構造
從基本套用原理上講，UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩壓穩頻輸出的電源保護設備。主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成。1)整流器：整流器是一個整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉化為直流（DC）的裝置。它有兩個主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經濾波後供給負載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時又起到一個充電器的作用；
2)蓄電池：蓄電池是UPS用來作為儲存電能的裝置，它由若干個電池串聯而成，其容量大小決定了其維持放電（供電）的時間。其主要功能是：1當市電正常時，將電能轉換成化學能儲存在電池內部。2當市電故障時，將化學能轉換成電能提供給逆變器或負載；
3)逆變器：通俗的講，逆變器是一種將直流電（DC）轉化為交流電（AC）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成；
4)靜態開關：靜態開關又稱靜止開關，它是一種無觸點開關，是用兩個可控矽（SCR）反向並聯組成的一種交流開關，其閉合和斷開由邏輯控制器控制。分為轉換型和並機型兩種。轉換型開關主要用於兩路電源供電的系統，其作用是實現從一路到另一路的自動切換；並機型開關主要用於並聯逆變器與市電或多台逆變器。
種類
UPS按工作原理分成後備式、線上式與線上互動式三大類。
其中，我們最常用的是後備式UPS，它具備了自動穩壓、斷電保護等UPS最基礎也最重要的功能，雖然一般有10ms左右的轉換時間，逆變輸出的交流電是方波而非正弦波，但由於結構簡單而具有價格便宜，可靠性高等優點，因此廣泛套用於微機、外設、POS機等領域。
線上式UPS結構較複雜，但性能完善，能解決所有電源問題，如四通PS系列，其顯著特點是能夠持續零中斷地輸出純淨正弦波交流電，能夠解決尖峰、浪涌、頻率漂移等全部的電源問題；由於需要較大的投資，通常套用在關鍵設備與網路中心等對電力要求苛刻的環境中。
線上互動式UPS，同後備式相比較，線上互動式具有濾波功能，抗市電干擾能力很強，轉換時間小於4ms，逆變輸出為模擬正弦波，所以能配備伺服器、路由器等網路設備，或者用在電力環境較惡劣的地區。
套用
不間斷電源現已廣泛套用於：礦山、航天、工業、通訊、國防、醫院、計算機業務終端、網路伺服器、網路設備、數據存儲設備UPS不間斷電源 應急照明系統、鐵路、航運、交通、電廠、變電站、核電站
消防安全報警系統
無線通訊系統、程控交換機、移動通訊
太陽能儲存能量轉換設備
控制設備及其緊急保護系統、個人計算機
等領域。
電源常識
1、UPS全名為Uninterruptable Power System(或Uninterruptable Power Supply)，在因事故停電或電源品質不佳時，UPS能提供高品質及最經濟的電源，確保電腦資料的完整及精密儀器的正常操作。
2、UPS的電性能指標有哪些，如何分類？
UPS的電性能指標有基本電性能(如輸入電壓範圍、穩壓率、轉換時間等)、認證性能(如安全認證、電磁干擾認證)、外觀尺寸等。依輸出電壓波形在市電斷電時是否具有轉換時間，可將UPS分類為後備式(Off Line，有轉換時間)與線上式(On Line，無轉換時間)兩種。線上互動式(Line Interactive)由於仍有轉換時間，因此被視為是後備式的一種變型，只是充電時間較後備式的短而已。後備式與線上式UPS的另一個主要區別是穩壓率，線上式的穩壓率一般在2%以內，而後備式至少在5%以上。因此，若用戶的負載設備屬高階通訊設備、醫療儀器、微波接收設備時，以選擇線上式UPS較佳。
3、負載(例如計算機)對UPS常規電性能指標有哪些，其使用量的範圍。
計算機與其他一般辦公室設備一樣，屬整流電容負載，此類負載功率因數一般在0.6～0.7之間，且相對應的峰值因數只有2.5～2.8倍。而其他一般的馬達負載功率因數也只在0.3～0.8之間。因此一般UPS只要設計上具有功率因數0.7或0.8，而峰值因數3以上即可符合一般負載的需求。高階計算機對UPS的另一需求為具有低的零地電壓，具有超強防雷擊保護措施，可短路保護及具有電氣隔離等要求。
4、反映UPS對電網適應能力的指標有哪些？
UPS對電網的適應能力指標應包括：①輸入功率因數；②輸入電壓範圍；③輸入諧波因數；④傳導性電磁場干擾大小等指標。
5、UPS輸入功率因數低，會產生哪些不良影響？
UPS輸入功率因數太低對一般用戶而言是用戶必須投資更粗的電纜線及空氣斷路器開關等設備。此外，UPS輸入功率因數太低對電力公司較為不利(因電力公司需提供更多的電力才能符合負載所需的實際消耗電力)。
6、反映UPS輸出能力和可靠性的指標有哪些？
UPS輸出能力即UPS的輸出功率因數，一般UPS為0.7(小容量1～10KVA UPS)，而新型的UPS則為0.8，有更高的輸出功率因數。UPS可靠性的指標為MTBF(平均無故障時間)。在5萬小時以上為好。
7、線上式UPS的“線上”含義包括哪些，有哪幾個基本特徵？
其含義包括：①零轉換時間；②輸出電壓穩壓率低；③可過濾輸入電源突波、雜波等功能。
8、UPS輸出電壓的頻率穩定性指的是什麼，各種類型的UPS有區別？
UPS輸出電壓頻率的穩定性是指空載與滿載時UPS輸出電壓及頻率變化的大小。尤其是在輸入電壓變化範圍的最大值與最小值變化時仍能有不錯的輸出電壓頻率的穩定性。針對此一要求，線上式UPS要遠比後備式及線上互動式優良，而線上互動式UPS則與後備式相差無幾。
9、用戶在配置和選用UPS時，應考慮哪些因素？
用戶應考慮①了解各種架構UPS的適用情況；②考量對於電力質量的要求；③了解所需UPS的容量，並考慮未來擴充設備時的總容量；④選擇有信譽的品牌與供應商；⑤注重服務質量。
10、電網質量不好，而又要求100%不能停電的用電場合應該選用什麼樣的UPS？應該看重UPS的哪些功能指標選用UPS？
電網條件差的地區最好使用長延時(8小時)線上式UPS，電網條件中等或好的地區可考慮用後備式UPS。輸入電壓頻率範圍是否寬廣、是否有超強防雷擊能力、抗電磁干擾能力是否通過認證等均是選用UPS時需要著重考慮的功能指標。
11、用電容量小或者局部供電的場合，應該看重哪些功能指標去選用UPS？
用容量小或局部供電的場合，首先要選擇小容量UPS，其次要依其對供電質量的要求高低，選擇線上式或後備式UPS。後備式UPS有500VA，1000VA，線上式有1KVA至10KVA可供用戶選擇。
12、用電容量大或者集中供電的場合，應該看重哪些功能指標去選用UPS？
用電容量大或集中供電的場合，應選擇大容量三相UPS。並考慮是否有①輸出短路保護；②可接愛100%不平衡負載；③具有隔離變壓器；④可作熱備份；⑤多國語言圖形化LCD顯示；⑥可進行遠端監控；⑦有超強監控軟體，可自動尋呼，自動發E-mail。
13、對於要求長延時供電的場合，看重哪些功能指標去選用UPS？
長延時供電UPS需以滿載考慮配置高質量、足夠能量的電池，及UPS本身是否具有超大型強充電電流來使外加的電池在短時間內充飽電。UPS要有①輸出短路保護；②超強過載能力；③全時間防雷擊。
14、對供電智慧型管理要求高的場合，應該選用什麼樣的UPS？
應選用可網路監控的智慧型UPS，通過UPS所具有的可在區域網路、廣域網、網際網路上監控的監控軟體支援，可使用戶對UPS實現網路監控的目的。監控軟體要做到①可自動尋呼及自動發E-mail；②可語音自動廣播；③可安全地關閉和重新啟動UPS；④可跨不同作業平台操作；⑤可預約開機；⑥可做電源狀態分析記錄；⑦可監看UPS運行狀態。並且監控軟體需通過微軟公司的認證。
15、用戶應該對UPS廠商做哪些方面的考察？
①生產廠商是否具有ISO9000及ISO14000認證；②是否為知名品牌，重視客戶利益及產品質量情況；③是否在本地有維修中心或服務單位；④是否在安全規格及抗電磁干擾上通過國際認證；⑤UPS是否具有較高的附加價值，例如是否未來可做網路監控或智慧型監控等
日常維護
在使用不間斷電源系統的過程中，人們往往片面地認為蓄電池是免維護的而不加重視。然而有資料顯示，因蓄電池故障而引起UPS主機故障或工作不正常的比例大約為1/3。由此可見，加強對UPS電池的正確使用與維護，對延長蓄電池的使用壽命，降低UPS系統故障率，有著越來越重要的意義。除了選配正規品牌蓄電池以外，應從以下幾個方面入手正確地使用與維護蓄電池：
(1)灰塵帶入機內沉積、當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，並發生不準確告警，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。其次就是在除塵時，檢查各連線件和插接件有無鬆動和接觸不牢的情況。
(2）雖說儲能電池組目前都採用了免維護電池，但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態對電池的影響並沒有改變，不正常工作狀態對電池造成的影響沒有變，這部分的維護檢修工作仍是非常重要的，UPS電源系統的大量維修檢修工作主要在電池部分。
儲能電池的工作全部是在浮充狀態，在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落後電池。放電過程中如有一隻達到放電終止電壓時，應停止放電，繼續放電先消除落後電池後再放。
核對性放電，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關注發現和處理落後電池，經對落後電池處理後再作核對性放電實驗。這樣可防止事故，以免放電中落後電池惡化為反極電池。
平時每組電池至少應有8隻電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對標示電池應定期測量並做好記錄。
日常維護中需經常檢查的項目有：清潔並檢測電池兩端電壓、溫度；連線處有無鬆動，腐蝕現象、檢測連線條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機設備是否正常。
免維護電池要維護，不是什麼無稽之談，應從廣義的維護立場出發，做到運行、日常管理的周到、細緻和規範性，保證設備（包括主機設備）保持良好的運行狀況，從而延長使用年限；保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規程中包括的內容和進行規則。
1.儲能電池的工作全部是在浮充狀態，在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落後電池。放電過程中如有一隻達到放電終止電壓時，應停止放電，繼續放電先消除落後電池後再放。
2.核對性放電，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關注發現和處理落後電池，經對落後電池處理後再作核對性放電實驗。這樣可防止事故，以免放電中落後電池惡化為反極電池。
3.平時每組電池至少應有8隻電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對標示電池應定期測量並做好記錄。
4.日常維護中需經常檢查的項目有：清潔並檢測電池兩端電壓、溫度；連線處有無鬆動，腐蝕現象、檢測連線條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機設備是否正常。
5.免維護電池要維護，不是什麼無稽之談，應從廣義的維護立場出發，做到運行、日常管理的周到、細緻和規範性，保證設備（包括主機設備）保持良好的運行狀況，從而延長使用年限；保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規程中包括的內容和進行規則。
(3）當UPS電池系統出現故障時，應先查明原因，分清是負載還是UPS電源系統；是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發生故障，顯示的故障內容則可能有誤。
(4）對主機出現擊穿，斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因並排除故障後才能重新啟動，否則會接連發生相同的故障。
(5）當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現象的電池時，應及時採用相應的方法恢復和修復，對不能恢復和修復的要更換，但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起，否則可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換，以免影響到主機。
技術套用
一、概述
隨著經濟的飛速發展以及基層央行對網路建設認識的不斷加深，中心機房建設和改造，近幾年如火如荼。但隨之而來的就是日益龐大的電費開銷，中心機房在建設中的投資，其中電氣、電源、製冷等系統設施占了一半以上的投資比例，高額的電能消耗使得整個數據中心運行成本居高不中心機房面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。
降低中心機房的運營成本和節能降耗成了基層央行有關部門關注的問題，節約能源可以從以下幾方面入手。首先是機房環境的節能，包括製冷環境、供電環境;其次是從IT硬體設備節能，減少IT設備的能耗;最後是IT設備內部各積體電路的節能，比如CPU的節能等。UPS處於交流供電環節的最重要一環，機房幾乎所有的IT設備由UPS供電，提高運行時的能效勢在必行。UPS的節能必須從方案、電池、配電等方面全方位進行。
二、按需擴容的柔性規劃
一般地市級中心機房的建設都不是一步到位，會考慮今後未來5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安裝了2套大功率的UPS並機，結果初期負載只有規劃容量的10%～20%，沒等承載所規劃的負載就進入了設備淘汰期。這不僅造成投資的浪費，而且也無法使UPS運行在較高的效率點，造成電能的浪費。如何避免這種情況的發生，從UPS供電系統角度考慮，應該包括以下幾個方面。
( 一 ) 供電方案設計
目前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電2種。分散供電的特點是一台UPS為一台或多台負載設備供電。分散供電的好處是分散風險，不會因為一台UPS供電異常而造成大面積停電;缺點是UPS分散布置，不便管理，而且布線不易規劃。另一種是採用集中供電方
案，由一套大功率的UPS供電系統直接對機房的所有負載供電。集中供電的好處是便於規劃、管理方便、維護方便;缺點是如果UPS系統異常，容易引起大面積停電事故，此缺點可以通過採用各種並聯構架來避免。因此，以上兩種方案各有優缺點，目前的中心機房一般都採用集中供電方案，也集中了供電的風險。當機房UPS裝機總容量超過一定限度時，建議將機房按幾期規劃分成幾個區域進行供電。
( 二 )UPS 線上並機擴容功能
機房UPS容量的規劃，可以根據不同時期的負載容量要求採用逐步擴容的方案，使投資方案更經濟，同時也能使UPS工作於較佳的效率點。目前中、大功率段的UPS均已經具備冗餘並機功能，不僅提高了系統的可靠性，同時也為機房擴容提供了條件。只要規劃時在UPS前後配電箱預留足量的空氣開關，並在機房規劃相應空間，即可實現UPS並機擴容功能。關鍵是並機的過程處理，多種品牌UPS並機時需要對UPS的設定進行修正，此時要求UPS必須在維修旁路狀態工作，UPS由市電直接帶載，如果此時市電波動較大甚至停電，將造成系統的大面積癱瘓。所以並機擴容必須具備線上並機功能，即UPS並機擴容時，只需將新增UPS軟體修改至與原UPS系統一致後，在不關閉原有UPS系統的情況下直接將新增UPS併入原有系統即可，擴容前後，UPS均工作於線上模式下，避免切換至旁路供電的高風險操作。
( 三 ) 採用模組化 UPS 實現逐步擴容
目前，模組化UPS已經開始在國內套用，模組化UPS特點主要包括：可擴容、平均故障修復時間(MTTR)短、可經濟實現“N+X”冗餘並機。以台達C系~IJUPS為例，每個模組為20kVA，整個系統最大可擴容至160kVA，可以根據機房的實際容量需求，逐步擴容，只要在機房初期規劃好配電容量即可。同時，實現“N+X”冗餘比較划算，以60kVA的容量要實現“N+I”冗餘為例，傳統方案必須擴容一台60kVAUPS，而採用模組化UPS，則只需擴容一個20kVA的模組即可，節省大筆資金的投入。
三、提高 UPS 自身能效，最佳化負載效率曲線
目前UPS均為線上式雙變換構架，在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為60kVA的UPS為例，每度電按1.2元計算，UPS效率每提高1%，一年節省的電費為5045.76元。可見提高UPS的工作效率，可以為數據中心節省一大筆電費，也是降低整個機房能耗的最直接方法。因此採購UPS應儘量採購效率更高的UPS。
當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高，同時也必須具備一個較高的效率曲線，特別是在“1+1”並機系統時，根據系統規劃，每台UPS容量不得大於50%，如果此次效率僅為90%以下，就算滿載效率達到95%以上，也是沒有意義的，所以要求UPS必須採取措施最佳化效率曲線，使UPS效率在較低負載時也能達到較高的效率。
除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO經濟運行模式，其原理是在較好的市電環境下，激活此功能，使UPS由靜態旁路直接供電，此時逆變器處於待機狀態，正常工作但不輸出能量，_旦市電異常，UPS立即切換到逆變器供電狀態，切換時間一般在1毫秒以內，由於逆變器處於待機狀態，所以自身損耗很小，此時UPS的整機效率可以達~1J97%以上，比正常模式減少3%以上的損耗。
使用ECO模式必須具備2個條件：一是靜態旁路必須採用兩組高可靠晶閘管，不得採用接觸器加晶閘管的組合，因為接觸器吸合時接觸點會打火，一般工作數百次之後就不能正常工作，而晶閘管則不存在此問題，同時可以縮短切換時間。二是建議在較好的電力環境下使用，比如一級供電單位等。
四、降低輸入電流諧波，提高功率因數
諧波產生的根本原因是由於電力線路呈現一定阻抗，等效為電阻、電感和電容構成的無源網路。由於非線性負載產生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。諧波的危害包括：引起電氣組件附加損耗和發熱(如電容、變壓器、電機等);電氣組件溫度升高，效率低，加速絕緣老化，降低使用壽命;干擾設備正常工作;無功功率增加，電力設備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設備);供電效率低;出現諧振，特別是柴油發電機發電時更嚴重;空開跳閘、熔絲熔斷、設備無故損壞。UPS對電網而言是一個非線性負載，在工作時會產生大量的諧波。以配置6脈衝整流器的UPS為例，其輸入功率因數一般為0.75左右，諧波大於30%。降低UPS32作諧波的主要方法有以下幾種。
( 一 )12 脈衝整流器
其原理是在原有6脈衝整流器基礎上，在輸入側增加一個移相變壓器和6脈衝整流器。採用該技術方案後，可以將諧波降低至10%左右。優點是較為簡單，諧波改善明顯;缺點是對功率因數改善有限，價格略高。
( 二 ) 無源濾波器
依據LC濾波電路原理，對UPS產生的諧波進行濾除，並對功率因數進行補償。優點是技術簡單，成本較低;缺點是只能補償將點階次的諧波，同時受負載阻抗影響較大，無法適用於全功率段。
( 三 ) 有源濾波器
原理是利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。優點是可以補償多個階次的諧波，且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置成本較高。
( 四 ) 高頻 IGBT 整流及 PFC 功率因數校正電路設計
整流器原理是採用高頻率PWM控制IGBT導通，對輸入電壓波形進行分割，使輸入的電流波形儘量接近正弦波，並對輸入電壓和電流相位差進行補償。優點是體積輕，價格便宜，效果好;缺點是技術結構複雜，不易維護，受功率器件影響，目前容量大小受到限制。
以上幾種技術，性能及投資對比，可以根據實際需求選擇合適的方案。
五、電池管理及配電管理技術
UPS都配備了電池，用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統投資的很大比例，甚至超過UPS本身的投資，而電池的使用年限明顯低於UPS主機。由於電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑膠，都會對環境造成嚴重的污染。因此減少電池使用數量，延長電池循環使用壽命，不僅節省直接和間接的電池投資，而且還減少整個機房設備對環境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術實現電池的節能。
( 一 ) 並機共用電池組功能
共用電池組原理是通過特殊的整流器隔離故障，使並機系統中的2台或多台UPS的整流同步，母線均流，使系統中的各台UPS母線直接並聯，然後將滿足系統後備時間要求的電池並聯後接人並聯母線系統中，實現電池的共享，減少電池投資。以“1+1”為例，傳統的UPS方案，系統後備—小時，考慮其中一台UPS故障時，UPS2的電池不能為UPS1使用，所以UPS1和UPS2必須各配置一套-4,時的電池組，才能保障系統在斷電後還能備用一小時。採用共用電池組方案後，因為UPS1故障後，系統中的電池仍能為UPS2提供能量，所以整個系統僅需配置一套一小時電池即可。這不僅節省了電池直接投資，同時也節約機房在空間、承重及空調等方面的投資，也降低了對環境的污染。
( 二 ) 智慧型電池管理技術
影響電池壽命的因素有很多，主要包括溫度、充電、放電、循環次數等。如果能夠對上述幾個因素進行綜合處理，可以大大延長電池的使用壽命，延長電池更換周期，節約電池投資。UPS的智慧型電池管理擊包括：電池均浮充管理(均浮充控制)、充電溫月智慧型放電終止電壓控制，除此之外還應具備電動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選壓範圍較寬的UPS，減少電池放電次數。通過上述幾種技術，可大幅度延長電池壽命2--3年。
( 三 ) 智慧型 UPS 配電管理技術
原理是通過偵測UPS電池電壓或者管理時間，實現對機房中不同等級負載的多次下電保護功能，減少電池投資，提高電池使用率。智慧型UP理技術主要有2種方案：軟體實現方式及硬式。以台達UPS為例，其軟體方式是在UPS監控中，在負載伺服器安裝Deltashutd0wnAgent關機代理程式。當市電異常並滿足電池電壓或者定時條件時，會自動保存系統程式，然後關閉伺服器。
硬體方式是UPS輸出配置一個智慧型配電屏，通過PLC偵測UPS電池電壓或定時要求，當滿足上述條件時，智慧型配電屏根據設定分時關斷某路輸出。目前此方案已經在國內多條捷運的UPS供電系統中套用。
六、結束語
中心機房節能必須從上至下，或者從基礎設施到核心設備全方位抓起，UPS是整個交流供電環節的核心所在，做好UPS的節能不僅可以節約大筆的設備投資和維護費用，同時也大幅度地降低了後期的運行成本。
新進展
對三相不間斷電源系統的各模組電路拓撲、整機電路結構以及各種流行控制策略做了一個概括性評析，指出了不間斷電源設計和套用中存在的問題及當前研究的新熱點，最後對 UPS 的發展動向做出了預言。
O 引言
在今後相當長的一段時間內，我國市電電網供電不足，電壓波動大，干擾嚴重的局面仍將存在。而各行業、各領域的快速發展對供電質量提出了越來越高的要求，尤其是實時性很強的重要系統、重要部門和重要的用電設備對供電質量的要求和我國的電網實際狀況的矛盾日益尖銳。因此，不間斷電源(UPS)作為一種穩壓穩頻純淨化的綠色電源越來越成為人們關注的焦點。為了不斷提高UPS的性能，科研人員對UPS系統做了大量的研究，提出了很多的電路拓撲與控制策略。
UPS的電路拓撲
UPS的可靠運行離不開各模組的協調工作，下面就UPS主要功能模組電路拓撲進行簡要分析。
1.1 整流和功率因數校正電路
整流電路在套用中構成直流電源裝置，是公共電網與電力電子裝置的接口電路，其性能將影響公共電網的運行和用電質量。高性能的UPS要求有較高的輸入功率因數，並儘量減少輸入電流的諧波分量。傳統單相UPS多採用模擬方法，三相UPS多採用相控式整流電路和電壓型單管整流電路。
1.1.1 傳統三相相控式整流電路和電壓型單管整流電路
相控式整流電路採用半控式功率器件作為開關，存在著以下問題：
1)網側諧波電流的存在將降低設備網側功率因數，增加無功功率;
2)相控整流換流方式，導致換流期中電網電壓畸變，不僅使自身電路性能受到影響，而且對電網產生干擾，對同一接地點的網間其他設備帶來不良影響;
3)相控整流環節是一個時滯環節，無法實現輸出電壓的快速調節。
電壓型單管整流電路是三相不控整流橋加Boost電路的簡稱，它的缺點是：電流峰值大，不僅妨礙系統功率的提高，也增加了導通損耗和開關損耗;為了保持網側功率因數的提高，Boost電路必須有一定的升壓比，這對三相電路會導致直流輸出電壓過高。
1.1.2 電流型三相橋式整流電路
電流型三相橋式整流電路如圖1所示，其優點是反饋控制簡單，不需要在控制電路中加入電流反饋，只須調節各開關管的占空比就可以實現輸入電流正弦化;直流側的電壓較低。缺點是輸入電流正弦度不是很好，在輸入側必須加入並聯電容，實現移相。這種電路現在開始成為研究的熱點之一。這種電路適用於大功率整流電路且對功率因數要求不高的場合。
電流型三相橋式整流電路1.1.3 電壓型三相橋式整流電路
電壓型三相橋式整流電路如圖2所示，其特點是採用高頻PWM整流技術，器件處於高頻開關狀態，由於器件的開通和關斷狀態可以控制，所以整流器的電流波形是可控制的。這種電路的優點是可以得到與輸入電壓同相位的輸入電流，也就是輸入功率因數為1，輸入電流的諧波含量可以接近為零;能量可以雙向流動，正常時能量從交流側向直流側流動，直流輸出電壓高於給定值時，能量從直流側向交流側流動，具有較高的轉換效率。缺點是屬於Boost型整流電路，直流側電壓要求較高。這種電路也是研究的熱點。
電壓型三相橋式整流電路1.2 蓄電池組和充放電電路
蓄電池組是UPS的儲能單元，市電正常時它吸收來自市電的能量並以化學能的形式儲存起來，一旦市電中斷，它把儲存的化學能轉換為電能向逆變器供電，維持負載供電的連續性。在中小功率的UPS系統中，電池組的電壓通常比較低，因此，通常使用能量能夠雙向流動的充放電電路[4]。大功率系統中為了提高效率，簡化電路通常直接把電池組並接在直流母線上。
1.3 逆變電路
逆變器是UPS的核心，它把直流電能轉換成用戶所需的穩壓穩頻的交流電能。下面仍以三相逆變器為對象分析逆變器的研究熱點。
1.3.1 三相半橋式逆變電路
在三相逆變電路中以三相半橋橋式電路套用最為普遍，這種電路的特點是採用全控型器件組成逆變器，存在著功率密度高，性能好，小型輕量化等優點。這種電路便於使用新的控制策略以提高逆變器的質量。但是，要實現帶100%的獨立負載是比較困難的。
1.3.2 H 橋逆變器
對於超大容量的逆變器，由於功率等級的大幅度提高，對逆變器的結構提出了新的要求，H橋臂逆變器便是選擇之一。這種逆變器輸出變壓器採用多繞組接法，輸出變壓器的原邊採用3個獨立的繞組，逆變器輸出採用3個獨立的H橋。這樣控制方便，但是成本較高。
1.3.3 三相四橋臂變換技術
由於三相電路中，三橋臂逆變器本身存在著固有的缺陷，人們開始尋求新的電路結構，於是出現了三相四橋臂逆變器，如圖3所示。這種電路結構輸出為三相四線制，三相電壓可以獨立控制，控制方法靈活，但是這種拓撲的算法比較複雜，PWM矢量在三維空間中旋轉，必須採用數字控制方法才能實現空間PWM波形的生成，這種電路成為了研究的熱點之一。
三相四橋臂變換技術1.4 三相 UPS 整機電路
1.4.1 傳統三相 UPS 電路結構
傳統的三相UPS結構，輸入採用晶閘管整流，輸出採用逆變器，電池直接掛接於直流母線，整流器同時作為充電器。輸出採用變壓器隔離，可以實現輸入輸出完全隔離，確保電網的擾動不會對負載造成干擾。市電斷電時，電池通過逆變器輸出穩定的交流電;在逆變器出現故障時，通過旁路輸出電壓，保證了供電的可靠性。這種結構的主要缺點是體積和重量都比較大。
1.4.2 高頻鏈式三相 UPS
為了降低成本，減小UPS的體積和重量，出現了高頻鏈式三相UPS，如圖4所示。這種電路省去了龐大的工頻變壓器，輸入採用高頻整流，可以獲得較高的輸入功率因數和較低的輸入諧波電流。其缺點是輸入輸出沒有變壓器隔離，電網的擾動可能會給UPS的輸出造成擾動;輸出三相電壓靠電池和電容中點形成中線，所以在控制中必須保持正負直流電壓幅值的相等，否則輸出中線會有較大的直流成分，對負載和負載中的變壓器不利;輸入採用三相四線制，中線有電流流過，可能會造成中線電位偏移，對負載造成干擾;輸入輸出不隔離，並聯時的環流問題較難解決。
高頻鏈式三相UPS1.4.3 新的線上互動式 UPS
由於以上兩種UPS都要經過兩次滿功率變換，因此系統的效率較低，從提高系統效率的角度出發，出現了一種串並聯補償式的大容量結構，是一種新的線上互動式結構，如圖5所示。這種拓撲輸入輸出同樣沒有變壓器隔離，所以會有高頻鏈式UPS的缺點。這種UPS的輸出頻率必須保持與電網一致，而且對電網的擾動的抑制能力不強，因而供電質量比傳統的三相UPS差。它的特點是從輸入到輸出間的能量不是經過滿功率的變換，同樣是由兩個高頻變換器組成，但是變換器1最大隻承受20%的功率，從成本上講，這種結構的成本更低。在控制方法上，變換器1是一個電壓補償器，用於補償電網電壓的畸變;變換器2是一個電流補償器，用於補償負載的諧波電流，並且在市電斷電時作為滿功率電壓型逆變器向負載供電。
新的線上互動式UPS1.4.4 輸入輸出隔離的高頻鏈 UPS
由於傳統工頻UPS的輸入輸出帶有隔離變壓器，輸出有很好的隔離特性，高頻鏈式的UPS有很好的輸入特性，因此，出現了這種帶有輸入輸出隔離的高頻鏈式的UPS如圖6所示。由於高頻整流的缺點，在輸入側必須接一個自耦變壓器降壓，增加了整機的重量和成本;另外，由於輸入採用了高頻變換器，整機的效率比高頻鏈式和傳統式UPS的效率都低。但是，由於輸入功率因數是1，沒有諧波電流，所以所消耗的總電能低於傳統三相UPS。
輸入輸出隔離的高頻鏈UPS1.4.5 輸入輸出並聯的 UPS
這種電路中，輸入端由多個整流器並聯而成，給直流母線供電，同時直流母線給多個逆變器提供直流電壓，多個逆變器的輸出端直接連線同時給負載供電。這種方式可以增強UPS的容量，增加系統的可靠性，成本下降，可維護性增強，但是，並聯模組越多，各模組間的均流問題越難解決。
不間斷電源的控制技術
隨著控制理論和功能豐富，性能優良的各種微控制器的迅猛發展，出現了多種離散化控制方法。從控制反饋迴路的數目可分為單環、雙環、多環控制。在硬體允許的條件下儘可能地提高反饋迴路數目，可以提高控制效果。從控制原理上看包括數字PID控制、狀態反饋控制、無差拍控制、重複控制、滑模變結構控制、模糊控制、神經網路控制、空間矢量控制等方法。
數字PID控制控制的適應性好，具有較強的魯棒性;算法簡單明了，便於用單片機或DSP實現。但是存在兩方面的局限性：一方面是系統的採樣量化誤差降低了算法的控制精度;另一方面，採樣和計算延時使得被控系統成為一個具有純時間滯後的系統，造成PID控制器穩定域減少，增加了設計難度。
預測控制可以實現很小的輸出電流畸變，抗噪音能力強，但是，這種算法要求知道精確的負載模型和電路參數，因此魯棒性差，而且由於數值計算造成的延時在實際套用中也是一個問題。滯環控制具有快速的回響速度，較高的穩定性，但是滯環控制的開關頻率不固定，使電路工作可靠性下降，輸出電壓的頻譜變差，對系統性能不利。
無差拍控制的基本思想是根據逆變器的狀態方程和輸出反饋信號推算出下一個開關周期的PWM脈衝寬度，因此，從理論上可以使輸出電壓在相位和幅值上都非常接近參考電壓，由負載變化或非線性負載引起的輸出電壓誤差可在一個開關周期內得到校正。但是，無差拍控制是一種基於被控制對象精確數學模型的控制方法，魯棒性很差。
滑摸控制是一種非線性控制，這種控制的特點是控制的非連續性。這種控制既可以用於線性系統也可用於非線性系統。這種控制方法具有很強的魯棒性。缺點是要得到一個令人滿意的滑模面是很困難的。
重複控制是一種基於內模原理的控制方法。逆變器採用重複控制的目的是為了消除因整流橋負載引起的輸出電壓波形周期性的畸變。重複控制器可以消除周期性干擾產生的穩態誤差，但是，由於重複控制延時一個工頻周期的控制特點，使得單獨使用重複控制的UPS逆變器動態特性極差。
模糊控制屬於智慧型控制的範疇。模糊控制器的設計不需要被控對象的精確數學模型，因此具有很強的魯棒性和自適應性。模糊控制類似於傳統的PD控制，因而這種控制有很快的回響速度，但是其靜態特性不令人滿意。神經元網路控制是模擬人腦神經中樞系統智慧型活動的一種控制方式。神經網路具有非線性映射能力、並行計算能力和較強的魯棒性等優點，已廣泛地套用於控制領域，尤其是非線性系統領域。在神經網路結構的設計、學習算法等方面已取得了一定成果。但是，由於硬體系統的限制，神經網路控制還無法實現對逆變器輸出電壓波形進行線上控制，多數套用都是採用離線學習獲得最佳化的控制規律，然後利用得到的規律實現線上控制。
諧波注入式PWM技術，直流母線電壓的利用率基本上可以達到loo%。這種方法對於電壓開環的控制系統非常有效，但在閉環控制系統中由於諧波注入的初始相位必須與基波保持一致，在電壓瞬時值控制中電壓基波的初始相位無法精確定位而難以套用。
空間矢量PWM具有電流畸變小、直流母線電壓利用率高以及易於數位化實現等優點，因此得到了較多的套用。這種控制方式也需要電路的精確模型。
上述各種控制方案都有其優勢，但是也有其不足。同時採用不同的控制方法形成複合控制的控制方案在實踐中得到了廣泛的套用，取得了較好的效果。
不間斷電源設計和套用中存在的問題
美國UPS廠商APC公司，總結並歸納了UPS供電系統當前面臨的、也是今後必須解決的5個方面的問題:
1)生命成本周期問題;
2)不間斷電源系統的可適應性及可擴展性問題;
3)提高不間斷電源的可用性問題;
4)不間斷電源對供電系統的可管理性問題;
5)可服務性問題。
不間斷電源的最新發展動向
不間斷電源的發展動向是UPS的多機並聯冗餘化，採用冗餘並機技術提高UPS的容量和可靠性;採用功能更豐富的硬體設備實現全數字控制，使各種先進的複雜控制算法得以運用而不斷提高UPS的性能，即向數位化和高頻化發展;UPS的進一步智慧型化和網路化，使計算機網路成為不間斷網路。
4.1 UPS 的多機並聯技術實現冗餘化
UPS的並聯技術可以帶來以下幾個方面的好處：
1)可以靈活地擴大電源系統的容量;
2)可以組成並聯冗餘系統以提高運行的可靠性：
3)極高的系統可維修性，當單台電源出現故障時，可以很方便地通過熱插拔的方式進行更換和維修。
採用並聯技術可以形成具有容錯功能的冗餘式供電系統，從掌握的資料來看，主要有以下幾種冗餘配置方案：
並聯冗餘UPS1)集中式並聯控制;
2)主從式並聯控制;
3)分散式並聯控制;
4)環鏈式並聯控制;
5)無線式並聯控制。
這幾種並聯方式，從可靠性的角度看，集中式最差，無線式控制最好，也成為研究熱點。
4.2 UPS 的數位化、高頻化
最初的UPS採用模擬控制方法有很多局限性。隨著數字處理器計算速度的不斷提高，使得各種先進的數字控制方法得以實現，使UPS的設計具有很大的靈活性，設計周期縮短，性能大為提高。UPS高頻化，有效地減小了裝置的體積和重量，並可消除變壓器和電感的音頻噪音，同時改善了輸出電壓的動態回響能力。數位化控制方法成了當今交流電源領域的一個研究熱點，一種必然的發展趨勢是各種方法相互滲透，互相結合形成複合控制方案。數位化複合控制是UPS控制的一個發展方向。
4.3 UPS 的智慧型化、網路化
UPS電源SNMP網路卡為了適應計算機網路的發展，UPS中已經開始配置RS232接口、RS485接口、USB接口、SNMP卡和MODEM結合，成為計算機網路的一部分，具有以下優異的智慧型化、網路化特性。
1)實時監控功能它對UPS各模擬參量和表示工作狀態的開關量進行實時高速採樣，實現數字式監控。
2)自診斷、自保護功能 UPS將實時採集來的各項模擬參量和工作狀態數據以及系統中的關鍵硬體設備的數據與正常值進行分析比較，以判斷UPS是否有故障隱患存在。如果有故障，根據相應的故障信息級別在控制臺的顯示屏上以友好的圖形界面、文字提示方式報警，或者在現場和控制室以指示燈燈光、報警器嗚叫方式報警、也可以用自動撥通電話等方式報警，並做出相應的保護動作。
3)人機對話的控制方式大型UPS可向用戶提供監控器液晶顯示屏，以圖形和文字方式顯示工作流程和參數信息。可以提供讓用戶操作的可視化選單。並以幫助和不斷提示的方式引導用戶按照既定方式處理故障，有效防止誤操作。
UPS遠程監控拓撲圖4)遠程控制功能在網路化時代，UPS不僅應能向由它直接供電的硬體設備提供保護，還應該對整個網路中的運行程式和數據以及數據的傳輸途徑進行全面地保護，使之成為不間斷網路。這就意味著UPS應配置相應的電源監控軟體、SNMP(簡單網路管理協定)管理器，使其具有遠程管理能力，用戶可執行UPS與網路平台之間的遠程監控和數據的網路通信操作，使UPS成為網路系統中的重要組成部分。這樣，由網管員通過網管軟體監控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一個LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通過網際網路，納入網路管理系統來管理UPS。
由於未來網路的廣泛化和全球化，必然帶來網路的複雜化，多種形式的網路系統連線在一起。作為網路系統的一部分，要求UPS能夠實現在各種網路平台上的監控，而且隨著Internet、Intranet和電子商務的超高速發展，用戶對網路的可用性要求會越來越高，使UPS從對網路關鍵設備的保護延伸至對整個網路路徑的保護。
