摘要：提出一種采用并聯(lián)直流電源替代電力UPS電源系統(tǒng)的方案，分析闡述UPS負荷——監(jiān)控服務器內部開關電源工作原理及采用直流240V供電的可行性，進一步分析并聯(lián)直流電源內部模塊原理和應用優(yōu)勢，在理論分析基礎上搭建了并聯(lián)電池系統(tǒng)試驗平臺，對比直流240V和交流220V電源供電的各項指標，實驗結果表明，并聯(lián)直流電源替代UPS電源是可行的。
　　Abstract： The scheme of replacing the power UPS power system with parallel DC power supply is proposed. The working principle of switching power supply in the UPS load monitoring server and the feasibility of DC 240V power supply are analyzed. The principle and application advantages of the internal module of the parallel DC power supply are further analyzed. On the basis of theoretical analysis， a parallel battery system test platform is built， and the indexes of DC 240V and AC 220V power supply are compared. The experimental results show that the parallel DC power supply is feasible to replace UPS.
　　關鍵詞：電力UPS電源；開關電源；并聯(lián)直流電源
　　Key words： UPS for electric power；parallel DC power supply system；switching power supply
　　中圖分類號：M910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0131-03

0 引言

　　為提高變電站供電系統(tǒng)的可靠性，變電站配電系統(tǒng)中都設有電力UPS電源，它的作用是在交流工作電源失電后，繼續(xù)為監(jiān)控服務器等設備不間斷供電。而與直流電源相比，UPS電源存在著一些不足：①UPS電源在電路結構上多出一個逆變環(huán)節(jié)，逆變電路結構比整流器復雜得多。并且UPS電源總成本是同等容量直流電源的數(shù)倍，而其可靠性并沒有提高[1]。②當UPS電源交流輸入側失電后，其內部逆變單元的直流輸入由蓄電池提供。但如果電池和逆變器同時損壞，UPS電源就會失效，不再給負荷供電。同時由于逆變器輸出電壓在幅值、相位、頻率等方面存在差異，因此逆變器輸出端不能與其它電源并聯(lián)[2]。③傳統(tǒng)UPS配置的串聯(lián)結構蓄電池組存在“單體電池故障影響整組輸出問題”、“串聯(lián)蓄電池組要求單體電池電參數(shù)一致性很高，會導致部分電池損壞整組退役問題”、“串聯(lián)蓄電池組難以實施在線全容量核容問題”，這些問題同樣使UPS負荷處于不安全狀態(tài)[3]。
　　由此，依據(jù)UPS負荷——監(jiān)控服務器內部開關電源工作原理，提出使用并聯(lián)直流電源替代UPS電源系統(tǒng)的方案，在理論上分析開關電源采用直流240V供電的可行性，搭建了試驗平臺，測試比較并聯(lián)直流240V電源與交流220V供電的各項指標，驗證并聯(lián)直流電源替代UPS電源的可行性。

1 并聯(lián)直流電源替代電力UPS電源

　　變電站電力UPS電源所帶負載包括監(jiān)控主機、綜合應用服務器、輔助控制主機、時間同步系統(tǒng)、火災報警控制器設備等[4]。這些設備的電源輸入均內置開關型穩(wěn)壓電源。它的優(yōu)點是效率高、能耗低、體積小、重量輕。隨著微電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)電氣設備內部電源均采用開關電源。
　　1.1 開關電源工作原理
　　開關電源電路結構通常包括EMI濾波、整流橋、PFC、DC/DC變換等。交流220V輸入電壓經過EMI濾波電路和整流橋整流后的電壓為220=311V，再經過PFC電路將直流電壓升壓到400V左右，最后經DC/DC變換電路轉換為12V、5V和3.3V電壓[5]。本文主要探討直流240V與交流220V的供電區(qū)別，而直流和交流輸入對DC/DC部分電路的情況是相同的，所以只需要關注PFC及其之前的電路部分，電路結構如圖1所示。
　　1.2 開關電源采用直流240V供電
　　開關電源具有寬范圍電壓輸入特征，可以達到-50%、+20%以上，即110～264VAC。若開關電源采用直流240V供電，理論上可以從以下幾點分析其可行性。
　�、僬�流管承受的反向電壓更小。如圖1所示，在交流電的正半周，輸入電流流經整流橋的D1和D3，而二極管D2和D4承受反向電壓，反向電壓的最大值即等于交流電壓的峰值220=311V；在交流電的負半周時，同理，D1和D3承受311V的反向電壓。而采用直流240V供電，經過EMI濾波器、整流，整流二極管承受的反向電壓即等于直流輸入電壓240V，并且二極管電流平均值等于輸入電流平均值。
　�、赑FC二極管流過的峰值電流更小。比較交流和直流輸入時，二極管流過的電流差異。在PFC電路中，開關管S1關斷時，電感電流L1流過二極管D5，而輸入電流經過整流橋整流后即等于電感L1的電流。根據(jù)

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