1、UPS的不间断特性，体现在其转换时间工作程序上，当市电与逆变器进行切换时，其控制系统会适时地检测市电的同步范围，在市电不超限时，逆变器实现“先通后断”的供电，从而保证了供电系统的“不间断切换”。（三）UPS电源的技术性能UPS电源的技术性能随使用要求的不同而不同，主要技术性能包括以下几个方面。1.在线式特点: 双逆变器 输出电性能指标高 输入端AC-DC变换器是整流电路，对电网产生严重的干扰公害 两个变换器始终在100%负载功率下工作，整机效率低，输出能力有局限，可靠性一般 市电电池转换时，输出电压没有切换时间功能说明 市电正常时，市电经过AC-DC和DC一AC两次变换后向负载供电 DC一AC
2、随时在监测并参与对输出电压的调整，是在线式工作 市电掉电后，电池通过DC一AC逆变器向负载继续供电 当负载过载或逆变器故障时，市电转旁路维持向负载供电在线式原理除了基本供电电路为电池逆变器电路外，基本原理图与后备式相同。无论交流输入电源是否正常，均通过逆变器电路提供电源输出。交流输入电源中断时不需要切换，不存在转为电池供电的切换时间。在电池逆变器出现故障或者逆变器内部失灵时，都需要切换为旁路供电。由于在正常工作情况下，整流器和逆变器都要消耗一定的功率，因此这种类型UPS的效率要比后备式低。无论是在线还是电池供电，在线式UPS的电源输出来自于逆变器，可以提供近乎理想化的电源，频率和电压的稳定性优
3、于其它类型。图中电路各环节功能如下：整流器：该整流器为AC-DC单向变换，当市电存在时。它完成对电池的充电，并通过逆变器向负载供电。逆变器：该逆变器为DC-AC单向逆变，当市电存在时，它从整流器取得功率后再送到输出端，并保证向负载提供高质量的电源，当市电掉电时，由电池通过逆变器向负载供电旁路开关：平时处在断电状态，当主电路发生故障，或者当负载有冲击性（例如启动负载时）时，逆变器停止输出，旁路开关接通，由电网直接向负载供电，旁路开关多为智能型的功率容量很强的无触点开关。双逆变在线式UPS的性能特点如下：因为不管市电有无，负载的全部功率都由逆变器输出，所以可以向负载提供高质量的电源，例如输出电压稳
4、定精度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真度等指标，都是比较高的市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有转换时间，因为无论市电有无，全部负载功率都由逆变器供出，UPS的功率余量有限，输出能力不理想，所以对负载提出限制条件，例如输出电流峰值系数（一般只达到3:1）、过载能力：输出功率因数一般为0.8。整流电路对电网形成电流谐波干扰，输出功率因数低，谐波电流成份在30%左右，而输入功率因数只有0.8左右，在市电存在时，由于两个逆变器都承担100%的负载功率，所以整机效率低，80KVA以下的UPS为80%左右，80KVA的可达8590%，100KVA以下的可达90-92%。所以在线式能够确保输出高
5、可靠性、高质量电源。在DSP数字控制技术、数字并联技术、网络监控技术、电池管理技术、电源保护技术等方面技术先进，性能可靠。2.高效数字功率器件PIGBT技术采用先进的高效数字功率器件PIGBT作为逆变功率器件，其性能及可靠性高于上一代的功率器件IGBT，提高了逆变器的可靠性和处理速度，其逆变效率高达98%99%，热功耗极低。谐波分量小于1.5%，使输出波形更好，对负载或接地系统等不会造成干扰。3.DSP技术和SMD电气集成模块采用数字控制技术取代传统的模拟控制。DSP数据处理技术的处理速度是传统微处理器的12倍，并使硬件线路更为简化、可靠性更高、瞬态反映能力更强。电路板采用仿真设计和表面安装焊
6、接技术，使整机散热性好，可靠性更高。4.电池保护功能安全防护电池包括2、6、12V的通用型、深放电型、高比能型、快速充电型、循环耐久型等系列蓄电池产品。电池具有充放电的实时监测、过流及限流保护功能，可防止用户因电池过放电而造成电池永久性损害，防止过充电而造成电池寿命的减短；欠压预警功能可及时通知用户进行相关处理，以免造成大的损失；控制系统可通过设置定期电池自检功能，及时发现故障电池，避免系统故障造成的危害，并可实现在线更换电池。5.灵活可靠的并联技术采用数字模块式环路直接并联技术，能够有效的抑制并机中的环流，可以在UPS不断电的情况下实现并机扩容或维修，可以实现不同功率的UPS直接并联。6.通
7、信及监控功能较强的通信联网功能是指UPS可以采用于接点、JBUS或SITEMONITOR软件，实现远程监控及模拟控制或集中遥测遥控。可以利用Intranet、Internet来监控UPS，每个UPS在网络中有自己的IP地址，可以通过WEB测览器来监控，采用的协议可以是TCP/IP、SNMP、HTTP和JAVA。7.高可靠性UPS单机平均无故障时间都在MTBF35万h，并获得ISO9001国际质量标准证书，干扰标准等证书。8.散热系统机房UPS是最大的噪声源，采用冗余式智能风扇调速散热系统，则微处理器可以依据内部温度及输出功率大小，自动调节风扇的转速，以达到降低噪声、延长风扇寿命及节省能源的目的
8、。9.控制和诊断监控系统智能化UPS应具有专家系统故障诊断软件。当UPS某一部分出现异常后，该系统能迅速对故障进行诊断、推理，判明故障部位，通过显示器给操作者或维修工程师指示，判明故障性质，以便快速修复。同时还可自动记录信息，生成信息档案，便于用户更好使用。10.其他除了上述功能外，还有主/从容错双处理器并行控制技术、过载能力和抗短路保护功能、UPS的非线性带载能力、多种启动方式、多种输入/输出模式、宽电压输入、可靠的旁路转换系统、绿色环保、正面维修、雷电保护等，是针对不同产品所具有的不同功能。此外，大容量的UPS配12脉冲整流器，能够进一步降低输入谐波分量；内置输出隔离变压器，采用零线及火线
9、均隔离的隔离技术，可以进一步提高对负载的保护，有效地隔离零线的干扰，提高UPS系统的适应性等，都是UPS产品近几年来的先进实用技术。（四）UPS供电方案设计很多设计工程师都试图设计出完美无暇的UPS解决方案为关键负载提供支持，不过他们的设计方案往往不一定涉及到设计方案的可用性范围。例如，并联冗余、串联冗余、分布式冗余、热连接、热同步、多路并联总线、双系统以及故障预警系统等，这些都是设计工程师或制造商赋予不同配置方案的名称。这些名称的问题对于不同的用户，它们可能具有不同的含义，可以存在很多种解释方式。虽然目前市场上的UPS配置名目繁多且差别甚大，但最常用的不外乎5种。这5种方案包括:容量；串联冗
10、余；并联冗余；分布式冗余；双系统。选择系统配置方案时，应当根据负载的关键程度而定。此外，还要考虑停机所带来的影响以及公司的风险承受能力，这样才能更好地找到合适的系统配置方案。下面我们介绍如何为特定应用环境选择恰当的配置方案的一些指导方针。1.可用性、等级和成本1）可用性数据处理中心日益增长的可用性需求，推动着UPS配置的不断发展。“可用性”即电源保持供电并正常运行以支持关键负载的时间百分比估算值，如同其它任何模型一样，为简化分析过程，必须对模型做出一些假设。2）等级一切UPS系统（以及配电设备）都需要定期进行维护。系统配置的可用性一方面取决于配置不受设备故障干扰的水平，另一方面取决于执行正常维
11、护和例行测试以保证关键负载供电的能力。3）成本配置的可用性等级越高，其成本也越高。该成本指的是建造一间新的数据机房所需的成本。因此，其中不仅包括UPS结构的成本，还包括数据机房的整个网络关键物理基础设施（NCPI）的成本。后者包括发电机、开关装置、制冷系统、消防系统、活动地板、机架、照明设施、物理空间和整个系统的调试成本。这些只是前期成本，还不包括运营成本，如维护成本等。在计算上述成本时，我们假设每个机柜平均占地面积为2.79m2，且功率密度范围为每机柜2.3kW至3.8kW。如果分担成本的设备占地面积增大，每机架的成本也将随之降低。说明:在UPS设计配置的计算过程中，通常采用字母N来指代UP
12、S设计记置。例如，并联冗奈系统也称作N+1设计，而双系统设计可以用2N来表示。可以简单地定义为关键负载的need（需求）。换而言之，应满足所保护设备供电量的电源表亡。我们可以用RAID（独立磁盘冗余阵列）系统等IT设备来解释的用途。例如，如果存储容量需要4个磁盘，且RAID系统正好包含4个磁盘也称4个磁盘，则称这是一个设计。反之，如果RAID系统统有5个磁盘，而存储容量只需要4个磁盘，则称为N+1一直以来，在规划关键负载电源时，必须充分考虑以后的发展，以使UPS系统可以为负载提供10或15年的支持。事实证明，按照这一原则进行规划是很困难的。20世纪90年代，为便于提供讨论框架并比较各种设施，曾
13、提出了瓦特。平方面积的概念。但由于人们对的含义无法达成共识，这种电源设计指标造成了很多误解。近来，伴随着技术精简的大趋势，人们逐渐采用瓦特/机柜的概念来表示系统容量。事实证明，由于单位空间内的机架数量很容易统计，因此这种度量方式的准确性更高。无论如何选择负载方式，有一点很重要，那就是应当从一开始便选择好配置方案，使设计过程沿着正确的方向进行。如今，涌现出了许多可扩展的模块化UPS系统设计，从而可以使UPS容量随着IT需求的增长而扩大。2.单系统或系统简而言之，单系统（N系统）是指由单个UPS模块或容量与关键负载规划容量相等的一组并联UPS模块构成的系统。迄今为止，这种类型的系统是UPS行业中使
14、用最为广泛的配置。办公桌下的小型UPS也属于单系统。同样，对于规划设计容量为400kW，面积为450m2的计算机房，如果采用单个400kW的UPS或在公共总线上采用两个并联的200kW的UPS，那么也属于单系统。因此，可以将单系统视作关键负载供电的最低要求。虽然上述两例均可视为单系统，但其中的UPS模块设计却有所不同。与小型UPS不同，超出单相容量大约为20kW的系统都设置有内部静态旁路开关，以便在UPS模块出现内部问题时，将负载安全地转换到市电。UPS到静态旁路的转换点是经过制造商的仔细选取，以便为关键负载提供最妥善的保护，同时也保护UPS模块本身不会受到损害。下面举例说明了这些保护措施中的
15、一种措施:在三相UPS应用中，模块通常都具有额定过载能力指标。该指标通常的一种表述形式为模块将承载125%的额定负载达10分钟因此，一旦负载达到额定值的125%，模块将启动一个计时程序，其内部时钟将开始倒数10分钟。10分钟后，如果负载仍未恢复到正常水平，则模块会将负载安全地转换到静态旁路。启用旁路的情况还有很多种，UPS模块的规格说明中会对此进行详细阐述。扩充单系统的一种方式是为系统提供维修或外部旁路。若采用维修旁路，那么在需要进行维护时，可以将整个UPS系统（模块和静态旁路）安全地关闭。维修旁路与UPS共用一个配电盘，并且与UPS输出端直接相连。当然，正常情况下这条电路处于断开状态，仅当U
16、PS模块转换到静态旁路时才合上。在设计过程中，必须采取某些措施以防止当UPS末转换到静态旁路时，维修旁路电路接通。如果安装正确，维修旁路可确保UPS模块安全运行而无需担心负载停机，因而是系统中一个极为重要的组件。大多数单系统配置，尤其是低于100kW的配置，都用于对整个电力系统无特殊要求的建筑环境中。建筑物的电力系统一般都采用配置，因此，单系统配置刚好可满足这种情况。图3-1显示了常用的单模块UPS系统配置。（1）优点如下。设计概念简单，硬件配置成本低廉。由于UPS工作于满负荷条件下，因而其效率最高。具备高于市电的可用性。如果电力需求增长，可进行扩展（可以同时配置多UPS设备，根据供应商或制造
17、商的不同，可以并联多达8个额定值相同的UPS模块）。（2）缺点如下。可用性有限，因为如果UPS模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而处于无保护电源下。在UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（通常，这种情况每年至少会发生一次，而且往往会持续24小时）。缺乏冗余，限制了在UPS发生故障时对负载的保护能力。存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。3.串联冗余串联冗余配置有时也称为N+l系统，不过，它与通常情况下用N+l表示的并联冗余配置截然不同。串联冗余设计概念既不需要并联总线，也不要求模块的容量必须相同，甚至不要求模块来自同一个制造商。在该配置中，正常情况下由
18、一个主要的或主UPS模块为负载供电。同时，一个串联的或辅助的UPS为主UPS模块的静态旁路供电。该配置要求主UPS模块的静态旁路具有单独的输入电路，这种方式可以在保留现有UPS的情况下，对之前的无冗余配置进行扩充，以获得一定程度的冗余。图3-2显示了串联冗余UPS配置。在正常运行条件下，主UPS模块将承担起全部关键负载的供电，串联模块不承担任何负载。一旦主模块负载转换到静态旁路上，串联模块将即刻接受主模块的全部负载。因此，必须仔细选取串联模块，以确保它能够迅速承担起负载。如果它不能完成该任务，它自身或许可以转换到静态旁路，但这样一来，便便得该配置方案所提供的冗余保护消失殆尽。对于这两个模块而言
19、，只需将负载转换到另一个模块，便可轻松提供服务。由于输出线路仍存在单故障点，因此，维护旁路仍然是一项重要的设计功能。整个系统每年需要停机24小时，以便对系统进行预防性的维护。虽然该配置方案的可靠性提高了，但往往却被开关装置及相关控件的复杂性所抵销。产品的选择很灵活，可以混用不同制造商或不同型号的产品。具备UPS容错功能。对于双模块系统而言，相对比较经济。依赖于主模块静态旁路是否能从冗余模块正确接收电力。如果电流超出逆变器的容量，则要求两个UPS模块的静态旁路都必须能正常运行。主UPS模块转换到旁路时，辅助UPS模块必须能够处理突然出现的负载变化。（由于辅助UPS往往长期工作在0%负载的条件下，
20、并非所有UPS模块都能执行该任务，因此旁路模块的选择至关重要。开关装置及相关组件不仅复杂，而且昂贵。由于为保持电源不间断而设置的辅助UPS长期工作于0%的负载情况下，因而运营成本提高了。这种双模块系统（一个主模块，一个辅助模块）至少需要一个电路断电器，以便在市电与作为旁路电源的另一个UPS之间进行选择。这比只包含一条公共负载总线的系统要复杂得多。每个系统一条负载总线，因而存在单点故障。（3）并联冗余或系统在并联冗余配置方案中，当单个UPS模块出现故障时，无需将关键负载转换到市电，所有UPS的用途都在于保护关键负载不受市电变化及断电的影响。随着数据重要程度的提高以及风险承受能力的降低，转换到静态
21、旁路和维护旁路的观念已逐渐被淘汰。但N+l系统设计仍需静态旁路，而且大多数N+l系统都具有维护旁路，因为它们仍起着举足轻重的作用。在并联冗余配置方案中，多个并联的容量相同的UPS模块共用一条输出总线。如果备用的供电量至少等于一个系统模块的容量，则系统称为N+l冗余；如果各用的供电量等于两个系统模块的容量，则系统为N+2冗余，以此类推。并联冗余系统要求采用同一制造商生产的相同容量的UPS模块，UPS模块制造商还可以提供系统并联电路板。并联电路板可能包含与各个UPS模块相通的逻辑电路，且各个UPS模块之间也相互连接，以产生完全同步的输出电压。并联总线应具备监控功能，以显示系统负载以及系统的电压与电
22、流特征。此外，并联总线还必须能显示并联总线上的模块数量，以及需要多少模块才能保证系统冗余。一条公共总线上可以并联的UPS模块的数量存在一个逻辑上限，对于不同的UPS制造商而言，该最大值也不同。在正常运行条件下，并联冗余设计中的UPS模块均匀分摊关键负载容量。如果从并联总线上取下一个模块进行维修（或如果某个模块因内部故障而停机），则剩下的UPS模块必须立即分担起发生故障的UPS模块的负载。由于有了此项功能，因此可以从总线中取下任意一个模块进行修理，而无需将关键负载直接连接到市电。单系统示例中面积为450m2的数据机房，如果采用该方案，则需要2个400kW的UPS模块，或3个200kW的UPS模块
23、并联在一条公共输出总线上以提供冗余。并联总线的设计容量为系统的非冗余容量，因此，包含2个400kW模块的系统，其并联总线的额定容量为400kW。在N+l系统配置方案中，UPS容量可以随负载的增长而增长。应当设置容量升级机制，以便当容量百分比达到某个水平时，就订购新的冗余模块。因为某些UPS模块的交货时间可能需要几周甚至几个月，且UPS容量越大，安装新UPS模块的难度越大。大型的UPS模块重达上干千克，需要特殊的传动装置才能将它们安置就位，UPS房间中通常会为这种大型模块预留位置。由于将大型UPS模块安放在任何房间中都存在一定的风险，因此，这种部署必须进行周密规划。在设计冗余UPS系统时，系统效
24、率是一个应当着重考虑的重要因素。一般而言，负载较轻的UPS模块的效率要低于负载接近于其额定容量的UPS模块。表中显示了为240KW负载供电时，采用不同容量UPS模块的系统的负载分配情况，可以看出，为特定应用环境所选的模块大小会严重影响系统效率。低负载情况下任何特定UPS的效率因制造商而异，在设计过程中应对具体数据进行调查。图3-3显示了一个典型的双模块并联冗余配置。可以看出，尽管该系统提供了单个UPS模块故障保护功能，但在并联总线中仍存在单故障点。与单系统配置方案一样，为了断开并联总线以进行定期维护，在设计该方案时也应看重考虑维护旁路电路。1）优点如下。由于在一个UPS模块出现故障时有其它冗余
25、容量可用，因此该方案的可用性要高于单系统配置。可根据电力需求的增长进行扩展，在同一装置中可以同时配置多个单元设备。硬件的布置不仅设计概念简单，而且成本相对低廉。2）缺点如下。两个或多个模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的技术与配置。UPS系统的上游与下游仍存在单点故障。在UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（通常这种情况每年至少会发生一次，而且往往会持续2一4小时）。由于各个UPS设备的利用率均低于l00%，因此运营效率较低。每个系统一条负载总线，因而存在单故障点。大多数制造商都需要外部静态开关，才能在两个UPS模块之间均分负载。否则负载将分配不均，波动
26、范围高达15%。这不仅增加了设备的成本，还使设备复杂化。大多数制造商都需要一个公共的外部维修旁路，这不仅增加了设备的成本，还使设备复杂化。图3-3 并联冗余UPS配置4.分布式冗余分布式冗余配置在当今市场中很常见。20世纪90年代末期，一家工程公司为了获得全方位的冗余，不惜花费任何高额成本，因而使开发出了这种设计方案。该设计以三个或更多个UPS模块及独立的输入和输出电路为基础，独立的输出总线通过多个PDU和STS与关键负载相连。从市电服务入口到UPS，分布式冗余设计和双系统设计几乎是一样的。这两种方案均提供了同步维护功能，并将单故障点减至最少。二者最主要的区别在于，为关键负载提供冗余电源线路所
27、需的UPS模块的数量不同，以及从UPS到关键负载的配电结构不同。随着负载要求容量的增加，备用UPS模块的数量也在增加。图3-4和图3-5分别显示了同样为300kW负载供电的两种不同的分布式冗余设计方案。图3-4采用3个UPS模块，在该配置中，模块3与每个STS的辅助输入电路相连，根据另外两个主UPS模块的故障情况投入系统并向负载供电。在该系统中，模块3通常不承载任何负载。图3-4 分布式冗余UPS配置一图3-5的分布式冗余设计采用3个STS，正常运行状态下，负载平均分配在3个UPS模块上。如果其中任何一个模块出现故障，则将强制STS将负载转换到为该STS供电的另一个UPS模块上。很显然，双电源
28、负载与单电源负载的供电电路是不同的。双电源负载可以采用两个STS设备供电，而单电源负载只能由单个STS供电。因此，STS便成为单电源负载的单路径故障点。在当今的数据机房中，单电源负载的使用数量日趋减少。因此，可以在单电源负载的附近安装多个小型转换开关，该方法既方便又经济。如果全部为双电源负载，那么该配置可以不采用STS设备。对于那些需要进行同步维护，且大多数负载均为单电源负载的、复杂的大型计算机房而言，分布式冗余系统是比较理想的选择。还有其它一些行业因素也推动着分布式冗余配置方案的发展。同步维护：无需将负载转换到市电，即可完全断开任何特定供电设备或组件的一部分以进行例行维护或测试。单路径故障点：指在配电系统中，如果没有设置旁路则会引起停机的某些点。单系统实质上是由一系列单路径故障点所组成，在设计过程中尽量排除单路径故障点是冗余的一个关键指标。图3-5 分布式冗余UPS配置二静态转换开关（STS）：STS具有两路输入和一路输出。通常，STS从两个不同的UPS系统接受
