| 摘要：UPS自20世纪60年代问世以来，在全世界范围内得到了广泛地推广和应用。由于传统单机UPS存在诸多弊端，冗余式UPS逐渐得到了发展，其技术革新一直倍受关注。本文针对冗余式UPS发展的必然性，介绍冗余式UPS技术的未来发展趋势。 |
3 冗余式UPS技术发展趋势
世界上许多国家(如日本、美国、德国、荷兰等国家)的UPS公司在UPS的并联冗余控制技术方面已经做了大量的工作，并有一系列的产品投入了实用。目前，这些品牌的UPS并联控制技术的特点及发展表现在以下几个方面:
3.1可并联单元数增多，以多种途径实现高可靠并联运行，进入模块化时代
目前，几种知名品牌的UPS如梅兰日兰、Exide、Victron、西力、西门子、三菱、东芝、APC等公司可以实现并联运行，但最大并联单元数不超过10个；而PKElectronics公司声称可并联100个以上，因而并联单元数的增多是今后的发展趋势。而并联系统控制方式呈现多样化，其中仅Exide公司为无互连线独立控制的并联方式，而其他公司多以主从控制或分散逻辑控制方式为主。
3.2在小功率UPS电源中用较低成本实现较先进的并联策略
目前可并联UPS电源多为三相中、大功率UPS，因此为实现并联运行，控制电路成本的增加一些对总成本影响不大。而普通小功率UPS的控制电路一般较简单，特性也不如大功率UPS电源好，因此要实现并联运行，电路的设计要综合考虑控制电路特性和成本的关系。在这方面各大公司都有一些独特的经验，如采用同一规格的电源模块和控制电路以适应不同容量的客户要求以及实现不同的控制功能。
3.3采用高频链结构技术
为完成UPS的并联、提高UPS的性能和减小UPS模块的体积，各公司大多采用高频链结构技术。高频链式大容量UPS简称高频机，由于UPS内省去了庞大的工频变压器，装置的体积重量大为减轻，同时也节约了成本，减少了装置的复杂性。高频机的输入端一般采用高频整流，因此可以获得较高的功率因数及较低的电流谐波，具有很好的输入特性。
3.4全数字化控制技术
模拟控制简单、技术成熟、易于实现，而且响应速度快、模型连续，至今仍在各种装置的控制中扮演着重要的角色。但是其缺点也是显而易见的，大量的分立元件和电路板使得制造成本高、电路复杂、参数易漂移、元件老化、系统的调试、故障检测维修困难、易受干扰等。因此，数字化是大事所趋。数字化不仅是指在系统中应用了数字器件，同时也是指整个系统应用了数字化的控制思想和方法。数字控制可以用软件的手段实现控制算法，能很好的解决控制系统元器件老化和温飘带来的问题，抗干扰能力也大大增强。为提高系统的控制性能和完成并联控制的复杂算法，UPS的控制一般应用全数字化控制方案，如应用单片机和DSP完成系统的检测、运算和控制。控制系统的升级也可以通过改变软件实现，代价较小。同时借助于数字控制芯片的发展，许多复杂的控制算法得以实现，使UPS的性能提高，功能更全面。
3.5通过软开关设计，实现高效率
采用高频链技术的必然结果使开关损耗显著增加。传统的谐振变换软开关技术一定程度上可以减少开关损耗，但仍存在的不足。在90年代初，美国弗基尼亚电力电子研究中心主任李泽元教授提出了“软开关PWM”概念，即功率开关器件只是在开关转换前后的一个小区间与线路外加LC元件工作在谐振状态，以构成电压或电流的过零点来实现功率器件的软开关，在开关全周期仍工作在PWM模式。由于“开通”、“关断”都是零电压，因此又称“零电压转换”（ZVT，ZeroVoltageTransition）。这种电路结构在高频电能变换中，即组成各种高频冗余式UPS中，将得到广泛应用。
软开关技术理论上可使开关损耗为零；实际上，可使目前的各种电源模块的变换效率由80％提高到90％以上，达到了高效率的功率变换。
3.6采用远程监测和控制技术，使UPS智能化
现在UPS的功能越来越完善，运行中UPS状态的检测、UPS出现故障的及时发现和处理、无人值守实现UPS的自动开关机，远程监测和控制UPS的运行状态等都成为UPS研制和生产所追求的目标。这些功能采用一般的硬件和控制方法是无法实现的，通常借助于普通UPS加上微机系统。例如，将各并联UPS之间通过并联控制单元及控制器局部网(CAN,ControllerAreaNetwork)总线互联，通过CAN总线进行数据交换，可以实现UPS冗余并联控制时的监控，从而最大程度的保证了UPS冗余并联及对负载供电的可靠性。这种系统通过网络和通讯构成智能化UPS,采集并报告各种信息数据，分析并给出处理方法，便于及时维护。
3.7通过电磁兼容（EMC）设计，实现电磁环境绿色化
冗余式UPS的电磁兼容问题有其特殊性。功率半导体开关管在高频开关过程中产生高的di/dt和dv/dt，会引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。研究表明，冗余式UPS装置中的电磁噪音源，主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快，电磁噪音越大。有些高频大功率装置还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，冗余式UPS的内部控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。
4 小结
本文简单分析了单机UPS的弊端，进而阐述了冗余式UPS发展的必然性及发展趋势。由于冗余式UPS的可扩展性、冗余性、热插拔性和可交互性，更能适应日后的拓展需求，其渐进式扩展方式，使系统能够伴随用户的成长而发展。随着UPS系统设计理念的不断深化，冗余式UPS必将引起不间断电源新的革命，进而成为未来UPS系统发展的趋势。
参考文献
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[6]钱照明，程肇基.电磁兼容设计基础及干扰抑制技术.第1版.杭州：浙江大学出版社，2000.12
作者简介：
王宁，男，硕士研究生，主要从事电源模块化技术研究。
甘林川，男，硕士研究生，主要从事开关电源散热技术研究。
杨小光，男，重庆通信学院教务科
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