由于暴風(fēng)雨和倒下的樹(shù)木，我們最近發(fā)生了短期的社區(qū)停電。由于它只持續(xù)了大約 8 個(gè)小時(shí)，這只是一個(gè)小小的不便，但它主要提醒我們，我們?cè)诩依锒嗝匆蕾囯娏ψ鳛楸憷捅匦杵?。毫不奇怪，非正式的鄰里討論轉(zhuǎn)向了家庭不間斷電源系統(tǒng)的可取性，根據(jù)大小和安裝問(wèn)題，安裝費(fèi)用從大約 5,000 美元到 15,000 美元不等。這些家庭系統(tǒng)通常由以管道天然氣為燃料的發(fā)電機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)丙烷罐提供動(dòng)力（圖 1）；有些也有電池組，甚至是專門的。（發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)通常被統(tǒng)稱為 Generac 系統(tǒng)，因?yàn)樵摴?yīng)商是美國(guó)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，擁有約 60% 的市場(chǎng)份額，而科勒位居第二。）

圖 1：在典型的發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的家用 UPS 中，房屋的電源從電網(wǎng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在電網(wǎng)供電和發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后約 10 秒。（圖片來(lái)源：這座老房子）

一位鄰居表示，他不明白為什么這些消費(fèi)類發(fā)電機(jī)供電的 UPS 在恢復(fù)供電之前有大約 10 秒的“中斷時(shí)間”。具有備用電池的商業(yè)系統(tǒng)要么沒(méi)有切換時(shí)間，要么只有 10 毫秒左右，具體取決于拓?fù)?。畢竟，例如，醫(yī)院的不間斷電源系統(tǒng)通常是一種確保不會(huì)中斷電源的系統(tǒng)。他的觀點(diǎn)是“制作它有什么大不了的，所以沒(méi)有中斷？”

雖然問(wèn)這個(gè)問(wèn)題很容易，但答案并不明顯。技術(shù)現(xiàn)實(shí)是，旨在確保完全沒(méi)有電源中斷的系統(tǒng)是一個(gè)更復(fù)雜、更昂貴的系統(tǒng)，與旨在允許短暫中斷的系統(tǒng)相比，它具有更多的權(quán)衡取舍。不間斷電源系統(tǒng)有兩大類，每類都有幾個(gè)變化：

· 離線：也稱為備用架構(gòu)，這是最常見(jiàn)的家庭/消費(fèi)者方法。負(fù)載（房屋）通常直接從公用交流線路和電網(wǎng)運(yùn)行，圖 2。當(dāng)系統(tǒng)控制器檢測(cè)到電力損失時(shí)——與短暫的電壓下降或掉電不同——它啟動(dòng)發(fā)電機(jī)（電池支持的系統(tǒng)不需要）。

在離線 UPS 方法中，負(fù)載通常由電網(wǎng)提供的交流線路運(yùn)行，而備用電源（發(fā)電機(jī)或電池）在需要時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)。

該發(fā)電機(jī)的交流輸出經(jīng)過(guò)整流并通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為線路等效交流電。電池，如果有的話，顯然不需要這個(gè)整流階段。此操作的關(guān)鍵是提供電力傳輸功能的“靜態(tài)開(kāi)關(guān)”。當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，一個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)交流線路，另一個(gè)將備用發(fā)電機(jī)（或電池）連接到負(fù)載。對(duì)于備用電池系統(tǒng)，還可以在通電時(shí)從交流線路為電池充電。大多數(shù)系統(tǒng)使用自動(dòng)感應(yīng)/控制來(lái)啟動(dòng)和切換發(fā)電機(jī)，盡管手動(dòng)系統(tǒng)的價(jià)格要低 500-1000 美元。但是停電時(shí)不在家怎么辦？

· 在線：為了提供完全沒(méi)有任何電源間隙的連續(xù)運(yùn)行，使用在線方法（有時(shí)稱為“雙轉(zhuǎn)換在線”），圖 3。交流電網(wǎng)電源持續(xù)為電池充電，即使在正常情況下，負(fù)載也從電池通過(guò)逆變器。這聽(tīng)起來(lái)非常簡(jiǎn)單和合乎邏輯，但它帶來(lái)了一些主要的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括逆變器設(shè)計(jì)、切換以及電池尺寸和管理問(wèn)題，以最大限度地延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間和電池壽命。

對(duì)于在線式UPS，負(fù)載以UPS為電源運(yùn)行，通過(guò)電網(wǎng)持續(xù)充電；當(dāng)系統(tǒng)仍在使用電池運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)被激活。

一些商業(yè)系統(tǒng)僅使用電池而沒(méi)有發(fā)電機(jī)，它會(huì)以一組限制（電池運(yùn)行時(shí)間）換取另一組限制（發(fā)電機(jī)問(wèn)題。一些家用系統(tǒng)，如Tesla Powerwall或Generac PWRCell也專門使用電池，并且可以充電通過(guò)電網(wǎng)或太陽(yáng)能電池板，但成本和復(fù)雜性顯著增加。一些地區(qū)有關(guān)于在住宅區(qū)安裝超過(guò)一定容量的充電電池的分區(qū)規(guī)定（當(dāng)然，電動(dòng)汽車是一個(gè)例外）。

在某些方面，最好的系統(tǒng)將電池和發(fā)電機(jī)結(jié)合起來(lái)：電池在短暫中斷的情況下承載負(fù)載，幾乎沒(méi)有中斷，而發(fā)電機(jī)用于較長(zhǎng)時(shí)間的中斷。與往常一樣，這是成本、復(fù)雜性和能力之間的一系列復(fù)雜權(quán)衡。

當(dāng)然，這是對(duì)不間斷電源系統(tǒng)架構(gòu)、子架構(gòu)和變體（一些廣泛使用，一些專有）現(xiàn)實(shí)的高度簡(jiǎn)化概述。盡管如此，它確實(shí)表明，對(duì)于大多數(shù)家用 UPS 為什么會(huì)出現(xiàn)切換中斷這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題，答案既不簡(jiǎn)單也不明顯。

您對(duì)發(fā)電機(jī)與電池/發(fā)電機(jī)與純電池不間斷電源系統(tǒng)有何看法？在線與離線 UPS 的區(qū)別是什么？除了 UPS 專用問(wèn)題之外，您是否遇到過(guò)來(lái)自好心朋友的其他聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單但答案卻復(fù)雜而深入的問(wèn)題？