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之一，是將蓄電池與主機設備相連接，主要用于給設備提供穩定、不間斷的電力供應。

當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應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的基礎知識。

01

UPS的基本原理

什么是UPS？

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

為什么需要UPS？

市電電網提供的電力供應，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

• 數據丟失，通信中斷，商機延誤......

• —— 直接損失以每分鐘5000-100000元計

• 設備停運，儀表失靈，手術中斷......

• —— 間接經濟損失無法估量

電源污染

• 瞬態尖峰、電源浪涌、高壓脈沖

• 造成服務器、路由器、磁盤陣列 等設備硬件損壞

• 諧波污染、線間噪聲、頻率漂移

• 造成網絡傳輸誤碼率大增，數據傳輸速度低下

UPS的四大功能

不停電功能——解決電網停電問題

交流穩壓功能——能解決網壓劇烈波動問題

凈化功能——解決電網與電源污染問題

管理功能——解決交流動力維護問題

UPS系統結構

監控平臺也是UPS的最重要組成部分之一

02

UPS的主要技術參數

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 功率因數低，輸入無功功率大，諧波電流污染電網，影響干擾其它設備。

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、靜態穩定度。大型為1%，中小型為2%。

2、輸出瞬態特性。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。（0.8、0.9、1）

5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內。

03

UPS相關配置及計算

UPS系統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, 電池開關等

• 功能選件( 如防雷, 監控,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,并統一單位到KVA。

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

電流I(A安培)及 功耗W（瓦特）與VA的轉換關系：

• VA= I*220

• VA= W/0.8(計算時通常考慮20KVA以下為0.7，20KVA以上為0.8)

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

然后在產品手冊中選取最靠近的功率產品，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：

優點：可以實現網絡設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：

優點：方案布置靈活，故障影響小。

缺點：如整個設備不能保持同地線，易引發干擾。

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“熱備份”：

• 適合于中小型網絡、服務器群、辦公、儀表等應用場合

• 由UPS主機、UPS從機、電池系統、配電系統組成

• 配電設計和工程施工簡單

優點：

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。

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構成串聯熱備份方式。

缺點：

1、從機長期處于空載運行狀態、效率低。

2、從機電池組長期處于浮充狀態，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=靜態旁路轉換功能良好是關鍵

無擴容功能。

5、相對于“并聯”冗余系統平均無故障時間偏低。

模塊并聯供電：

• 全部交流負載集中供電，由1臺模塊化并聯UPS供電

• 模塊化UPS包括：機架、可并聯功率模塊、可并聯電池模塊、充電模塊等

• 適合于中小型網絡、服務器群、辦公、儀表等應用場合

• 由機架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統組成

• 功率模塊配置為N+1冗余，減少了MTTR

• 共用輸入、輸出、并聯的電池系統、控制系統

• 
  

N+1直接并聯冗余

• 適合于中大型網絡、數據中心、大樓集中供電、工業廠礦等應用場合。

• 由直接并機的N+1臺UPS、電池模塊、配電系統組成。

• 系統N+1冗余，可靠性高于單機UPS。

• 易于擴容，維護便捷。

• 是應用最為廣泛的方案。

優點：

1、完善的鎖相同步技術保證多臺UPS直接并聯時可均分負載電流。

2、良好的擴容性能（N+1）。

3、避免了“串聯”熱備份方式的缺點。

缺點：

1、對設備本身同步鎖相技術要求高。

2、對設備制造技術要求高——輸出阻抗接近。

3、對逆變器輸出電壓調節性能要求高——分相調節。

4、UPS必須同型號、同容量。

5、多臺并聯時，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。進一步提高系統可靠性。系統配置復雜，投資大，安裝調試要求高。