更新时间：2023-11-22 20:59
不间断电源（Uninterruptible 功率 Supply，UPS）是一种能够在主电源发生故障或者断电时，还能继续向负载供电并保证供电质量，使负载运行不受影响的应急电源装置，其具备的主要功能为双电源之间的无间断切换、频率变换、电压变换、隔离干扰和后备等，广泛应用于大数据信息设备、工业备用电源、商场、银行系统、铁路系统和医疗设备等领域。
UPS经历了从动态UPS到静态UPS的发展历程，最初其采用飞轮储能，利用机械能和发动机实现能量转换，20世纪60年代开始，随着电力电子和半导体材料技术的发展，以可控硅为核心的静态UPS逐渐取代动态UPS。20世纪60年代到70年代，可控硅UPS装置仍得到广泛应用，但其仍然存在一定的缺陷，为此，20世纪80年代开始研发利用自关断的巨型功率晶体管作为开关器件的静态UPS装置。随后，又发展出能够自关断的功率场效应晶体管（MosFET），成为新一代UPS装置的开关器件。从20世纪90年代至2020年左右，利用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关器件的UPS装置也得到了快速的发展，UPS在电源领域得到了更大的发展和应用。
UPS主要由整流器、组、逆变器和静态转换开关等部分组成，其种类多种多样，根据不同的标准和特点，可以按照输出、功率容量、输入输出方式、工作原理、结构和应用场景等方式进行分类。市电正常时，UPS将市电进行稳压处理并供应给负载，同时对内部蓄电池组进行充电；市电中断时，UPS通过逆变器将蓄电池组的电能转化为交流电，继续向负载供电，以此实现电源不间断的作用。
UPS经历了从动态UPS（旋转型）到静态UPS（静止型）的发展历程。研发初期，动态UPS系统采用最原始的储能方式，即飞轮储能，它采用柴油发电机（油机）－电动机发电机组来实现电能的变换。在发电机上安装一个几吨重的飞轮，通过将电能转换成飞轮的旋转能量，当停电时，虽然电动机电感线圈失电停止运行，但飞轮的惯性仍可以继续驱动发电机供电几秒钟，从而保证供电的稳定性，使用户有时间保存重要数据。同时，系统会立即启动柴油发电机为负载提供电源。动态UPS的优点是可靠性较高、维护简单方便，缺点则是切换时间较长、噪音大、体积较大、效率相对较低。
20世纪60年代开始，随着电力电子和半导体材料技术的发展，可控硅（SCR）性能得到大幅提高，制造工艺取得重大突破，这推动了静止型UPS技术的研究，它以可控硅为核心器件（电能变换电路），采用蓄电池组储存能量，当市电发生断电时，由蓄电池代替整流器向逆变器供电，实现市电断电时的供电。相比旋转型UPS，其重量轻、体积小，噪声低，操作灵活，效率高，但电路结构复杂，过载能力差，维护要求高，这个时期，主要研究电路的换流方式，力图提高晶闸管（可控硅）的工作频率，并采用了逆导晶体管、UPS冗余并联化技术和波形叠加技术等方式来增大晶体管逆变器的功率。
可控硅UPS装置在20世纪60年代到70年代仍得到广泛应用，但由于频繁开关工作增加了电网谐波，降低了电网品质，并干扰其他用电负载，同时，电源装置的重量和体积增加，动态性能变差。为此，20世纪80年代开始研发利用自关断的巨型功率晶体管（UR）作为开关器件的静止型UPS装置。
相比可控硅UPS装置，这种静止型装置不需要换向电路，减少了电感和电容，提高了可靠性和输出的动态性能。但是，由于巨型功率晶体管是少数载流子进行工作的半导体器件，控制开通需要较大的驱动电流，需要特殊设计的驱动电路，并对器件参数的选择有严格要求，成本较高。这期间，在利用波形叠加技术的同时，还利用了PWM脉冲宽度调制技术，提出了采用循环换流器和采用谐振变换器等各种新的电路方案。
在其之后，随着半导体器件技术的进步，又发展出能够自关断的功率场效应晶体管（MosFET），成为新一代UPS装置的开关器件。功率场效应晶体管采用电压驱动，驱动电路简单、功率低、成本较低，并具有更快的开关速度，因此，功率晶体管和功率场效应晶体管制作成的静止型UPS装置得到了广泛应用。
从20世纪90年代到2020年左右，利用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关器件的UPS装置也得到了快速的发展。绝缘栅双极晶体管集成了功率场效应晶体管和双极晶体管的优点，具有大电流处理能力、低饱和压降和快速开关等特点，展现出广阔的发展前景。随着半导体材料性能的提升，UPS的开关器件逐步更新换代，电子技术和数字控制的发展推动了UPS控制电路从模拟集成电路到数字电路的转变，带来了其性能的大幅提升。传统的模拟控制技术虽然成本低但系统复杂、体积大且可靠性不高，而数字控制技术则通过更高级的控制方法实现了UPS的智能化、小型化，提高了其控制精度，实现了用户远程控制，同时也加强了各种保护措施，使得UPS在电源领域得到了更大的发展和应用。
UPS的种类多种多样，根据不同的标准和特点，可以按照输出波形、功率容量、输入输出方式、工作原理（运行方式）、结构和应用场景等方式进行分类，其中，应用最广泛的是根据工作原理和输入输出方式分类。
UPS按照其工作原理可以分为动态UPS和静态UPS两大类，动态式UPS因应用较少，所以通常所说的UPS大都指静态式。静态UPS又可分为后备式UPS、在线式UPS，而在线式UPS又有多种，包括在线互动式UPS、双变换在线式和双变换电压补偿在线式（Delta变换型UPS）等几种类型；按照其输入输出方式又可分为单进单出式、三进单出式和三进三出式。
后备式UPS：后备式UPS也叫离线式UPS，在市电供电正常时，负载直接由市电供电，而逆变模块处于后备状态（不工作），同时，蓄电池组完成电量的储存。当市电电压降到规定值以下，即发生故障或断电时，转换开头才在检测（控制）电路的控制之下切换到蓄电池供电，并通过逆变器将电能转换为负载所需的电能。后备式UPS具有结构简单、体积小、成本低的特点，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度较差，切换时间较长，无法实现真正的不间断电源。它主要应用于对供电连续性要求不高的场合，例如家庭使用或非关键设备。
双变换在线式UPS：双变换在线式UPS主要由整流模块和逆变模块组成。当市电正常时，整流模块将市电转换为直流电，并通过逆变模块将直流电转换为负载所需的交流电，称为正常运行方式。如果遇到电网故障或市电中断，蓄电池组将为逆变器提供DC电源，以继续向负载供应交流电，称为储能供电运行方式。
如果UPS系统本身出现故障，它会自动切换到旁路工作模式，直接将市电供应给负载，以确保持续供电。这样，UPS系统可以实现对负载的不间断供电。双变换UPS之所以被称为双变换，在于其工作过程中电能经过了AC/DC和DC/AC两次变换，确保输出电压的连续性，避免中断，适用于大功率用电设备。
在线互动式UPS：在线互动式UPS，又称并联补偿式UPS，是一种介于双变换在线式UPS与后备式UPS之间的整机方案。当市电正常供电时，负载直接由市电供电，逆变器则充当充电器为蓄电池组充电，处于热备份状态。在线互动式UPS通过检测市电供电情况来确定是否需要启动逆变器工作，只有在市电故障时，逆变器才会开始工作，将蓄电池的直流电转换为交流电供给负载，鉴于逆变模块的可逆工作模式，将其称为在线互动式UPS。
在线互动式UPS可以根据市电输入电压的变化自动进行电压调节，当市电电压低于或高于设定范围时，控制系统会启动逆变器来保证负载的稳定供电，广泛应用于家庭和关键设备的供电保护中，它相对于传统的双变换在线式UPS和后备式UPS而言，具有结构简单、维护方便等优点，但其抗干扰能力较差，稳压效果也不明显。
Delta变换式UPS：Delta变换式UPS（双变换电压补偿在线式）是一种相对较新的UPS电路结构模式，将交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS主电路中，是一种基于脉宽调制技术基础上又增加了串联交流稳压技术，属于串、并联功率传输方式，能够实现较高的电能转换效率和输出电压稳定性。
Delta变换式UPS在市电不稳定时能够通过主供电路通道上的补偿变压器对市电提供补偿，其补偿范围在15%左右，但并不能很好地应对市电电网的频率波动、电压谐波失真和传导干扰等问题。其工作特点是由市电分担大部分的输出功率，而逆变器只需分担余下部分功率，适合中小型机房等场合。
单进单出式UPS：单进单出式UPS的输入输出方式为单相输入、单相输出，不用过多考虑用电设备负载均衡问题，但是要考虑电网配电的三相均载方面的问题，适用于小功率UPS。
三进单出式UPS：三进单出式UPS的输入输出方式为三相输入、单相输出，其需要计算单相一路UPS输出导线横截面积的额定输出电流，这是为了防止三相在运行时出现电流不对称，单相电流过大会导致设备电路过热出现烧焦的情况，适用于中大功率UPS。
三进三出式UPS：三进三出式UPS的输入输出方式为三相输入、三相输出，其输入要求与三进单出的机型一样，要在UPS的输出端尽量控制负载均衡度，使其输出在技术要求的范围内，适用于中大功率UPS。
除此之外，市面上的UPS还有一些其他分类方式，如按输出波形可分为方波输出、梯形波输出及正弦信号输出三类；按输出容量可分为小型UPS（5KVA以下）、中型UPS（5KVA~100KVA）及大型UPS（100KVA以上）；按结构形式可分为基本UPS、具有自动（或手动）转换开关的UPS和具有并机式切换开关的UPS；按使用特性可分为不同类别场合专用UPS等等。
信息设备对电能的稳定性和质量有很高的要求，由于普通市电存在断电或电能质量差的可能，加入不间断电源可以确保设备稳定运行，不受外界因素的影响。随着计算机领域快速发展，大数据中心、中央机房、通信系统、轨道交通信号系统等重要设备广泛使用不间断电源，以保证其正常运行。
在工业领域，不间断电源主要应用于电力系统、钢铁冶炼、石油化工、建筑施工、军事等领域。它能为生产过程中不能中断的重要设备提供可靠的电源，确保工业生产的安全性。工业领域的不间断电源主要以中、大型功率的UPS为主，市场占比较大的UPS产品也主要集中在这个领域。
在商场突然出现停电的情况下，其实会带来很多负面影响的，在这个时候若是能够搭配使用UPS电源，通过这种电源的储电能量能够持续保持通电状态，这样可以给消费者或者工作人员离开商场提供一定的时间。虽然有时候这样的时间比较短，但是只要UPS不间断电源里的电能充足的话，就可以保证人们在突然断电的情况下安全离开商场。除了在商场应用之外，这种UPS电源还经常会用一些比较常见的场合，为人们安全使用一些电子产品提供保障。
随着金融业的发展，提出了UPS电源整理解决方案，并成功应用于某外资银行。机架式UPS电源作为数据中心中最常用的供电保障设施、供配电系统中损耗最大的环节，对于金融行业有重要作用。银行与金融企业必须维护许多需要个别电源防护的小型系统。自动柜员机（ATM）就是需要在线机架式UPS保护，以避免可能的供电异常。
在铁路通信系统中，UPS不间断电源是系统的能源供给单元，对整个系统的运作稳定性起着决定性的作用，在使用中， 具有功能齐全、可靠稳定等多方面的优势。在铁路通信系统中， UPS不间断电源主要由主机和电池两大部分构成， 其中整个UPS主电源装置由功率因数调整电路、整流电电路、逆变器、辅助电路和驱动电路等部分组成，各部分的作用分别为：功率因数调整电路消除整流产生的脉冲电路， 提高供电质量；整流充电电路提供在线工作的能量输入电源；逆变器交流输出在线工作的高质量稳定的频率起伏。
医院作为特殊用电单位，对供电的可靠性和稳定性有严格的要求，常采用双电源和柴油发电机作备用电源，并安装大型UPS系统。UPS系统不仅给信息存储中心和电脑室等重要信息传输设备提供电源，还保证重病区域如血液透析室、手术室、急诊室等区域的监护仪、呼吸机、血液透析设备正常运行。针对特殊需求，还可建立中大型UPS系统，通过合理配置和使用UPS系统，确保医院供电稳定。
不间断电源（UPS）是一种配备储能装置的电源设备，能够提供稳定的电压和频率输出。当交流输入电源（通常称为“市电”）输入正常时，UPS会对市电进行稳压处理，然后将其供应给负载使用，因此在这种情况下，UPS就相当于一台交流稳压器，同时，UPS还会对内部蓄电池组进行充电。当市电发生中断等情况时，UPS会立即通过逆变器将内部蓄电池组的电能转化为交流电，并继续向负载供应电力，以确保负载可以正常工作，防止软件和硬件受到损坏。从基本原理讲，UPS的基本结构主要由整流器、蓄电池组、逆变器和静态转换开关等部分组成。
整流器是将交流电转换为直流电的装置，主要用于给逆变器供电并对电池进行充电，具有一定的调压能力和短路回缩保护功能，在异常情况下可以将输出电流限制在正常范围内。最基本的结构采用全桥整流方式，包括单相和三相整流，通过可控硅（或整流管）整流后，经过滤波电路进行滤波以获得平滑的DC电源，同时也滤除电网上的噪声和干扰。全桥式整流方式的优点是电路简单、可靠性高；缺点是输入电流谐波失真大、输入功率因数低，对电网污染较严重，体积大、生产运行成本高。为克服这些缺点，已逐渐采用功率因数补偿技术（PFC）使整流器的输入特性接近线性。而最新的整流方式采用脉宽调制（PWM）实现整流功能，能完全克服传统整流方式的缺点，输入功率因数几乎接近1，即相当于线性负载，对电网污染较小。
蓄电池组是用来储存电能的装置，在UPS中用于在市电故障时为负载供电。它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部；当市电故障时，将化学能转换成电能经逆变器转换为交流电并供给负载。对于大、中功率UPS，蓄电池组直接接至整流器的输出端进行充电；而小型 UPS 则通常有独立的充电器将整流后的直流进行变换，以恒压限流的方式对蓄电池组充电。
逆变器是用于将整流后的直流电转换成稳压、稳频、纯净的正弦信号交流电的装置，其主要作用是隔离和电压变换，还能够实现频率的调节，但逆变器并没有调压能力，即不能实现对输入电压的调节。绝大部分UPS的逆变器，特别是大中功率UPS，基本上采用脉宽调制（PWM）技术。在控制电路中，利用高频三角波作为载波，对标准正弦波进行脉宽调制，产生脉宽随正弦波度作相应变化的高脉冲序列，通过开关器件变换，在次级一侧获得放大后的脉宽调制脉冲序列；然后通过变压器和滤波电路滤除高频载波，还原成正弦信号，完成了直流至交流的逆变过程。
静态转换开关又称静态开关，它是一种无触点开关，主要作用是在主电源和旁路电源之间实现不间断地自动切换，分为转换型和并机型两种。每一路由两个晶闸管反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。逆变器输出和旁路电源之间可控硅的驱动信号始终保持只有一路电源导通。转换过程的断电时间属于微秒或纳秒级，对负载设备影响较小，因此静态开关的转换是不间断的。
不间断电源装置（UPS）的应用需要实现的主要功能可以归纳为以下五个方面：
（1）双电源之间的无间断切换功能：市电与逆变器供电之间切换零时间，保证在市电中断后，能够第一时间输出供电保证负载电气设备的不间断运行。
（2）频率变换功能：可以将输入电压的频率变成需要的频率，并且起到稳频的作用。
（3）电压变换功能：可以将输入电压变换成需要的电压，并且起到稳压的作用。
（4）隔离功能：将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网干扰阻挡在负载之前，既可使负载对电网不产生干扰，又可使电网中的干扰不影响负载，起到电力净化的作用。
（5）后备功能：UPS里配备有蓄电池来当做储备能源，一方面在电网停电或发生故障时可继续供电一段时间来保护负载；另一方面在 UPS的整流器发生故障时可使用户有时间来保护负载，后备时间可以是 5分钟、10分钟、30分钟，甚至更长。
UPS的主要技术指标包括UPS的容量，电压（输入电压、输出电压），频率（输入频率、输出频率）和功率因数（输入功率因数、输出功率因数）等。其中，容量是UPS的首要指标，通常是指其输出容量，以输出额定电压和额定电流的乘积来表示，单位为伏安（V·A）。输入电压及范围即保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围，输出电压即UPS的额定输出电压。输入频率及范围即UPS能自动跟踪市电、保持同步的频率范围，而输出频率是指UPS输出交流电的频率，一般为50Hz或60Hz。UPS的功率因数分为输入功率因数和额定负荷功率因数（输出功率因数）。输入功率因数指UPS输入端的功率因数，输入功率因数越高，UPS所吸收的无功功率越小，输出功率因数指UPS输出端的功率因数。