UPS\EPS供电装置浅析

摘要:本文介绍了UPS、EPS供电装置的系统组成原理及应用与发展。关键词:UPS;EPS;逆变器;蓄电池;充电器

Abstract: This paper introduces the system of UPS, EPS power supply device principle and application and development.

Key words: UPS; EPS; inverter; battery; charger

中图分类号：U223

1 概述

UPS不间断电源系统是Uninteruptible Power System的英文首字母缩写，依照字面上的解释即为市电出现故障或停止供电时，在极短的时间内取代原有的电力设备，继续供电给负载系统使用。EPS应急电源系统是Emergency Power Supply的英文首字母缩写,是满足工矿企业及消防安全行业的特殊要求的应急电源.当市电出现故障时能自动转入到应急供电状态。

EPS和UPS均能提供两路选择输出供电的供电系统，其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能，均采用了IGBT逆变技术和脉宽调制(PWM)技术。不同之处是UPS除了提供不间断供电外，还兼备改善市电品质的功能，而EPS应急电源则主要解决市电故障时的应急供电问题；UPS主要应用于各行业重要设备，而EPS应急电源所带负载混杂； UPS供电模式要求切换时间很短(0～10ms)，EPS应急电源则相对较宽(0～4s)； UPS的逆变器长期处于工作中，自身的损耗较大，而且对使用环境要求很高，只能放在计算机房或空调房间里，EPS应急电源则要求能适应各种环境；UPS以一般用户监控为主，EPS应急电源主要用于应急供电，要求与消防联动；UPS为计算机类和通讯类负载而设计，其负载适应能力不及EPS；UPS以维护信息传输畅通为主要目的，EPS应急电源以防范重大灾难事故为主要目的。可以形象地比喻，UPS以“救数据”为主，而EPS以“救人”为主，被称为“城市生命线系统”的重要组成部分。

2 工作原理

UPS工作原理：以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。首先在市电正常时利用整流装置将交流电整流成直流电，然后一路对蓄电池充电，一路利用逆变器将直流电转换成稳定的交流电输出经静态开关装置供给负载使用。当市电中断或异常时，将储存在蓄电池内的直流电供给逆变器转换成交流电供负载使用。待市电正常后，蓄电池停止输出转换。由于逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出，对蓄电池基本不存在转换时间，电压的稳定性高、可靠性高、抗干扰性高，且具有防雷击、抗高能浪涌的功能，可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象，使设备运行更加安全可靠。（如图1）

（图1）

EPS工作原理：当输入电源正常时，市电一路通过转换装置输出给负载，另一路通过充电器给电池组充电，当控制器检测到市电中断或异常时，向逆变器发出启动信号，并控制互投转换装置转至逆变器输出，供负载使用。供电时间由蓄电池的容量决定，当市电电压恢复时，应急电源将恢复为市电供电。负载适应能力强，包括电容性、电感性、混合型负载，而且过载能力和抗冲击能力强；有消防联动和远程控制信号，可手动与自动相互转换； 环境适应能力强，适用于各种恶劣环境，有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠咬等措施。（如图2）

3 系统组成

UPS内部构造可分为：整流充电器、蓄电池组、逆变器及静态开关。EPS主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器，互投装置等部分组成。其中逆变器是核心，整流器的作用是将交流电变成直流电，实现对蓄电池及向逆变器模块供电；逆变器是一种电力转换装置，它所担任的工作是将直流电源转换成一般的交流电，供给负载设备稳定持续的电力；静态开关可由两个单向可控硅组成，以可控硅的高速开关特性来补偿输出继电器触点跳接时间，使转换时间小于5ms；互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换。

4 分类

UPS按工作方式分可为：后备式（OFF-LINE或STAND-BY）、在线式（ON-LINE）、在线互动式（HYBRID）；按输入输出可分：单相输入单相输出（单进单出）、三相输入单相输出（三进单出）、三相输入三相输出（三进三出）；按功能可分为：普通UPS、工业UPS、电力专用UPS、通信专用UPS。

EPS按负载种类可分为：用于应急照明和事故照明的单相EPS；用于应急照明、空调、电梯、卷帘门等电感性或混合性的三相EPS；用于大功率电动机类负载的三相EPS。

5 应用与发展

UPS是信息技术领域中一个重要组成部分，是一种双变换结构的不间断电源，主要为负载提供稳定的高质量电能，不受市电电网的影响，而且其转换时间一般在10ms以内，所以，UPS被广泛应用于计算机、电信／移动通讯、银行、供应站的仪表、交通、雷达站、军事通讯系统、程控交换机、医疗设备、精密电子仪器及工矿企业自动生产流水线等不能中断供电的场所。但正因为UPS不仅担负着应急供电外，还担负着改善电力品质的任务，所以其逆变器要连续不断地工作，使用寿命相对较短，一般为5～8年，尤其是电池的更换较为频繁。

EPS是现代建筑安全保障设施的重要组成部分。是当今重要建筑物中为了电力保障和消防安全而采用的一种应急电源。广泛应用到高层建筑、人防设施、医院、机场、城市地铁、发电厂、工厂、大型商场、抢险、宾馆、学校等各种场所。主要有消防设施用电：消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警系统、应急照明、电动防火门等。保安设施用电：防盗信号电源、事故应急照明、道路照明。大中型电子计算机系统电源。高级宾馆、重要办公大楼、商业金融大厦的中央控制室及计算机管理系统；由于逆变器平时不工作，使用寿命长，有电池快速充电能力和管理能力； 节能，运行效率高，运行成本低。

在欧美先进国家，由于并网供电，电力充足，同时供电质量良好，加上用电设备规范，不会在电网上造成电网污染，互相干扰。因此，许多场合并不建议使用双逆变在线式UPS，而是推荐使用节能ECO工作状态下的UPS，即平常由市电供应负载，在市电不正常时，再由蓄电池经逆变器逆变输出供电。在欧洲，此类具有节能工作状态的UPS称作CPS，广泛采用的原因是：双逆变工作方式的在线UPS，在市电正常时，其ACDCAC的能量转换效率约为90%，而节能工作状态下的UPS（CPS，EPS）在市电正常时，其能量转换效率高达99%，而且并网市电的可用率可达99.99%以上，即只有0.01%的停电机率，因此使用CPS（EPS）供电，其节能效果是非常显著的。同时，EPS的逆变器是处于启动状态，但不输出功率，类似休眠状态，EPS逆变器比UPS的逆变器连续输出功率能大大延长寿命。其实，EPS的高端产品就是休眠状态下的UPS。在市电正常时，EPS除了输电质量不及UPS外，但在市电并网的今天，能满足大部分用电设备的要求。因此，在节能降耗的今天及高可靠性两大因素，大多数情况下EPS是优于UPS的。如果电网质量良好，供电可靠，用电设备规范，在我国许多场合下有可能用EPS取代双逆变在线式UPS，而不是用UPS代替EPS。当然，在某些非常关键的设备，仍需用双逆变在线式UPS。

我国EPS的发展是起源于电网突发故障时，为确保电力保障和消防联动的需要，它能即时提供逃生照明和消防应急，保护用户生命或身体免受伤害，其产品技术要求受公安部消防认证监督，并接受安装现场消防验收。而UPS只是用来保护用户设备或业务免受经济损失，其产品技术要求受信息产业部认证。两者适用的安全规范明显不同，因而具有不同的价值观。

参考文献

陈志清编注 《EPS应急电源百事通》 中国电力出版社

周青生编注《《建筑施工现场质量》 中国建筑工业出版社