UPS電源知識整理

UPS，就是不間斷電源。通常是弱電機房工程子系統(tǒng)之一，是將蓄電池與主機設(shè)備相連接，主要用于給設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。

當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

UPS 設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。下面我們一起來看下UPS的基礎(chǔ)知識。

01

UPS的基本原理

什么是UPS？

利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時，不間斷地為用戶設(shè)備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。

為什么需要UPS？

市電電網(wǎng)提供的電力供應(yīng)，看上去正常，可是不可靠:表面正常的電力，實際上危機四伏。

電源中斷

• 數(shù)據(jù)丟失，通信中斷，商機延誤......

• —— 直接損失以每分鐘5000-100000元計

• 設(shè)備停運，儀表失靈，手術(shù)中斷......

• —— 間接經(jīng)濟損失無法估量

電源污染

• 瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖

• 造成服務(wù)器、路由器、磁盤陣列 等設(shè)備硬件損壞

• 諧波污染、線間噪聲、頻率漂移

• 造成網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率大增，數(shù)據(jù)傳輸速度低下

UPS的四大功能

不停電功能——解決電網(wǎng)停電問題

交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動問題

凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問題

管理功能——解決交流動力維護問題

UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控平臺也是UPS的最重要組成部分之一

02

UPS的主要技術(shù)參數(shù)

輸入特性：

1、輸入電壓范圍 輸入電壓范圍寬可減小電池放電機會，延長電池壽命。

2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無功功率大，諧波電流污染電網(wǎng)，影響干擾其它設(shè)備。

3、主電源頻率允許范圍。

4、輸入電流諧波分量。（PFC、6/12脈沖變壓器）

輸出特性：

1、靜態(tài)穩(wěn)定度。大型為1%，中小型為2%。

2、輸出瞬態(tài)特性。大型5%，中小型8%。

3、輸出過載能力。（如：過載125% 5MIN;150% 10S)

4、輸出功率因數(shù)。（0.8、0.9、1）

5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內(nèi)。

03

UPS相關(guān)配置及計算

UPS系統(tǒng)基本由以下部分組成：

• UPS主機

• 必選功能件(如BCB BOX等)

• 蓄電池

• 配套電池柜/架, 電池開關(guān)等

• 功能選件( 如防雷, 監(jiān)控,諧波治理，上出線等)

• 
  

需要進行的計算：

• UPS主機容量計算與選擇

• UPS后備電池的容量計算與選擇

04

UPS容量計算與選擇

首先獲得負載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KVA。

例如:一般個人計算機負載約200VA，小型服務(wù)器負載約1500VA，大中型服務(wù)器負載約3000VA。

電流I(A安培)及 功耗W（瓦特）與VA的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

• VA= I*220

• VA= W/0.8(計算時通?？紤]20KVA以下為0.7，20KVA以上為0.8)

考慮到UPS運行在60-80%的區(qū)間是最佳運行狀態(tài),一般建議在計算時將上面的結(jié)果除以0.8再一次放大。

然后在產(chǎn)品手冊中選取最靠近的功率產(chǎn)品，采用恒功率模式計算方式

W/cell ＝ PL/(N×6×η)

05

UP供電方案介紹

集中供電方式：

優(yōu)點：可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源的等電位控制，減小傳輸誤碼率。

缺點：初期投資大，單機故障影響大。

分散供電方式：

優(yōu)點：方案布置靈活，故障影響小。

缺點：如整個設(shè)備不能保持同地線，易引發(fā)干擾。

單機供電：

• UPS解決方案中最簡單的一種

• 每一分散地點交流供電系統(tǒng)容量多為6KVA以下

• 各點交流負載獨立地由一臺UPS提供動力保護

• 市電通常就近采用插座輸入

• 
  

主從機串聯(lián)“熱備份”：

• 適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場合

• 由UPS主機、UPS從機、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)組成

• 配電設(shè)計和工程施工簡單

優(yōu)點：

1、兩臺甚至多臺UPS基本處于相對獨立、互不干擾的運行狀態(tài)。

2、對于UPS同步跟蹤性能要求較低。

3、采用不同型號、不同容量UPS構(gòu)成串聯(lián)熱備份方式。

缺點：

1、從機長期處于空載運行狀態(tài)、效率低。

2、從機電池組長期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護機會少，會影響電池壽命。

3、從機必須有良好的帶階躍負載能力。

4、長期運行，主機逆變器=靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)換功能良好是關(guān)鍵

無擴容功能。

5、相對于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無故障時間偏低。

模塊并聯(lián)供電：

• 全部交流負載集中供電，由1臺模塊化并聯(lián)UPS供電

• 模塊化UPS包括：機架、可并聯(lián)功率模塊、可并聯(lián)電池模塊、充電模塊等

• 適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場合

• 由機架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統(tǒng)組成

• 功率模塊配置為N+1冗余，減少了MTTR

• 共用輸入、輸出、并聯(lián)的電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)

• 
  

N+1直接并聯(lián)冗余

• 適合于中大型網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、大樓集中供電、工業(yè)廠礦等應(yīng)用場合。

• 由直接并機的N+1臺UPS、電池模塊、配電系統(tǒng)組成。

• 系統(tǒng)N+1冗余，可靠性高于單機UPS。

• 易于擴容，維護便捷。

• 是應(yīng)用最為廣泛的方案。

優(yōu)點：

1、完善的鎖相同步技術(shù)保證多臺UPS直接并聯(lián)時可均分負載電流。

2、良好的擴容性能（N+1）。

3、避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點。

缺點：

1、對設(shè)備本身同步鎖相技術(shù)要求高。

2、對設(shè)備制造技術(shù)要求高——輸出阻抗接近。

3、對逆變器輸出電壓調(diào)節(jié)性能要求高——分相調(diào)節(jié)。

4、UPS必須同型號、同容量。

5、多臺并聯(lián)時，旁路也需增加“均流電感”。

雙母線：

解決單母線運行方式存在的單點“瓶頸”問題。進一步提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)配置復(fù)雜，投資大，安裝調(diào)試要求高。