1UPS的基本原理及主要技术参数
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。
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
UPS种类
按工作原理不同，UPS分为：
- 离线式（后备式UPS、互动式UPS）
- 在线式UPS
按供电体系不同，UPS分为：
- 单进单出UPS
- 三进单出UPS
- 三进三出UPS
按输出功率不同，UPS分为：
- 微型 <6kVA
- 小型 6-20kVA
- 中型 20-100KVA
- 大型 >100kVA
按电池位置不同，UPS分为
- 电池内置式UPS（标准机型）
- 电池外置式UPS（长延时机型）
按多机运行方式不同，UPS分为：
- 串联热备份UPS（用于中小功率机器）
- 交替串联热备份UPS（中小UPS)
- 直接并联UPS (用于中大功率）
按变压器特点不同，UPS分为：
- 高频UPS（高频机）
- 工频UPS（工频机）
按输出波形不同，UPS分为：
- 方波输出UPS
- 阶梯波（准正弦波）UPS
- 正弦波输出UPS
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。
2UPS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)
3UPS配电系统基础
空气开关的类型
- 按照壳体大小和分断能力分类：
- 1 空气断路器ACB Air Circuit Break（800-6300A）
- 常用容量：800/1000/1250/1600/2000…
- 2 塑壳断路器MCCB Moulded Case Circuit Break（ 100-2000A ）
- 常用容量：100/125/160/200/250/320/400/500/630/800…
- 3 小型断路器MCB Miniature Circuit Break（4-125A）
- 常用容量：10/16/25/32/40/50/63/80/100/125
空气开关的类型
按照极数(pole)分类：
单极/1P（L）
双极/2P（L/N）
三极/3P（L1/L2/L3）
四极/4P（L1/L2/L3 N）
按照极数(pole)分类：
配电用
电动机用
UPS开关容量的选择
单相UPS的额定电流计算:
单相6KVA，额定输出工作电流6KVA/220V=27.3A
输入电流
- 考虑最低工作电压160V
- 考虑充电容量预留15％（小UPS）
- 考虑效率90％
- 则输入最大电流：6KVA×1.15/（160×0.9）=47.9A
- 选取开关为50A或63A
三相UPS的额定电流计算
额定输出工作电流
- Hipulse U 120KVA为三相的总容量
- 每相额定容量为1/3，即120/3=40KVA
- 每相的额定工作电流：40KVA/220V＝181.8A
- 速算方法：120K/(3*220)，即为120×（1K/660）=120*1.5。
- 1.5为实际工作电流速算系数，工作电流=1.5×UPS容量
- 例子：120KVA UPS，额定输出电流120×1.5＝180A
- 中型UPS考虑输入最低工作电压，大型UPS可以不考虑最低工作电压
- 考虑充电容量预留25％（中大UPS）
- 考虑效率90％
- 则输入容量速算系数：1.5×1.25/(0.9)＝2.08，近似2.0（因为25％的充电余量非常大）
- 2为开关容量速算系数（大UPS），开关容量=2×UPS容量
- 例子：120KVA输入电流：120×2＝240A，选用250A开关
- UL33及高频机UPS，输入电压范围非常宽，必须考虑满载最低工作电压（额定电源的75％）,
- 所以60KVA UPS的输入开关：60×2/0.75＝160A，选160A
- 2.5为开关容量速算系数，开关容量=2.5×UPS容量
4UPS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。
