UPS不间断电源深度解析：从原理到应用的全面指南

UPS不间断电源深度解析：从原理到应用的全面指南

UPS（不间断电源）是一种先进的电力保障设备，能在主电源中断时迅速接管，为电子设备提供稳定可靠的电力供应。本文将从UPS的作用、功能、结构、技术参数、供电方式等多个维度，为您全面解析这一关键的电力保障设备。

UPS的作用、功能和结构

UPS的作用

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

UPS系统的基本结构包括逆变器、储能装置（如电池组）和监控平台。其中，监控平台是UPS的重要组成部分，负责监测和控制UPS的运行状态。

UPS主要技术参数及相关配置计算

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。

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BCB BOX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

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)

UPS供电方式

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。