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淺析機房工程UPS不間斷電源全套基礎知識！
來源：www.djvod.com.cn 發(fā)布時間：2020年12月31日
UPS不間斷電源通常是弱電機房工程子系統(tǒng)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(wěn)定、不間斷的電力供應。
當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)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(xù)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。
UPS的基本原理及主要技術參數(shù)
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(wǎng)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(wǎng)提供的電力供應，看上去正常，可是不靠譜:表面正常的電力，實際上危機四伏。
電源中斷
數(shù)據(jù)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(jīng)濟損失無法估量
電源污染
瞬態(tài)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(wǎng)絡傳輸誤碼率大增，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)停電問題
交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動問題
凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問題
管理功能——解決交流動力維護問題
UPS系統(tǒng)結構
監(jiān)控平臺也是UPS的重要組成部分之一
UPS主要技術參數(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會，延長電池壽命。
2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無功功率大，諧波電流污染電網(wǎng)，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(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、輸出過載能力。（如：過載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)。
UPS相關配置及計算
UPS系統(tǒng)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(jiān)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
UPS容量計算與選擇
首先獲得負載的總功耗,并統(tǒng)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(qū)間是具佳運行狀態(tài),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(chǎn)品手冊中選取靠近的功率產(chǎn)品
采用恒功率模式計算方式
W/cell ＝ PL/(N×6×η)
UPS供電方案介紹
集中供電方式：
優(yōu)點：可以實現(xiàn)網(wǎng)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(yōu)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(fā)干擾。
單機供電
UPS解決方案中簡單的一種
每一分散地點交流供電系統(tǒng)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(lián)“熱備份”
適合于中小型網(wǎng)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(tǒng)、配電系統(tǒng)組成
配電設計和工程施工簡單
優(yōu)點：
兩臺甚至多臺UPS基本處于相對獨立、互不干擾的運行狀態(tài)。
對于UPS同步跟蹤性能要求較低。
采用不同型號、不同容量UPS構成串聯(lián)熱備份方式。
缺點：
從機長期處于空載運行狀態(tài)、效率低。
從機電池組長期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護機會少，會影響電池壽命。
從機必須有良好的帶階躍負載能力。
長期運行，主機逆變器=靜態(tài)旁路轉換功能良好是關鍵
無擴容功能。
相對于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無故障時間偏低。
模塊并聯(lián)供電
全部交流負載集中供電，由1臺模塊化并聯(lián)UPS供電
模塊化UPS包括：機架、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、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(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、數(shù)據(jù)中心、大樓集中供電、工業(yè)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(tǒng)組成
系統(tǒng)N+1冗余，靠譜性高于單機UPS
易于擴容，維護便捷
是應用較為廣泛的方案
優(yōu)點：
完善的鎖相同步技術確保多臺UPS直接并聯(lián)時可均分負載電流。
良好的擴容性能（N+1）
避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點。
缺點：
對設備本身同步鎖相技術要求高
對設備制造技術要求高——輸出阻抗接近。
對逆變器輸出電壓調節(jié)性能要求高——分相調節(jié)
UPS必須同型號、同容量。
多臺并聯(lián)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(tǒng)靠譜性。系統(tǒng)配置復雜，投資大，安裝調試要求高。
當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)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(xù)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。
UPS的基本原理及主要技術參數(shù)
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(wǎng)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(wǎng)提供的電力供應，看上去正常，可是不靠譜:表面正常的電力，實際上危機四伏。
電源中斷
數(shù)據(jù)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(jīng)濟損失無法估量
電源污染
瞬態(tài)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(wǎng)絡傳輸誤碼率大增，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)停電問題
交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動問題
凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問題
管理功能——解決交流動力維護問題
UPS系統(tǒng)結構
監(jiān)控平臺也是UPS的重要組成部分之一
UPS主要技術參數(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會，延長電池壽命。
2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無功功率大，諧波電流污染電網(wǎng)，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(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、輸出過載能力。（如：過載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)。
UPS相關配置及計算
UPS系統(tǒng)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(jiān)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
UPS容量計算與選擇
首先獲得負載的總功耗,并統(tǒng)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(qū)間是具佳運行狀態(tài),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(chǎn)品手冊中選取靠近的功率產(chǎn)品
采用恒功率模式計算方式
W/cell ＝ PL/(N×6×η)
UPS供電方案介紹
集中供電方式：
優(yōu)點：可以實現(xiàn)網(wǎng)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(yōu)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(fā)干擾。
單機供電
UPS解決方案中簡單的一種
每一分散地點交流供電系統(tǒng)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(lián)“熱備份”
適合于中小型網(wǎng)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(tǒng)、配電系統(tǒng)組成
配電設計和工程施工簡單
優(yōu)點：
兩臺甚至多臺UPS基本處于相對獨立、互不干擾的運行狀態(tài)。
對于UPS同步跟蹤性能要求較低。
采用不同型號、不同容量UPS構成串聯(lián)熱備份方式。
缺點：
從機長期處于空載運行狀態(tài)、效率低。
從機電池組長期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護機會少，會影響電池壽命。
從機必須有良好的帶階躍負載能力。
長期運行，主機逆變器=靜態(tài)旁路轉換功能良好是關鍵
無擴容功能。
相對于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無故障時間偏低。
模塊并聯(lián)供電
全部交流負載集中供電，由1臺模塊化并聯(lián)UPS供電
模塊化UPS包括：機架、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、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(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、數(shù)據(jù)中心、大樓集中供電、工業(yè)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(tǒng)組成
系統(tǒng)N+1冗余，靠譜性高于單機UPS
易于擴容，維護便捷
是應用較為廣泛的方案
優(yōu)點：
完善的鎖相同步技術確保多臺UPS直接并聯(lián)時可均分負載電流。
良好的擴容性能（N+1）
避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點。
缺點：
對設備本身同步鎖相技術要求高
對設備制造技術要求高——輸出阻抗接近。
對逆變器輸出電壓調節(jié)性能要求高——分相調節(jié)
UPS必須同型號、同容量。
多臺并聯(lián)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(tǒng)靠譜性。系統(tǒng)配置復雜，投資大，安裝調試要求高。
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