外部UPS在电能质量在线监测装置中是如何工作的？

外部 UPS（不间断电源）在电能质量在线监测装置中的核心作用是 **“市电异常时无缝切换供电，确保装置不掉电、数据不中断”**—— 通过内置蓄电池组存储电能，在市电正常时稳压供电并充电，市电掉电 / 波动时立即切换为电池供电，全程维持装置全功能运行（采样、存储、通信），避免数据丢失或监测中断。具体工作流程可按 “市电正常、市电异常、市电恢复” 三个场景拆解，同时包含关键组件协同逻辑：

一、核心工作原理：“整流 - 储能 - 逆变 - 切换” 四步协同

外部 UPS 本质是 “电能转换与存储系统”，通过整流器、蓄电池组、逆变器、静态开关四大核心组件，实现 “市电→直流→储能→交流” 的能量转换，满足监测装置对 “稳定、不间断交流电” 的需求（部分 UPS 可直接输出直流电，需匹配装置供电类型）。

1. 关键组件及作用

 

整流器	将市电 AC 220V/380V 转换为 DC 12V/24V（根据蓄电池规格），分为两部分：1. 为逆变器提供直流电源；2. 为蓄电池组充电（维持电量 80%~90%）。	确保市电正常时，装置获得稳定的 “整流后电源”，同时蓄电池处于满电备用状态。
蓄电池组	存储电能（常见铅酸电池、锂电池），市电正常时被充电，异常时释放电能，是 UPS 续航的核心。	决定掉电后装置的运行时长（如 12V/7Ah 铅酸电池，可支持 100W 装置运行约 1 小时）。
逆变器	将蓄电池输出的直流电（DC 12V/24V）逆变为交流电（AC 220V/380V，与市电同频同压），或直接输出直流电（DC UPS）。	为监测装置提供符合需求的电源类型（多数装置需 AC 220V 或 DC 24V），确保供电参数匹配。
静态开关	实现 “市电供电” 与 “电池逆变供电” 的无缝切换，切换时间＜10ms（避免装置重启）。	核心保障 “无感知切换”—— 监测装置不会因供电切换出现断电、重启，数据采集与存储不中断。
组件名称	核心功能	与监测装置的关联

 

二、分场景工作流程：覆盖全供电状态

1. 场景 1：市电正常（90%~95% 的日常状态）

能量流向：市电 → 整流器 → 分两路：① 逆变器 → 静态开关 → 监测装置；② 蓄电池组（充电）。

具体过程：

市电通过 UPS 输入端进入整流器，整流器将交流电转换为直流电（如 DC 24V）；

大部分直流电送入逆变器，逆变器逆变为 AC 220V（与市电频率 50Hz、电压 220V 一致），再通过静态开关输送给监测装置，保障装置正常运行；

小部分直流电为蓄电池组充电，充电管理芯片会控制充电电流（如初期 0.2C 恒流充电，电量满后转为浮充），确保蓄电池电量维持在 80% 以上，避免过充损坏。

核心目标：① 为装置提供稳压供电（过滤市电波动，如电压暂升 / 暂降）；② 为蓄电池储能，备用。

2. 场景 2：市电异常（掉电、电压超范围）

能量流向：蓄电池组 → 逆变器 → 静态开关 → 监测装置。

具体过程：

UPS 内置的 “电压检测模块” 实时监测市电电压（通常设定阈值：AC 180V~250V），当市电掉电（电压 = 0）或超阈值（如＜180V 或＞250V）时，立即触发切换指令；

静态开关在 10ms 内从 “市电侧” 切换至 “逆变器侧”，同时整流器停止工作，蓄电池组开始放电，输出直流电（如 DC 24V）；

逆变器将蓄电池的直流电逆变为 AC 220V，持续输送给监测装置，装置仍可正常采集数据（如电压、电流）、存储数据（本地 Flash / 云端）、传输数据（4G / 以太网），无任何中断。

核心目标：无缝切换供电，确保装置不掉电，避免掉电导致的数据丢失（如暂态波形、实时告警）。

3. 场景 3：市电恢复正常

能量流向：市电 → 整流器 → 分两路：① 逆变器 → 静态开关 → 监测装置；② 蓄电池组（充电）。

具体过程：

电压检测模块监测到市电恢复至正常范围（AC 180V~250V），且稳定 3~5 秒（避免市电波动误触发）后，发送 “恢复市电供电” 指令；

静态开关在 10ms 内从 “逆变器侧” 切回 “市电侧”，同时整流器重启，恢复为逆变器供电和蓄电池充电；

蓄电池组从 “放电模式” 切换为 “充电模式”，直至电量恢复至 80% 以上，回到备用状态；整个过程中，监测装置供电无中断，数据采集与存储持续正常。

核心目标：平稳切回市电，同时为蓄电池补能，准备下次备用。

三、与监测装置的适配要点：确保 “能兼容、够续航”

外部 UPS 需与监测装置的 “供电参数、功率需求、安装场景” 匹配，否则可能无法正常工作或造成资源浪费：

1. 供电类型与参数适配

电源类型：

多数监测装置需 AC 220V 供电，选择 “工频 UPS” 或 “高频 UPS”（常规交流输出型）；

部分户外装置（如分布式光伏组串监测）需 DC 24V 供电，选择 “DC UPS”（直接输出直流电，无需逆变环节，效率更高）。

电压稳定性：UPS 输出电压精度需≤±2%（如 AC 220V 输出范围 215.6~224.4V），避免电压波动影响装置采样精度（如 ADC 参考电压不稳定导致数据偏差）。

2. 容量与续航计算

UPS 容量需根据监测装置的 “额定功率” 和 “期望续航时间” 计算，避免容量不足或过剩：

计算公式：UPS 蓄电池容量（Ah）=（装置额定功率（W）× 期望续航时间（h））÷（蓄电池电压（V）× 放电效率（0.7~0.8））。

示例：监测装置额定功率 50W（AC 220V），期望掉电后续航 2 小时，选择 12V 蓄电池组：蓄电池容量 =（50W×2h）÷（12V×0.8）≈10.4Ah，实际选择 12V/12Ah 铅酸电池即可满足需求。

注意：若装置需同时带动其他设备（如交换机、4G 模块），需将这些设备的功率纳入计算（如交换机 10W，总功率按 60W 计算）。

3. 安装与环境适配

安装场景：

室内场景（如变电站控制室）：选择 “塔式 UPS”（立式安装，占空间小）；

户外场景（如光伏场站箱变内）：选择 “工业级 UPS”（防护等级 IP54，宽温 - 20~60℃，抗振动），避免雨雪、高温损坏。

接地与布线：

UPS 需单独接地（接地电阻≤4Ω），避免接地不良导致的电磁干扰（影响装置采样数据）；

UPS 输出端至监测装置的线缆需用屏蔽线（如 RVV 3×1.5mm²），且长度≤10 米，减少电压损耗（如 10 米线缆电压损耗≤2V）。

四、核心优势与注意事项

1. 核心优势（对比装置内置备用电源）

续航极长：内置超级电容仅支持数秒续航，而 UPS 通过扩展蓄电池组可实现数小时至数天续航（如增加 2 组 12V/100Ah 电池，续航可延长至 20 小时）；

支持全功能运行：掉电后装置不仅能存储数据，还能正常采样、通信（如 4G 上传数据），而内置备用电源通常仅能保护已采集数据，无法新增采样；

多设备共享：1 台 UPS 可同时为多台监测装置、通信交换机、传感器供电（如 1000VA UPS 可带 5 台 50W 装置 + 1 台 10W 交换机），降低单设备备用成本。

2. 注意事项

蓄电池维护：铅酸电池需每 3~6 个月检查电解液液位（免维护铅酸电池无需），每 3~5 年更换；锂电池需避免过放（电量＜20%），延长寿命；

定期测试：每月手动断开市电，测试 UPS 切换是否正常（切换时间＜10ms），避免紧急时切换失效；

容量冗余：UPS 容量选择需预留 30% 冗余（如计算需 500VA，实际选 650VA），避免装置功率波动（如暂态采样时功率短时上升）导致 UPS 过载。

审核编辑 黄宇