稳压电源和UPS在电网中的应用

于忠刚

摘 要：本文从稳压电源和UPS的工作原理、使用场所、配置方案等方面分析了两类设备的不同及优缺点，为不同使用着选择更好的电源解决方案提供参考。

关键词：稳压电源;UPS;工作原理;配置方案

中圖分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0143-02

0 引言

当今社会，随着科技水平的不断发展，设备对电源质量的要求越来越高。在电网环境恶劣的地区及对电源质量要求较高的使用场所，为了保障设备正常运行，避免因电网不稳定对设备造成损伤，我们通常会在用电设备前端增设稳压电源和UPS，但在上述两种设备的使用过程当中，常常会出现一些使用误区，本文我们就对两种设备的工作原理，使用场所，及使用注意事项进行讲解。

1 工作原理

1.1 稳压电源的工作原理

稳压电源又叫电源稳压器，顾名思义，其主要作用是对电网电压进行优化，用以保障用电设备的正常运行。

我们使用的用电设备，一般都会有一定的电压承受范围，以我们国内电压标准来讲220V/380V市电电压一般设备允许承受的电压波动范围都不会超过±10%，尤其是通信机房、数据中心等精密用电场所，对电源质量要求更高。但在电网环境恶劣的地区，例如农业电网、有大型用电设备运行的电网、雷雨气候频繁的地区等，电压波动常常会超出这个范围，在此情况下我们就需要在用电设备前端增加电源稳压装置。

稳压电源除了基本的稳定电压功能之外，还具有过压保护、欠压保护、缺相保护、短路过载保护等其他保护功能。

其主要工作原理如图1所示，电源连接用电负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等;如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。

常见稳压电源的稳压范围一般为±20%，稳压精度可至±2%以内，以我国工业用电标准380V为例，可实现304V至456V电压波动区间内稳压，将电压波动保持在372V至388V之间，在恶劣的电网环境下，通过其优异的适应能力，可极大的保障后端用电设备的正常运行。

1.2 UPS的工作原理

UPS即不间断电源，英文全称为Uninterruptable Power System，相较于稳压电源来讲，UPS的工作原理更加复杂一些。

UPS种类很多，我们此次主要讲解常用的在线式UPS，其主要工作原理如图2。

图2中可以看到，在线式UPS主要由整流器、蓄电池、逆变器三部分组成。

正常工况下，市电输入后通过整流器将交流电转变成直流电，直流电输送至逆变器，在此同时给蓄电池充电，逆变器将输入的直流电逆变为交流电给负载供电。在此过程中，输入的市电一直处于整流→逆变的过程，经过处理的电源为洁净的无任何干扰的正弦波，因此此类UPS称之为在线式UPS。

当市电断电或超出UPS工作范围时，UPS整流器停止工作，转变为蓄电池输出直流电，直流电输送至逆变器后逆变为交流电给负载供电，同时报警提示用户市电出现异常;当市电回复正常后，会自动跳转为整流器工作。上述整流器与蓄电池之间切换跳转的时间一般低于4ms，不足1/4周波，实现了不断电切换，这也是该设备不间断电源名称的由来。

UPS功能性较稳压电源更加完善，一是我们上文提到的，可以为重要负载提供不间断供电，防止突然断电造成的损害，例如重要数据丢失等;二是消除污染，改善电源质量，除了稳压电源具有的功能外，UPS还具有稳定频率、消除谐波干扰、改进浪涌噪声等功能，使电源质量更加优良，使负载电子部件免受摧毁性损坏。

常见的UPS稳压范围不如稳压电源，一般为市电电压的±10%左右，但其稳压精度却比稳压电源更高，可低于±1%。

UPS对自身工作环境要求较高，正常情况需要保障UPS电源室环境为恒温恒湿，特殊情况还需配置精密空调;蓄电池占用空间较大，且电池使用寿命受电网环境影响较大。

2 使用场所

通过上文对稳压电源和UPS工作原理的简单阐述，我们可以基本可以分析出它们适用的不同场所。

2.1 稳压电源的适用场所

稳压电源造价较底，自身对工作环境要求不高。主要应用于用户对电源电压稳定性有要求，但对供电不间断性要求不是很高的场所。电压不稳定的区域尤其是电网质量较差的区域均可配置稳压电源。例如工矿设备等，主要保障设备正常运行。

2.2 UPS的适用场所

UPS使用成本较高，自身对工作环境要求比较高，单独使用时主要应用于用户对电源质量要求较高，且要求供电可靠、不允许突然断电情况发生的场所，例如通信系统、航空管理、医院、证券、工业控制等。在一些要求更高的场所，一般还考虑使用多台UPS进行备份的方案，最大程度保障供电。

2.3 组合使用

因为稳压电源稳压范围更大，而UPS同时具有稳压、电源净化、不间断等优异性能，在电网质量较差，但对电源质量要求又较高的场所这两种设备往往会组合使用，使用原理如图3。

图3我们可以看到，稳压电源接入UPS的市电输入前端，其主要工作原理及优点为：

（1）在电压波动较大的区域，稳压电源作为UPS的上一级保护电源，先行将电压波动控制在±2%范围内，UPS进一步对电源进行净化处理，将稳定、洁净的电源供给用电设备。避免因电网电压超出UPS的电压工作范围，导致UPS频繁跳转为蓄电池供电，减少蓄电池充放电次数，增加其使用寿命。

（2）当稳压电源出现故障时，其自身停止工作并跳至旁路运行，此时UPS担当稳压、净化的功能，如果在此期间电网电压波动超出了UPS工作电压范围，会转为蓄电池供电，当电压稳定后自动转为UPS在线供电。

（3）当电网电压超出稳压电源工作范围的时候，稳压电源自身停止工作跳至旁路运行，此时UPS因超出工作电压范围，同时会转为蓄电池供电，当电压稳定后自动转为UPS在线供电。

上述方案重复发挥了稳压电源和UPS的各自的功能优势，是目前使用范围最广的电源解决方案。

3 使用误区

在电源解决方案的选择上常常会出现一些误区。在南海某项目实施过程中，发现了使用单位采用了其他的配置方案如图4。

从图4中可以看到，该使用单位将稳压电源接入了UPS的旁路，我们可以分析一下该配套设施的使用工况情况：

（1）当市电断电或电源超出UPS工作范围的情况下，UPS转为蓄电池供电，市电恢复后UPS持续工作。

（2）蓄电池放电完毕后，UPS跳转为旁路工作，因旁路接入了稳压电源，由稳压电源对电源质量进行处理。

通过分析工况我们可以看到，因为UPS前端缺少稳压电源的保护，很可能由于市电电源质量差导致UPS频繁跳转为蓄电池供电。一方面大大缩减了蓄电池的使用寿命，同时会导致蓄电池放电结束转为旁路供电，虽然接入旁路的稳压电源可以对市电电压进行处理，但处理后的电源质量远远劣于UPS处理性能，对后段负载设备的使用存在一定的隐患。

后来在我们的建议下，使用单位更改了配置方案，将稳压电源接入UPS输入前端。

4 结语

随着科技的不断进步，电源解决方案也在不停的变化。比如现在欧美地区，因其电网质量优良，为了节约能耗不建议使用在线式UPS而改为后备式，主要使用UPS的不间断功能，而不再使用其在线电源净化的功能。我们也在不断优化电网质量的同时，选择更经济、更环保、更可靠的、更适用的电源解决方案。

参考文献

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[2] 王钢，丁茂生，李晓华，赵建仓.UPS供电系统可靠性与经济性综合研究[J].中国电机工程学报，2005（12）：73-77.