山西科创信息工程技术有限公司分享实用型UPS不间断电源基础知识

前言：

UPS，就是不间断电源。通常是弱电机房工程子系统之一，是将蓄电池与主机设备相连接，主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。下面我们一起来看下UPS的基础知识。

一、UPS的基本原理及主要技术参数

1.1、什么是UPS？

利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。

1.2、为什么需要UPS？

市电电网提供的电力供应，看上去正常，可是不可靠:表面正常的电力，实际上危机四伏。

电源中断

数据丢失，通信中断，商机延误......

——直接损失以每分钟5000-100000元计

设备停运，仪表失灵，手术中断......

——间接经济损失无法估量

电源污染

瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲

造成服务器、路由器、磁盘阵列等设备硬件损坏

谐波污染、线间噪声、频率漂移

造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下

UPS的四大功能

不停电功能——解决电网停电问题

交流稳压功能——能解决网压剧烈波动问题

净化功能——解决电网与电源污染问题

管理功能——解决交流动力维护问题

UPS系统结构

监控平台也是UPS的最重要组成部分之一

1.3、UPS主要技术参数

输入特性：

1、输入电压范围  输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池寿命。

2、输入功率因数  功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电网，影响干扰其它设备。

3、主电源频率允许范围。

4、输入电流谐波分量。（PFC、6/12脉冲变压器）

输出特性：

1、静态稳定度。大型为1%，中小型为2%。

2、输出瞬态特性。大型5%，中小型8%。

3、输出过载能力。（如：过载125%5MIN;150% 10S)

4、输出功率因数。（0.8、0.9、1）

5、输出电压谐波失真度。典型3%以内。

二、UPS相关配置及计算

UPS系统基本由以下部分组成：

 UPS主机

必选功能件(如BCBBOX等)

蓄电池

配套电池柜/架,电池开关等

功能选件(如防雷,监控,谐波治理，上出线等)

需要进行的计算：

UPS主机容量计算与选择

UPS后备电池的容量计算与选择

三、UPS容量计算与选择

首先获得负载的总功耗,并统一单位到KVA

例如:一般个人计算机负载约200VA，小型服务器负载约1500VA，大中型服务器负载约3000VA

电流I(A安培)及功耗W（瓦特）与VA的转换关系

VA=I*220

VA=W/0.8(计算时通常考虑20KVA以下为0.7，20KVA以上为0.8)

考虑到UPS运行在60-80%的区间是最佳运行状态,一般建议在计算时将上面的结果除以0.8再一次放大

然后在产品手册中选取最靠近的功率产品

采用恒功率模式计算方式

  W/cell＝PL/(N×6×η)

四、UPS供电方案介绍

集中供电方式：

优点：可以实现网络设备资源的等电位控制，减小传输误码率。

缺点：初期投资大，单机故障影响大。

分散供电方式：

优点：方案布置灵活，故障影响小。

缺点：如整个设备不能保持同地线，易引发干扰。

单机供电

UPS解决方案中最简单的一种

每一分散地点交流供电系统容量多为6KVA以下

各点交流负载独立地由一台UPS提供动力保护

市电通常就近采用插座输入

主从机串联“热备份”

适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合

由UPS主机、UPS从机、电池系统、配电系统组成

配电设计和工程施工简单

优点：

两台甚至多台UPS基本处于相对独立、互不干扰的运行状态。

对于UPS同步跟踪性能要求较低。

采用不同型号、不同容量UPS构成串联热备份方式。

缺点：

从机长期处于空载运行状态、效率低。

从机电池组长期处于浮充状态，得到定期带载放电维护机会少，会影响电池寿命。

从机必须有良好的带阶跃负载能力。

长期运行，主机逆变器=静态旁路转换功能良好是关键

无扩容功能。

相对于“并联”冗余系统平均无故障时间偏低。

模块并联供电

全部交流负载集中供电，由1台模块化并联UPS供电

模块化UPS包括：机架、可并联功率模块、可并联电池模块、充电模块等

适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合

由机架、UPS功率模块、电池模块、配电系统组成

功率模块配置为N+1冗余，减少了MTTR

共用输入、输出、并联的电池系统、控制系统

N+1直接并联冗余

适合于中大型网络、数据中心、大楼集中供电、工业厂矿等应用场合

由直接并机的N+1台UPS、电池模块、配电系统组成

系统N+1冗余，可靠性高于单机UPS

易于扩容，维护便捷

是应用最为广泛的方案

优点：

完善的锁相同步技术保证多台UPS直接并联时可均分负载电流。

良好的扩容性能（N+1）

避免了“串联”热备份方式的缺点。

缺点：

对设备本身同步锁相技术要求高

对设备制造技术要求高——输出阻抗接近。

对逆变器输出电压调节性能要求高——分相调节

UPS必须同型号、同容量。

多台并联时，旁路也需增加“均流电感”

双母线

解决单母线运行方式存在的单点“瓶颈”问题。进一步提高系统可靠性。系统配置复杂，投资大，安装调试要求高。