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根据国家标准的定义，UPS分为后备式UPS、互动式UPS、双变换在线式UPS，数据中心主流应用双变换在线式UPS。
双变换在线式UPS（见图3-2-1）指交流输入正常时，通过整流、逆变装置对负荷供电；交流输入异常时，电池通过逆变器对负荷供电。
图3-2-1 双变换在线式UPS系统框图
UPS通过市电为所连接的负载供电。UPS将市电转换成高品质的稳定电源给负荷供电，同时对电池进行充电（浮充或均充）。
图3-2-2 双变换运行模式-逆变器优先模式
1）输出电能质量：380（1±1%）V，切换时间为0ms。
2）输入性能指标：电流谐波总畸变率THDi＜3%，功率因数PF＞0.99。
3）实际效率：88%～97%，不同的负荷率、不同的逆变技术，效率有所不同。
在ECO模式下，UPS被配置为使用静态旁路模式作为预定义环境下的首选运行模式。在ECO模式下，逆变器处于待机状态，当市电供电发生中断时，UPS会切换至电池运行模式且负荷会由逆变器供电。
图3-2-3 ECO节能模式-旁路优先模式
1）市电直通，输出电源质量与市电质量相关，需防范尖峰、浪涌威胁负荷，切换时间为8～12ms。
2）输入性能指标与市电质量相关。
3）效率：98%～99%。
在线双变换运行模式下，能量经过整流器和逆变器两次100%变换，转换损耗大。
普通的ECO经济旁路运行模式由市电直接给负荷供电，效率提高到了99%，但是市电电网故障千变万化，该模式并不能100%保证从旁路模式切换到逆变器模式，当切换时间超过IT设备能够承受的范围时，就会造成IT设备重启，降低UPS可用性。
超级旁路优先运行模式原理如下：
图3-2-4 超级旁路优先运行模式
1）供电质量：380（1±6%）V，切换时间为0ms，高可用性。
2）输入性能指标：THDi＜3%，PF＞0.99。
3）效率高达98%～99%。
超级旁路优先运行模式最大的优点在于逆变器仅进行了部分功率的补偿，长期处于轻载运行，因此元器件的疲劳老化轻微，寿命延长，系统可用性提高，效率高达99%，满足用户高可用性、高效率、高性能指标参数的要求。
工频机和高频机是按UPS的设计电路工作频率来区分的。工频机是以传统的模拟电路原理设计，由晶闸管（SCR）整流器、绝缘栅型晶体管（IGBT）逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，所以叫工频UPS。高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断，IG-BT整流器开关频率通常大于或等于20kHz，远远高于工频机，因此称为高频UPS。
在工频UPS电路中，主路三相交流输入经过换相电感接到3个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。由于SCR属于半控器件，控制系统只能够控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤销，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，不存在高频的开通和关断控制。由于SCR整流器属于降压整流，所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。
相比而言，高频UPS整流属于升压整流，其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高，一般典型值为800V左右，如果电池直接挂接母线，所需要的标配电池节数达到67节，这样给实际应用带来极大的限制。因此一般高频UPS会单独配置一个电池变换器，市电正常的时候，电池变换器把800V的母线电压降压到电池组电压；市电故障或超限时，电池变换器把电池组电压升压到800V的母线电压。由于高频机母线电压为800V左右，所以逆变器输出相电压可以直接达到220V，逆变器之后就不再需要升压变压器。因此，隔离变压器是工频机与高频机在组成上的主要区别。
经过多年发展，高频结构UPS技术已经成熟，可靠性也没有问题。而工频机由于体积大、重量大、效率没有继续提升空间，逐渐退出了市场。
传统的三相UPS（高频机、工频机）大都采用的是两电平逆变器的技术。以常见的高频机来说，高频机两电平逆变器架构中，其功率器件IGBT的承压就是直流母线电压800～900V，只能挑选耐压值为1200V甚至1500V的IGBT功率器件。而耐压值越高的功率器件，其失效率越高。因此为了提高逆变器的可能性，必须降低功率器件的承压。
三电平逆变器通过增加功率器件串联来分担高频机的直流母线电压，使得每一只器件的承压降低到400～450V，这样就可以选择600V或者800V耐压的功率器件，从而提高可用性。
四电平逆变器能够使功率器件的承压降低到直流母线电压的1/3，即266～300V，例如Galaxy VX系列。因此可以采用500V或者600V耐压的功率器件，使得逆变器的可用性得到进一步的提高。从效率的角度来讲，三种技术的效率分别为94.5%、96%、96.5%。
最新的平衡考虑的技术是用混合型架构的三电平逆变器技术，例如Galaxy VS、VL系列。该架构增加了一个零电压开关的控制环节，使得IGBT的开关损耗减少了50%，逆变器效率达到了97.5%，同时功率器件的数量也降低到了24个。
多电平逆变器的缺点在于其增加了功率器件的数量，这使得制造成本提高，理论上故障率也会相应提高。
从设计的原理方面来说，模块化UPS的技术本质就是多台小功率UPS的并联，就是 N + X 的并机系统。模块化UPS最大的优点就是能够提高系统的可靠性和可用性，一个模块出现故障时，并不会影响其他模块的正常工作，其可热插拔性能大大缩短系统的安装和修复的时间。可见，模块化UPS的系统结构极具弹性，功率模块的设计概念是在系统运行时可以随意移除和安装，但是却不会影响系统的运行以及输出，使投资规划能够实现“随需扩展”，让用户随业务的发展实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。当用户负荷需要增加时，只需要根据规划阶段性的增加功率模块。
1）安装简便，扩容方便，节约投资成本。
2）采用模块化结构，可以方便地进行安装和扩容，只需要增加模块就可以了。在信息机房供电系统建设的初期，会对UPS的容量需求产生错误、过低或者过高的估计，而模块化的UPS通过扩容结构可以有效地解决这一问题。
3）维修方便，可在线处理，可用性高。传统的UPS在出现故障的情况下，都需要专业的技术人员，但模块化UPS只要有备用模块，用户也可以进行简单的维护。有的故障可以拔下故障模块，换上备用模块，整个过程只需要几分钟，就能让UPS恢复正常使用。
4）模块化UPS的并联冗余，运行稳定，并且可靠性高。在模块化UPS中，功率模块部分是并联冗余的，即功率部分是由很多模块并联在一起，它们不分主从，互不依赖，并且均分负荷。每个模块都配有输入输出继电器，即使有一个模块发生故障，也可以自己退出整个系统，而不影响整个系统的工作。在模块化UPS系统中，用户只需要购买相应的功率模块，即可实现 N + X 故障冗余，因此相对于传统UPS的 N +1模式，容错率大大提高。
1）UPS并联模块较多，其可靠性随着并联模块数增加而下降；模块越多，意味着控制单元越多、故障点越多的后果。
2）交流不同于直流，不仅需要各模块输出交流的幅值同步，还需要快速、准确的均流控制和输出频率电压相位同步控制，而控制对象的增多必然导致整个系统可靠性的下降。模块化UPS需要交流同步的控制也更加复杂。
3）环流和安全维护问题：模块化UPS维护在进行热插拔时，由于各个模块内阻的差异，易在各模块间产生环流，这些环流导致用户负荷宕机的情况时有发生。
4）承重问题：不断增加功率模块扩容的方式将大大增加对机房楼板的承载要求，使用户在使用时要考虑是否对整个机房楼板的承重造成影响。
5）维护成本高：模块化UPS系统由于设计上的局限，只能进行整个功率模块的更换，这无疑提高了用户的维修成本和使用成本。
UPS应用中，通常有单机供电方案、并机供电方案、双汇流排（2 N ）供电方案。
单机供电方案就是单台UPS输出直接承担100%负荷的UPS供电系统，这是UPS供电方案中结构最简单的一种。
优点：结构简单、经济性好，系统仅由一台UPS主机和电池系统组成。
缺点：不能解决由于UPS自身故障所带来的负荷断电问题，供电可靠性较低，一般仅使用于小型网络、单独服务器和办公区等重要程度较低的场合。
并机供电方案是由两台或多台同品牌、同型号与同功率的UPS，在输出端并联在一起而构成的UPS冗余供电系统。通过并机通信及控制功能，该系统在正常情况下，所有UPS输出实现严格的锁相同步（同电压、同频率、同相位），各台UPS的逆变器均分负荷；当其中一台UPS故障时，该台UPS从并联系统中自动脱机退出，剩下的UPS继续保持锁相同步并重新均分全部负荷。
优点：
1）根据负荷对可靠性的不同要求，可以实现 N +1（ N 台工作，1台冗余）或者 M + N （ M 台工作， N 台冗余）的冗余配置，可以实现更高和更灵活的冗余度配置。
2）并机供电方案中的故障脱机对负荷供电是无间断的，提高了供电可靠性。
3）并机供电方案可以通过增加并机UPS的台数实现系统的扩容，也可以有计划地退出并机的UPS并进行维护，可维护性大幅度提高。
缺点：
1）并机供电方案中所有UPS的输出必须严格保持锁相同步，技术复杂度较高。
2）并机板、通信线故障和并机信号可能受到外部干扰等，可能导致并机系统故障。
直接并机包括分散静态旁路并机和公共静态旁路并机两种方案。
尽管并机供电方案可以提高UPS自身故障时的供电可靠性，但是随着数据中心负荷规模的扩大和重要性的不断提高，这种单系统供电方案存在的固有故障风险，如输出汇流排或支路短路、开关跳闸、熔体熔断、UPS冗余并机宕机等极端故障情况，仍然威胁着数据中心重要负荷的供电安全。
为保证机房UPS供电系统的可靠性，以两套独立的UPS系统构成的2 N 或2（ N +1）系统开始在大中型数据中心得到了规模化的应用。
与单机、并机供电方案相比，此方案优点是显而易见的，它可以在一条汇流排完全故障或检修的情况下，无间断地继续保证双电源负荷的正常供电，在提高供电可靠性和“容错”等级的同时，为在线维护、在线扩容、在线改造与升级带来了极大的便利。
缺点是需要两套UPS系统，电源系统的投资成本成倍增加。
系统正常时，所有的双电源负荷的两个输入，通过列头柜直接接入两套UPS系统的输出汇流排，由两套UPS系统均分承担所有的负荷，单电源负荷则通过STS接入两套UPS系统的输出汇流排。系统正常时，两套UPS系统应该各自带50%的负荷。当2 N 或2（ N +1）系统中的任意一台UPS故障时，负荷仍然维持初始的双汇流排供电系统不变，但是当其中一条汇流排系统出现断电事故或需要维护检修时，双电源负荷将由余下的一条汇流排供电，不受影响的汇流排继续工作，而单电源负荷则会通过STS切换到余下正常的输出汇流排上继续工作。
锂电池和铅酸电池之间的主要差异在于电极和电解质中所采用的材料化学组成。大多数锂电池使用金属氧化物作为阴极以及碳基材料作为阳极，电解质溶液为在有机溶剂中溶解的锂盐。铅酸电池包括作为阴极的二氧化铅、铅阳极和硫酸形式的电解质。
优势如下：
1）UPS使用寿命内电池更换次数较少，从而消除电池更换造成的宕机风险。
2）同等能量下，重量为铅酸蓄电池的1/4。
3）放电次数是铅酸蓄电池的10倍，取决于化学成分、技术、温度和放电深度。
4）自放电率约为铅酸蓄电池的1/5（即，不使用时电池放电迟缓）。
5）在多种主要断电场景中，充电速度提高4倍以上。
劣势如下：
1）由于较高的制造成本加之必要的电池管理系统成本，投资成本为等能量铅酸蓄电池的2～3倍。
2）运输法规更严格。
目前锂电池在UPS市场的渗透率还不到5%，这和液冷类似，最大的问题不在技术，而在于标准和生态，还有安全和成本等。
2020年国内UPS锂电池主流的磷酸铁锂电池均价为（0.65～0.75）元/W·h，高倍率型号比常规的电池高（0.2～0.3）元/W·h，部分高端型号电池均价能达到1.5元/W·h。对比铅酸电池，国内一线品牌为（0.2～0.25）元/W·h，进口一线品牌为（0.35～0.45）元/W·h。目前最大的阻力是锂电池尚不具备成本优势，且应用标准不统一，导致普及成本高。
锂电池在企业数据中心案例还不多见，且运行时间较短，风险未知。锂电宣传寿命长于铅酸电池，但监管部门尚未放松要求，若达到监管要求更换的年限还未见新规，锂电长寿命优势就无法体现。
直流UPS按照输出电压的不同大致可以分为48V、240V和380V。目前国内共有两种HVDC制式，电信标准输出DC 240V额定电压，移动标准输出DC 336V额定电压。因为DC 240V在经过大部分服务器电源（电信认为超过96%）的整流桥后可以直接使用，所以目前在互联网企业中应用较多；而DC 336V的HVDC需要采用定制服务器，虽然效率较高，但目前应用较少。
1）正常路径：在市电供电正常时，HVDC经过AC/DC转换输出直流电（276V或380V）给数据设备负荷供电。
2）后备路径：在市电供电中断时，蓄电池直接给数据设备负荷供电。
3）紧急路径：无。
表3-2-1 HVDC的特点分析
（续）
另外，相对于交流供电，HVDC将降低数据中心的安全性。实验表明，交流服务器输入端的拨动开关、交流电源分配单元（PDU）如果直接采用直流供电，在分断电流时将出现拉弧、烧毁或燃烧等现象的概率会显著提高。
若干应用了HVDC系统的数据中心之所以节能效果显著，主要采用了以下方法：
1）市电+HVDC混合使用。
2）HVDC模块休眠，以保证最大经济负荷率。
3）通过技术手段定制IT设备电源模块，使得设备优先使用市电，HVDC回路保持有压无流状态，以提高系统效率。
以上这些方法在用户方有能力实现IT层面冗余的条件下问题不明显，对于其他用户就可能不易实现，一路市电主供+一路休眠，电源瞬态闪断和谐波治理都是问题；市电直供没有电源质量可言，业内人士也提到电网的稳定性是要综合考虑的因素，在局部地区电网不稳定、闪断频率较高的情况下，不建议采用市电+HVDC的方案。
采用市电+HVDC直供时，对市电要求提高，市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求，即服务器能承受市电波动带来的影响。
HVDC技术在数据中心的大规模应用是一个系统工程，涉及后端用电设备、技术标准、产业链保障等方面的问题，如果能够实现IT设备的电源模块定制，省略设备的AC/DC转换环节，那么此时再采用与传统UPS效率相仿的HVDC，则可以提高系统整体效率，这时候的HVDC系统才真正显出节能效果。