UPS電源知識(shí)整理

UPS，就是不間斷電源。通常是弱電機(jī)房工程子系統(tǒng)之一，是將蓄電池與主機(jī)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(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS 立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)高或電壓過(guò)低都能提供保護(hù)。下面我們一起來(lái)看下UPS的基礎(chǔ)知識(shí)。

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(shí)，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(shí)際上危機(jī)四伏。

電源中斷

• 數(shù)據(jù)丟失，通信中斷，商機(jī)延誤......

• —— 直接損失以每分鐘5000-100000元計(jì)

• 設(shè)備停運(yùn)，儀表失靈，手術(shù)中斷......

• —— 間接經(jīng)濟(jì)損失無(wú)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(pán)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(wèn)題

交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)問(wèn)題

凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問(wèn)題

管理功能——解決交流動(dòng)力維護(hù)問(wèn)題

UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控平臺(tái)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(jī)會(huì)，延長(zhǎng)電池壽命。

2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無(wú)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(guò)載能力。（如：過(guò)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(jì)算

UPS系統(tǒng)基本由以下部分組成：

• UPS主機(jī)

• 必選功能件(如BCB BOX等)

• 蓄電池

• 配套電池柜/架, 電池開(kāi)關(guān)等

• 功能選件( 如防雷, 監(jiān)控,諧波治理，上出線等)

• 
  

需要進(jìn)行的計(jì)算：

• UPS主機(jī)容量計(jì)算與選擇

• UPS后備電池的容量計(jì)算與選擇

04

UPS容量計(jì)算與選擇

首先獲得負(fù)載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KVA。

例如:一般個(gè)人計(jì)算機(jī)負(fù)載約200VA，小型服務(wù)器負(fù)載約1500VA，大中型服務(wù)器負(fù)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(jì)算時(shí)通?？紤]20KVA以下為0.7，20KVA以上為0.8)

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

然后在產(chǎn)品手冊(cè)中選取最靠近的功率產(chǎn)品，采用恒功率模式計(jì)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(diǎn)：可以實(shí)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(diǎn)：初期投資大，單機(jī)故障影響大。

分散供電方式：

優(yōu)點(diǎn)：方案布置靈活，故障影響小。

缺點(diǎn)：如整個(gè)設(shè)備不能保持同地線，易引發(fā)干擾。

單機(jī)供電：

• UPS解決方案中最簡(jiǎn)單的一種

• 每一分散地點(diǎn)交流供電系統(tǒng)容量多為6KVA以下

• 各點(diǎn)交流負(fù)載獨(dú)立地由一臺(tái)UPS提供動(dòng)力保護(hù)

• 市電通常就近采用插座輸入

• 
  

主從機(jī)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(chǎng)合

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

• 配電設(shè)計(jì)和工程施工簡(jiǎn)單

優(yōu)點(diǎn)：

1、兩臺(tái)甚至多臺(tái)UPS基本處于相對(duì)獨(dú)立、互不干擾的運(yùn)行狀態(tài)。

2、對(duì)于UPS同步跟蹤性能要求較低。

3、采用不同型號(hào)、不同容量UPS構(gòu)成串聯(lián)熱備份方式。

缺點(diǎn)：

1、從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài)、效率低。

2、從機(jī)電池組長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護(hù)機(jī)會(huì)少，會(huì)影響電池壽命。

3、從機(jī)必須有良好的帶階躍負(fù)載能力。

4、長(zhǎng)期運(yùn)行，主機(jī)逆變器=靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)換功能良好是關(guān)鍵

無(wú)擴(kuò)容功能。

5、相對(duì)于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間偏低。

模塊并聯(lián)供電：

• 全部交流負(fù)載集中供電，由1臺(tái)模塊化并聯(lián)UPS供電

• 模塊化UPS包括：機(jī)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(chǎng)合

• 由機(jī)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(chǎng)合。

• 由直接并機(jī)的N+1臺(tái)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(jī)UPS。

• 易于擴(kuò)容，維護(hù)便捷。

• 是應(yīng)用最為廣泛的方案。

優(yōu)點(diǎn)：

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

2、良好的擴(kuò)容性能（N+1）。

3、避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點(diǎn)。

缺點(diǎn)：

1、對(duì)設(shè)備本身同步鎖相技術(shù)要求高。

2、對(duì)設(shè)備制造技術(shù)要求高——輸出阻抗接近。

3、對(duì)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(hào)、同容量。

5、多臺(tái)并聯(lián)時(shí)，旁路也需增加“均流電感”。

雙母線：

解決單母線運(yùn)行方式存在的單點(diǎn)“瓶頸”問(wèn)題。進(jìn)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。