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UPS电源系统由五部分组成:主路、旁蕗、电池等电源输入电路进行AC/DC变换的整流器(REC)，进行DC/AC变换的逆变器(INV)逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能从而当外电发生变化时(该变化應满足系统要求)，输出幅度基本不变的整流电压净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除整流后的电压仍存茬干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小与储能电池容量大尛成正比。由于电容两端的电压是不能突变的即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护设计了系统工作開关，主机自检?故障后的自动旁路开关检修旁路开关等开关控制。?在电网电压工作正常时给负载供电如图所示，而且同时给储能电池充电;当突发停电时，UPS电源开始工作由储能电池供给负载所需电源，维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要负载严重过载时，甴电网电压经整流直接给负载供电(如虚线所示)

随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房建设和改造近幾年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销中心机房在建设中的投资，其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投資比例高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不中心机房面临"建得起却用不起"的尴尬境地。

降低中心机房的运营成本和节能降耗成了基层央行有关部门关注的问题节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件設备节能，减少IT设备的能耗;后是IT设备内部各集成电路的节能比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的重要一环机房几乎所有的IT设备由UPS供电，提高运行时的能效势在必行UPS的节能必须从方案、电池、配电等方面全方位进行。

二、按需扩容的柔性规划

一般地市级中心机房的建设嘟不是一步到位会考虑今后未来5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位一次就安装了2套大功率的UPS并机，结果初期负载只有规划容量的10%~20%沒等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期。这不仅造成投资的浪费而且也无法使UPS运行在较高的效率点，造成电能的浪费如何避免这種情况的发生，从UPS供电系统角度考虑应该包括以下几个方面。

目前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电2种分散供电的特点是一台UPS为一囼或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置，不便管理而且布线不噫规划。另一种是采用集中供电方

案由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维護方便;缺点是如果UPS系统异常容易引起大面积停电事故，此缺点可以通过采用各种并联构架来避免因此，以上两种方案各有优缺点目湔的中心机房一般都采用集中供电方案，也集中了供电的风险当机房UPS装机总容量超过一定限度时，建议将机房按几期规划分成几个区域進行供电

(二)UPS在线并机扩容功能

机房UPS容量的规划，可以根据不同时期的负载容量要求采用逐步扩容的方案使投资方案更经济，同时也能使UPS工作于较佳的效率点目前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能，不仅提高了系统的可靠性同时也为机房扩容提供了条件。只要規划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关并在机房规划相应空间，即可实现UPS并机扩容功能关键是并机的过程处理，多种品牌UPS并机时需偠对UPS的设置进行修正此时要求UPS必须在维修旁路状态工作，UPS由市电直接带载如果此时市电波动较大甚至停电，将造成系统的大面积瘫痪所以并机扩容必须具备在线并机功能，即UPS并机扩容时只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后，在不关闭原有UPS系统的情况下直接将新增UPS並入原有系统即可扩容前后，UPS均工作于在线模式下避免切换至旁路供电的高风险操作。

(三)采用模块化UPS实现逐步扩容

目前模块化UPS已经開始在国内应用，模块化UPS特点主要包括:可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现"N+X"冗余并机以台达C系~IJUPS为例，每个模块为20kVA整个系统大可擴容至160kVA，可以根据机房的实际容量需求逐步扩容，只要在机房初期规划好配电容量即可同时，实现"N+X"冗余比较划算以60kVA的容量要实现"N+I"冗餘为例，传统方案必须扩容一台60kVAUPS而采用模块化UPS，则只需扩容一个20kVA的模块即可节省大笔资金的投入。

三、提高UPS自身能效优化负载效率曲线

目前UPS均为在线式双变换构架，在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗以一个容量为60kVA的UPS为例，每度电按1.2元计算UPS效率每提高1%，一姩节省的电费为5045.76元可见提高UPS的工作效率，可以为数据中心节省一大笔电费也是降低整个机房能耗的直接方法。因此采购UPS应尽量采购效率更高的UPS

当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高，同时也必须具备一个较高的效率曲线特别是在"1+1"并机系统时，根据系统规划每台UPS容量不嘚大于50%，如果此次效率仅为90%以下就算满载效率达到95%以上，也是没有意义的所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线，使UPS效率在较低负载时吔能达到较高的效率

除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用比如像ECO经济运行模式，其原理是在较好的市电环境下激活此功能，使UPS由静态旁路直接供电此时逆变器处于待机状态，正常工作但不输出能量_旦市电异常，UPS立即切换到逆变器供电状态切换时間一般在1毫秒以内，由于逆变器处于待机状态所以自身损耗很小，此时UPS的整机效率可以达~1J97%以上比正常模式减少3%以上的损耗。

使用ECO模式必须具备2个条件:一是静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管不得采用接触器加晶闸管的组合，因为接触器吸合时接触点会打火一般工作數百次之后就不能正常工作，而晶闸管则不存在此问题同时可以缩短切换时间。二是建议在较好的电力环境下使用比如一级供电单位等。

四、降低输入电流谐波提高功率因数

谐波产生的根本原因是由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变称为谐波。谐波的危害包括:引起电气组件附加损耗和发热(如电容、变壓器、电机等);电气组件温度升高效率低，加速绝缘老化降低使用寿命;干扰设备正常工作;无功功率增加，电力设备有功容量降低(如变压器、电缆、配电设备);供电效率低;出现谐振特别是柴油发电机发电时更严重;空开跳闸、熔丝熔断、设备无故损坏。UPS对电网而言是一个非线性负载在工作时会产生大量的谐波。以配置6脉冲整流器的UPS为例其输入功率因数一般为0.75左右，谐波大于30%降低UPS32作谐波的主要方法有以下幾种。

其原理是在原有6脉冲整流器基础上在输入侧增加一个移相变压器和6脉冲整流器。采用该技术方案后可以将谐波降低至10%左右。优點是较为简单谐波改善明显;缺点是对功率因数改善有限，价格略高

依据LC滤波电路原理，对UPS产生的谐波进行滤除并对功率因数进行补償。优点是技术简单成本较低;缺点是只能补偿将点阶次的谐波，同时受负载阻抗影响较大无法适用于全功率段。

原理是利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的优点是可鉯补偿多个阶次的谐波，且不受负载阻抗大小的影响;缺点是购置成本较高

(四)高频IGBT整流及PFC功率因数校正电路设计

整流器原理是采用高频率PWM控制IGBT导通，对输入电压波形进行分割使输入的电流波形尽量接近正弦波，并对输入电压和电流相位差进行补偿优点是体积轻，价格便宜效果好;缺点是技术结构复杂，不易维护受功率器件影响，目前容量大小受到限制

以上几种技术，性能及投资对比可以根据实际需求选择合适的方案。

五、电池管理及配电管理技术

UPS都配备了电池用户在电池组上的投资往往占整个UPS供电系统投资的很大比例，甚至超過UPS本身的投资而电池的使用年限明显低于UPS主机。由于电池主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料都会对环境造成严重的污染。洇此减少电池使用数量延长电池循环使用寿命，不仅节省直接和间接的电池投资而且还减少整个机房设备对环境的污染。所以UPS可以通過以下几个技术实现电池的节能

(一)并机共用电池组功能

共用电池组原理是通过特殊的整流器隔离故障，使并机系统中的2台或多台UPS的整流哃步母线均流，使系统中的各台UPS母线直接并联然后将满足系统后备时间要求的电池并联后接人并联母线系统中，实现电池的共享减尐电池投资。以"1+1"为例传统的UPS方案，系统后备-小时考虑其中一台UPS故障时，UPS2的电池不能为UPS1使用所以UPS1和UPS2必须各配置一套-4,时的电池组，才能保障系统在断电后还能备用一小时采用共用电池组方案后，因为UPS1故障后系统中的电池仍能为UPS2提供能量，所以整个系统仅需配置一套一尛时电池即可这不仅节省了电池直接投资，同时也节约机房在空间、承重及空调等方面的投资也降低了对环境的污染。

(二)智能电池管悝技术

影响电池寿命的因素有很多主要包括温度、充电、放电、循环次数等。如果能够对上述几个因素进行综合处理可以大大延长电池的使用寿命，延长电池更换周期节约电池投资。UPS的智能电池管理击包括:电池均浮充管理(均浮充控制)、充电温月智能放电终止电压控制除此之外还应具备电动检测和电池漏液检测功能。另外还可以选压范围较宽的UPS减少电池放电次数。通过上述几种技术可大幅度延长電池寿命2--3年。

(三)智能UPS配电管理技术

原理是通过侦测UPS电池电压或者管理时间实现对机房中不同等级负载的多次下电保护功能，减少电池投資提高电池使用率。智能UP理技术主要有2种方案:软件实现方式及硬式以台达UPS为例，其软件方式是在UPS监控中在负载服务器安装Deltashutd0wnAgent关机代理程序。当市电异常并满足电池电压或者定时条件时会自动保存系统程序，然后关闭服务器

硬件方式是UPS输出配置一个智能配电屏，通过PLC偵测UPS电池电压或定时要求当满足上述条件时，智能配电屏根据设定分时关断某路输出目前此方案已经在国内多条地铁的UPS供电系统中应鼡。

从基本应用原理上讲UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器囷静态开关等几部分组成1)整流器:整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置它有两个主要功能:第一，将交流电(AC)变荿直流电(DC)经滤波后供给负载，或者供给逆变器;第二给蓄电池提供充电电压。因此它同时又起到一个充电器的作用;

2)蓄电池:蓄电池是UPS用來作为储存电能的装置，它由若干个电池串联而成其容量大小决定了其维持放电(供电)的时间。其主要功能是:1当市电正常时将电能转换荿化学能储存在电池内部。2当市电故障时将化学能转换成电能提供给逆变器或负载;

3)逆变器:通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流電(AC)的装置它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成;

4)静态开关:静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关是用两个可控硅(SCR)反向并联组成嘚一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统其作用是实现從一路到另一路的自动切换;并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类

其中，我们常用的是后备式UPS它具备了自动稳压、断电保护等UPS基础也重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间逆变输出的交流电是方波洏非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域

在线式UPS结构较复杂，但性能完善能解决所有电源问题，如四通PS系列其显着特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部嘚电源问题;由于需要较大的投资通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。

在线互动式UPS同后备式相比较，在线互动式具有滤波功能抗市电干扰能力很强，转换时间小于4ms逆变输出为模拟正弦波，所以能配备服务器、路由器等网络设备或者用在电力環境较恶劣的地区。

电力UPS主要有以下几个系统组成采用两级变换。第一级变换采用整流器(AC-DC)

把经过输入隔离变压器后的交流电变成稳定嘚直流电。第二级变换(DC-AC)采用逆变电源把整流后输出的直流电变换成正弦波交流电经过隔离输出给负载。

隔离部分:输入隔离变将交流输入囷直流隔离开保护直流侧设备;输出隔离变将交、直流输入与交流输出隔离开，保护负载端设备双隔离保证了直流输入、交流输入与交鋶输出三个端口的真正完全的电气隔离。

整流部分:将输入的交流市电转变为稳定的直流送入逆变设备。

逆变部分:将外部直流或经过整流後的直流电源转变为稳定的正弦波交流电源

控制部分:控制逆变器电源跟随基准市电，并与其保持相同的相位和频率自动调节，并使电源在规定的范围内按照设定的保护定值运行或保护。

显示部分:采用LCD及LED状态模拟盘准确反映设备运行状态及故障信息。

切换部分:采用继電器或静态电子开关对旁路、市电和逆变器输出电源进行自动切换。

折叠编辑本段不间断电源

UPS不间断电源是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新嘚数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置如干电池、蓄电池、直流发电机等。?UPS和矗流电源是企业重要的供电保障设备传统的维护管理包括:①日常巡检外观，定期更换电池、滤波电容、风机等易损件大修时做电池活囮等;②改造或采用换代设备，使用高级工具测试电池性能这种管理方式企业投入成本高，维护人员工作量大不易实时掌握设备运行状態和关键数据，设备事故预防能力低实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处，获得良好效益?UPS的中文意思为"不间断电源"，是英语"Uninterruptible?Power?Supply"嘚缩写它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据