UPS,就是不间断电源。通常是弱电机房工程子系统之一,是将蓄电池与主机设备相连接,主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。

 

当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的 UPS 就是一台交流式电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应 220V 交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。下面我们一起来看下 UPS 的基础知识。

UPS 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 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。

 

UPS 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)

 

UPS 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。