随着计算机网络技术、现代全球化通讯技术和高精工业的发展带动起来的信息产业正以前所未有的速度发展，因而对电力供电质量提出了越来越高的要求。电网提供的电源方便、经济，但供电质量受到各种因素的影响，例如，自然界的雷电、大容量的电动机的启动、功率因数补偿电容器的切换等，都会直接影响到供电质量，造成电压波动、脉冲干扰乃至供电中断等问题。以及非线性负载（如相控整流器、开关电源等电力电子装置）的大量接入一方面增加了电网的谐波含量，通过电网产生大范围的电磁干扰和污染使从电网提取的交流电流波形与电压波形不一致，导致供电质量越来越差，另一方面，一些重要的用电部门和一些重要的用电设备对供电质量的要求越来越高，不仅要求不停电，还要求电压、频率、波形完好，不能够受电网的任何干扰。为了满足以上要求，UPS（Uninterruptiable Power System ）正以它具有稳压精度高、工作频率稳定、纯净化和无间断地向负载提供连续电能的优质交流电源越来越广泛地应用于国民经济的各个领域。

随着UPS产品的技术不断发展与完善，现在UPS产品已日趋成熟。因此可以看出其技术要求也越来越适合市电在任何恶劣条件下工作。这些技术要求主要包括：

（1）    市电宽幅的电压波动对其影响；

（2）    市电电压波形失真对其影响；

（3）    市电的三相不平衡对其影响；

（4）    UPS输出电压稳定精度；

（5）    UPS输出电压波形失真度；

（6）    UPS输出频率稳定度；

（7）    UPS输出电压平衡度；

（8）    UPS输入功率因素；

（9）    UPS电流输入谐波成分；

（10）UPS在市电掉电后切换时间；

（11）UPS整机运行效率；

（12）UPS输出的过载能力；

（13）UPS输出电流的THD系数；

（14）市电掉电后的UPS维持工作时间；

（15）UPS是否具有网络管理、网络通讯、以及基于该基础上的信息通讯；

以上是与UPS相关的一些主要性能指标，其它指标在国标GB/T 14715中有详细的要求^{[1][2][3][13]}。

 ****早的UPS是依靠飞轮储能使发电机旋转而发电，以维持很短时间的不间断供电，60年代发展为发电机和蓄电池结合的旋转式UPS。目前的UPS在大多数人的概念中是指静止式UPS，是含有蓄电池，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。当市电正常输入时，UPS 就将市电供给负载使用，同时对蓄电池充电，当市电停电或输入故障时，UPS立即将机内电池的能量转换为交流电继续供负载使用，使负载维持正常工作^[2]。

随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通过交流电网提供的交流电作为电源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、稳定性能比电网性能指标均要优越，大大的提高了用电设备的可靠性。

UPS的种类很多，按照不同的形式分类，主要有以下几种：

1）、按照UPS输出是否隔离，分为工频和高频两种；

2）、按照输出交流相数，可以分为单相与三相两种；

3）、按照UPS工作方式，可以分为在线式、后备式、准在线式等多种形式；

4）、按照开关电路的工作方式，可以分为谐振式、硬开关、软开关等方式；

根据UPS的电路拓扑和工作原理，UPS有多种形式，可大致分为三类：后备式、在线互动式、双变换式。设计者根据成本、要达到的性能指标、应用场合决定采用何种方式。

（1）在线式（on-line）UPS：在线式UPS的结构决定了其与市电输入的无关性，它的输入、输出的环节是独立控制的。因此对市电输入的适应性强，尤其表现在对频率变化的适应能力。输出则是高质量的正弦波交流电源，频率和电压的稳定度、精度性非常高，同时整机在噪声抑制、浪涌保护等保护功能方面都有大大的提高。

（2）在线互动式（Interactive）UPS：这种UPS在市电保持在一定的范围内时，输出的是经变压器抽头处理后的一般市电，缩小了输出电压的波动范围。只有在市电的波动超出范围时，才转到电池逆变的工作状态。这时，UPS提供的才是高质量的正弦波。其它时间，电池处于充电状态。在线互动式UPS在1～3kVA的容量范围应用较为理想，但是，在线互动式UPS对频率的适应能力较弱，因此对柴油发电机的适应能力不高。

（3）后备式（off-line）UPS：后备式UPS有离线的逆变器，但是平时处于备用状态。市电良好时，UPS直接将市电输出到负载。当市电输入出现问题时，才切换到逆变工作状态，这种UPS一般应用在2kVA以下场合较多^[4][5][16]。

    根据以上这些特点，在电力系统中，对不间断电源的质量要求较高，而且容量较大，所以在线式UPS也将是本文研究的重点。

当代UPS是集数字和模拟电路、电力电子技术、微处理器控制、计算机通讯、高精度检测技术和自动控制原理为一体的电源设备。随着许多相关技术的发展，UPS发展呈现以下发展趋势：

1）、智能化：一个智能化的UPS硬件部分，基本上是由普通的UPS加上微机系统组成。微机系统通过对各类信息的分析综合，应完成以下功能：

a、 对运行中的UPS进行实时检测，对电路中的重要数据信息进行分析处理，从中得出各部分电路工作是否正常。

b、在UPS发生故障时，能根据检测结果，及时进行分析，诊断出故障部位，并给出处理方法。

c、 完成部分控制工作，在UPS发生故障时，根据现场需求及时采取必要的自身应急保护控制动作，以防止故障影响面扩大。

d、完成必要的自身维护，根据不同的电池要求，对电池进行不同的充电，并自动完成电池状态的测试与维护。

e、 自动显示所检测的数据信息，在设备运行异常或者发生故障时，能够适时自动记录有关信息，并形成档案。

f、  能够用程序控制UPS的启动或者停止，实现无人值守的自动操作。

g、 具有交换信息功能，可以随时向计算机输入或从联网机获取信息。

2）、绿色化：各种用电设备及电源装置产生的谐波电流及滞后电流严重污染电网，随着各种政策法规的出台，对无污染的绿色电源装置的呼声越来越高。UPS除加装高效的输入滤波器外，还应在电网输入端采用功率因素校正技术和软开关技术。提高UPS的输入功率因数具有重要的意义，不仅可以减少对电网的污染，降低市电的无功损耗，以起到环保和节能的效果，而且能减少UPS配电设备（变压器、熔断器、电缆、进线电容等）的容量，减少相应的投资，提高运行可靠性。提高输入功率因素的传统方法是采用无源功率因数校正技术，目前较先进的方法是：单相输入的采用有源功率因数校正技术，三相输入的采用SPWM高频整流提高UPS的输入功率因数，功率因数可以提高到接近1。

3）、全数字化和集成化：采用数字信号处理器（DSP）和专用的集成电路（ASIC）对UPS系统中的交换、控制、反馈、检测、显示、通讯等部分进行全数字控制，可以实现****、快速控制，保证波形失真度非常小，动态响应快，具备完善的自动保护，能够稳定、可靠的工作。

4）、并机冗余技术：当今对供电系统的要求趋势是一个是高可靠性，一个是大功率化，这两者都与UPS并联运行控制密切相关。并联运行主要有以下三个好处：****，可以用来灵活扩大系统的容量；第二，可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性；第三，具有极高的系统可维修性，在逆变器出现故障时，可以很方便的进行热拔更换或维修。因而，这样的并联运行方式在各个领域得到广泛的推广和应用。当前，并联控制方式一般分为集中控制、主从控制、分散逻辑控制和无线独立控制等方案。

在电力系统等诸多领域，用电设备都需要大容量的高性能的UPS电源。目前国内所用的大容量的UPS电源都是国外产品，价格比较昂贵，并且一些技术指标还不能满足国内的实际要求，因此，发展我们自己的大容量高性能的UPS电源产品成为当前一项迫切的任务。UPS技术虽然有很大的发展，但还远未达到尽善尽美的地步，许多问题还需要进一步的研究，小容量UPS电源技术并不能够简单的推广到大容量的UPS电源中去，研究大容量的UPS电源需要注意以下问题。

1、控制方法的问题

控制方法问题是UPS电源的核心问题。大容量的UPS电源受开关损耗、集肤效应、铁心损耗等的限制，开关频率比较低，如何在有限的开关频率下得到高性能的正弦波输出电压是大容量高性能UPS电源技术的关键问题。带滤波电容电流内环的电压瞬时控制方法以其良好的控制性能获得了人们的普遍关注，成为UPS电源控制方法研究的热点之一。采用传统的带滤波电容电流内环的电压瞬时控制方法存在如下问题：

a、电流内环引入的多次相交问题及系统的稳定性问题限制了系统性能的提高；

b、系统是一个有差调节系统，负载变化或输入电压变化时，输出电压有效值会随之改变，不能维持恒定；

c、传统控制方案一般所采用的PWM控制方式虽然具有实现简单的优点，但UPS电源输出电压存在较大的载波频率谐波，在开关频率下不容易滤除，为了满足大容量高性能UPS电源的需要，需要对控制方法进行改进。

2、输出变压器偏磁的问题

大容量的UPS电源一般选择在逆变器的输出增加变压器的方法来实现电压匹配及电气隔离。和普通变压器的工作状态不同，UPS电源变压器容易出现偏磁问题，偏磁严重时会导致变压器铁心出现饱和，变压器的饱和对整个电源系统的正常运行将产生极其不利的影响。在UPS电源中，变压器偏磁问题解决的好坏直接影响到系统的正常运行及性能的优劣。

3、输出LC滤波器参数的设计问题

输出LC滤波器参数的设计问题是逆变电源的一个重要技术问题，逆变电源能否获得好的性能与输出LC滤波器参数有很大关系。通过研究负载侧匹配状况下对功率的衰减，得出滤波器的通带、阻带及截止频率等参数。设计滤波器使基波频率处于导通之内，而使谐波频率处于阻带之内。

4、电磁兼容问题

在大容量的逆变电源中，由于电流或电压等级的提高，逆变器部分所产生的电磁干扰将更严重，电源的电磁兼容问题显得尤为突出，因而在设计过程中需要充分的考虑到这一点。

5、系统的可靠性问题

在大容量UPS中，如何有效地保证整个不间断电源系统的可靠性也是该****一直探讨的问题，是采用双机并联，还是采用串联热备份等等方式，从使用和成本方面如何有效的权衡，也是对大容量不间断电源系统的一个重要问题。