HVDC和UPS供电系统在通信行业中的应用与分析
马燕童
摘 要：本文结合医疗供电系统的实际维护经验，探讨UPS电源的工作原理及其在医疗供电系统中的应用。从不同类别的UPS在供电特性、可靠性以及应用成本等方面的特性差异，探究其对应于医疗供电系统或医疗设备的应用方式。同时提出UPS日常使用的维护方法和注意事项，阐述UPS在医疗供电系统中的重要性和必要性。
关键词：UPS电源 医疗供电 工作原理 电源维护
中图分类号：F272.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0032-02
UPS，即不间断电源，是指当交流供电网输入发生异常时，仍可继续为负载提供一定时间优质电能的供电装置。医院作为特殊的用电单位，对供电的可靠性有着特别的要求。因此，在医疗供电系统中，UPS在医疗信息传输与存储、检验诊疗设备的使用，以及生命维持系统等领域都有着广泛应用。
1 UPS的基本分类和工作原理
通常，我们按UPS的电路结构形式进行分类，可分为后备式、双变换在线式、在线互动式和Delta变换式。
1.1 后备式UPS
后备式UPS是一种以市电为主的电源形式，主要由充电器、蓄电池、逆变器和变压器抽头调压式稳压电源4个部分组成。当电网电压正常时，UPS把市电经简单稳压处理后直接供给负载；当电网故障或供电中断时，系统通过转换开关切换为逆变器供电。
后备式UPS具有电路简单、成本低、可靠性高等优点；但同时，后备式UPS也存在输出电压稳定精度低，以及当市电供电中断时输出电能有短时间的间断。因此，在医疗供电系统中，后备式UPS一般作为应急电源使用，或者作为呼吸机或急救设备的在线电源。
1.2 双变换在线式UPS
双变换在线式UPS又称为串联调整式UPS，也是目前大容量UPS常用的一种结构形式。双变换在线式UPS通常由整流器、充电器、蓄电池、逆变器等几部分组成，它是以逆变供电为主的电源形式。当市电正常供电时，市电经充电器给蓄电池充电，同时经整流器变成直流后送至逆变器，再经逆变器变成交流后输送给负载端。只有当逆变器出现故障时，才通过转换开关切换为市电旁路供电。
通常情况下，因为在双变换在线式UPS电源系统中，负载的全部功率由逆变器给出；所以，在市电产生故障的瞬间，UPS的输入不存在任何间断。此外，UPS逆变器采用高频正弦脉宽调制和输出波形反馈控制，可向负载提供电压稳定度高、波形畸变率小、频率稳定以及动态响应速度快的高质量电能。不过，也正因为该供电系统下的全部负载功率均由逆变器提供，这也造成了雙变换在线式UPS的容量裕量有限，输出能力不理想等缺点。
在医疗供电系统中，双变换在线式UPS一般以中大型UPS机房的形式出现，所供的负载端也以通信、检验、手术治疗等领域为主。
1.3 在线互动式UPS
在线互动式UPS又称为并联补偿式UPS。与双变换在线式UPS相比，该UPS省去了整流器和充电器，而是由一个可运行于整流状态和逆变状态的双向变换器和蓄电池构成。当市电输入正常时，双向变换器处于整流工作状态，给蓄电池组进行充电；当市电异常时，双向变换器立即转换为逆变工作状态，将蓄电池电能转换为交流电输出。
虽然在线互动式UPS存在成本低、可靠性高、输出能力强的特点；但是，当市电供电中断时，交流旁路开关存在断开时间，导致在线互动式UPS输出存在一定时间的电能中断（相比后备式UPS中断时间短）。因此，在线互动式UPS通常应用于对数据传输、存储的及时性略低，并允许电能一定中断时间的医疗设备上。例如：超声波检测仪、医用监护仪等。
1.4 Delta变换式UPS
Delta变换式UPS又称为串并联补偿式UPS，是一种最新的UPS结构形式。Delta变换式UPS将交流稳压技术中的电压补偿原理应用在UPS主电路中，引入一个四象限变换器（Delta变换器）。当市电正常时，Delta变换器既起到了给蓄电池充电的作用，同时也起到了补偿电网波动和干扰的作用，在市电输出时，也能保证供给负载端的电能质量。
Delta变换式UPS具有输入功率因数高、功率裕量大、抗过载能力强、无中断时间等优点。相信在未来的医疗供电系统中会得到越来越多的应用。
2 UPS在医疗供电系统的应用形式
2.1 UPS在医疗信息系统中的应用
随着我国医疗卫生事业的发展，医院的建设也越来越强调以病人为中心。其中医疗信息化、智能化系统则是提升医院管理水平、提高医务人员工作效率和提高为病人服务水平的重要技术手段。医疗信息系统在门诊挂号、住院管理、电子病历和药品物资的管理等领域都有着重要的应用。目前，医疗信息系统已成为医院管理和业务运营的基础设施和技术支撑。
但是，在医疗信息系统实现信息的传输和存储过程中，却往往受到供电可靠性的影响和制约。一旦信息机房和传输设备失去供电，信息的传输和存储都将中断；同样，当供电质量不稳定的情况存在时，信息传输的准确性也会受到很大的影响。因此，为了保障医疗信息系统的可靠运行，需要引入UPS来对供电进行保障。
以本院为例，为保障医疗信息系统的供电可靠性，在采用双电源供电系统和柴油发电机组应急供电的同时，在信息存储中心设置大型的双变换在线式UPS系统，并以该信息存储中心设计独立的供电系统。UPS除了为信息存储中心供电以外，对其他机房的重要信息传输设备也提供供电保障。对于距离相对较远的信息机房，需要另外设置UPS系统进行保障。
2.2 UPS在检验诊疗设备上的应用
在现代医疗实践过程中，检验诊疗设备对患者病情的诊断信息提供重要帮助。但是，检验诊疗设备也必须依赖于对计算机的持续供电来进行对标本的分析和数据记录。因此，当发生意外断电事故时，检验科的生化分析仪、血球分析仪、细菌培养分析仪和微生物鉴定及药敏分析仪等设备将停止工作。突然失电不仅对设备的运行造成影响，更会导致检验数据不准确、试剂浪费、标本破坏等严重后果。
为了提高检验诊疗设备的供电可靠性，对于检验设备较集中、设备允许中断时间短的检验科室，也宜设置较大型的双变换在线式UPS系统。对于设备相对分散，数据采集及时性要求不高的检验诊疗设备，也可以选用小型的后备式UPS或在线互动式UPS进行供电保障。
2.3 UPS在生命维持系统中的应用
生命维持系统关系着重症患者的生命安全，在急诊室、手术室、ICU（重症监护室）、血液透析室等都应该设置完备的UPS供电系统。对于绝大多数用于生命维持的设备来说，其本身就具有断电继运行的功能，比如：监护仪、呼吸机和血液透析仪等。此外，各急救、重症科室还应该根据自身的医疗需求，建立一套中大型的UPS系统，可以采用后备式UPS系统，也可以选用在线互动式UPS系统。用于生命维持系统中的UPS需要核定负载大小，计算出断电供能时间，并需增设余量报警装置，以便发生意外断电或局部线路故障时能及时发现并处理。
3 UPS的基本维护方法
UPS应用于医疗供电系统中，本身是为了提高供电可靠性、提升供电质量。因此，如何正确做好UPS的日常维护工作显得格外重要。
通常，UPS开机时应先将市电送給UPS，使其处于空载工作状态，再逐个打开负载；要注意不能将所有负载同时开机，也不可带载开机。关机时，应先逐个关闭负载，再将UPS进行关机，禁止频繁地启动和关闭UPS系统。
UPS主机在工作时会产生大量热能，要注意UPS机房的降温工作。UPS不宜长期工作在30℃以上的环境中，否则会大大缩短蓄电池的使用寿命。要定期检查UPS主机各工作状态，定期测量蓄电池电压，平时做好除尘工作，检查风扇等设备的工作情况。
UPS适宜带微电容性负载，不适合带电感性负载，如空调、电动机、电钻等。同时，UPS也不要一直处于满载或轻载状态下运行，一般选取额定容量50%～80%为宜。
蓄电池组是UPS实现持续供电的核心部件，也是影响供电时间的重要参数指标。因此，对蓄电池组进行正确、科学的维护保养，是延长UPS系统稳定运行的关键。一般情况下，严禁对蓄电池进行过电流、过电压充电，也不可在使用过程中对蓄电池组进行深度放电，这些都将大大影响蓄电池组的使用寿命。
医疗供电系统中需要UPS电源系统，这是保证信息传输畅通和医疗设备正常运行的必要条件，同时要注重UPS电源系统的维护和保养，保证其良好的工作状态，以发挥UPS电源在医疗供电系统中的重要作用。
参考文献
[1] 张颖超，杨贵恒，常思浩，等.UPS原理与维修[M].北京：化学工业出版社，2011：2-8.
[2] 刘宇静，杨斌，庞晏庆，等.UPS电源的使用与维护[J].中国医学装备，2005，2（9）：53-54.
