隨著不間斷電源（UpS）及其供電系統在各個領域的廣泛應用，使用者正在逐步接受并理解專家們對UpS供電系統可靠性、可用性的研究理論。然而隨著人們對可靠性研究的深入，專家們又在尋找供電系統不可靠因素之所在，同時，提出解決這些不可靠因素的新理念、新思路。傳統設計理念的局限性可歸結為備用電源配置方式問題。必須改變備用電源的配置方式，將備用能源（電池）的直流電直接對負載供電，可使UpS系統的可靠性、制造成本、能源利用率、系統效率、系統標準化等方面發生革命性的變化。本刊對此表示關注和探尋，帶著這種關注和探尋，本刊主編張乃國先生于2010年2月3日采訪了中科院計算所研究員張廣明先生，請他就直流輸出型UpS的主要研究思路和我們關注的話題進行了解答。

問：傳統UpS供電系統現在存在哪些問題？

答：現在所說的UpS供電系統由AC/DC整流器、DC/AC逆變器、各級配電柜、各級濾波器、STS轉換開關（雙路供電系統用）、電池組、變壓器等設備和環節組成。

傳統UpS供電系統存在的問題可歸納成下述幾個方面。

（1）系統可靠性問題

系統復雜、單路徑故障點多、設備可靠性差、維護難度大等。

（2）系統電流諧波*問題

系統中存在兩個諧波源負載開關電源和UpS輸入側AC/DC整流器。對電網和系統本身形成*、增加濾波設備、降低輸入功率因數和能源利用率，以及對零地線系統等提出苛刻要求。

（3）系統成本和能源消耗問題

能源兩次轉換降低了效率（雙總線系統的效率﹤80%），系統復雜性提高了購置成本和運行成本，電流諧波的存在需增加濾波設備，輸入功率因數的低下降低了系統設備容量的利用率。

（4）系統標準化問題

系統復雜為標準化帶來困難，系統設計建造多采用定制式手段，基本方法還停留在手工業階段。

（5）系統的靈活性和可擴展、變更問題

以計劃容量一次性投入、難以變更和擴展，縮短了系統生命周期。

（6驚統使用維護難度問題

要求較高的維護水平，供應商家多且產品非標準化使故障修復困難。

問：從技術角度講，當前傳統UpS系統要解決的重點問題是什么呢？

答：從當前用戶關注的焦點和UpS廠家技術改造的重點來看，要解決的問題和技術措施歸納起來有以下三點：

（1）提高系統可用性

設備降容使用，提高可靠性，延長使用壽命；

增大成本，對設備采用冗余配置，使其有容錯功能；

對系統采用雙總線冗余配置，可以最大限度地減少整個系統的單路徑故障點；

配置模塊化UpS，有冗余功能，可以大幅度降低故障修復時間；

提高設備智能監測和管理功能，便于維護，并可把潛在的故障隱患消除在故障發生之前；

采用集成化系統設計，解決系統中各類設備阻抗和連接方式的匹配問題，提高系統運行的可靠性和集中管理問題，并最大限度地減少安裝和維護過程中的人為錯誤。（2）抑制系統中諧波電流的產生和治理問題

加大零線截面積規格和前端設備（變壓器、柴油發電機、配電開關、轉換開關等）容量，以便降低諧波電流的影響；

輸入三相整流改為12脈波整流＋11次無源濾波器，使功率因數pF=0.95，諧波THDI10%；

三相整流前加有源濾波器，使輸人電流成正弦波，pF=0.99，THDI5%；

輸入改為IGBT高頻整流，使pF＝0.99，THDI5%；

要求負載IT設備輸入開關電源采用pFC高頻整流。

（3）提高系統的適應性

采用模塊化設計，使局部系統有擴容功能，減少系統運行初期的設備購置成本和運行成本；

采用標準化設計，簡化系統設計和制造流程，為系統快速安裝和可能的變更、移動、擴容提供方便。

問：當前ups系統的可靠性還不夠高的根本原因是什么？

答：不間斷供電系統實現其功能的最基本條件是必須有兩路電源，一路是市電供電，另一路是備用電源供電。市電供電是有可能故障掉電的，這是建立UpS供電系統的初衷。

備用電源應該是實現不間斷供電的底線，是最后的保障。電池設備的故障是可預見的，并且故障發生是緩慢漸變的、非突發性的，只要維護得好，定期檢測，可以在不影響系統正常運行的情況下消除故障隱患，因此電池具備了底線、保險的后備能源的條件。

但是，遺憾的是，傳統UpS設計方案并沒有給電池發揮作用的充分條件，電池并沒有直接放在負載的前面為負載保駕護航，而是把它放到了UpS主機設備中，市電掉電時，電池要通過UpS主機設備中最不可靠的環節逆變器向負載供電。這樣，備用電源供電途徑的不可靠就成為傳統UpS供電系統的可靠性難以有效提高的根本原因。

問題出在系統設計方案的指導思想上，選擇不間斷供電的主角是市電、備用電源，還是兩路都必須經過ups的逆變器環節？

如果把備用電源放在負載前面，市電掉電時由高可靠的備用電源直接給負載供電，那么備用電源不僅可在市電掉電時向負載供電，當市電正常而主機供電系統發生故障時，也可保證負載的正常運行。

保證IT負載連續可靠工作的關鍵在于市電和備用電源的配置方法。傳統UpS供電系統中，兩路能源的供電方法是：一是市電輸入+雙變換系統；二是備用電池十逆變系統。所以，保證IDC不停電的關鍵是，當市電供電一路電源中斷時，備用電源能否可靠地不間斷地向負載供電。原則上講，備用電源配置方法有兩種：串聯型和直接型。

（1）串聯型

傳統UpS供電系統的備用電源配置方法是串聯型的，平時市電（電網十雙變換系統）對負載供電，而在電網掉電或系統故障時，備用電源（電池組）要經過UpS設備中的DC/AC變換環節向負載供電。

根據當前設備可靠性水平，電池系統的可靠度R1在0.99左右，而UpSDC/AC逆變器的可靠度只有R2=0.9，根據串聯型可靠性模型可計算出這時備用電源供電的可靠度。