准的防雷器件，这一类UPS是否可以完善地保护UPS自身，并达到保护其他设备电源免遭雷电侵害的目的呢？长期测定的统计资料表明，直击雷电在一般低压架空线路上产生的过压幅值高达100kV，在电信线路上高达40～60kV；感应雷电过压幅值在无屏蔽架空线路上高达20kV，在无屏蔽地下线缆上可达10kV。即使装有符合IEC801-5标准防雷器件的UPS，如果其电源线路前端（配电室、房、柜、箱）没有加装有效的高能量防雷器件，那么这类UPS同样会遭受雷击。在智能化UPS中，遥控用通信线路RS232或RS485接口，有的没有装抑制浪涌器件，有的仅装小功率浪涌抑制器件，这无法防止感应雷击。

雷电损害电子设备分为3种类型，即直击雷、感应雷和雷电反击。这些都有可能对UPS及电源造成损害，所以要做好UPS和电源的防雷工作，必须严格遵守综合防雷的原则。

要完善设备所在建筑物外部防雷系统，根据我国标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，安装接闪器（避雷针、网、带及高层建筑的均压环）、引下线及防雷地网设施。要做好线路防雷，在动力室电源进线总配电盘上安装并联式电源专用高能量避雷器，构成第一级衰减。

要做好数据中心机房接地，根据我国标准GB50174-93《电子计算机机房设计规范》，交流工作地、直流工作地、保护地、防雷接地宜公用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值要求确定；若必须分设接地，则必须于两地之间加装等电位共地联结器。

在数据中心机房配电柜空气开关后，安装适当容量的并联式低压电源避雷器，或者在UPS专用配电盘上，安装适当容量的串联式低压电源避雷器，构成第二级衰减。对于有信号或通信线接口的UPS，为防止雷电波从信号或通信线引入，必须在信号或通信线接口处加装相应的信号避雷器。

数据中心机房布线要求不能沿外墙敷设，以防止雷击时墙内钢筋瞬间传导强雷电流，磁场感应机房内线路，把设备击坏。

应选用质量可靠、性能优良、能量匹配恰当的避雷器，这也是做好电源及UPS防雷的关键。目前市场上较有名的避雷器产品有德国的DEHN、英国的Furse、法国的Citel等。从性能和价格上比较，Furse性能好但价格昂贵，Citel性能和价格都不占优势，DEHN则较理想。防雷电是技术性较强的一门专业知识，最好在专业人员的指导下，进行避雷器的选型和安装。