发表时间：2007-3-10    来源：中国电气设计师网
关键字：UPS 电源 不间断电源 负载特性 冗余  


随着经济不断发展计算机广泛应用，一些重要场所：如金融、信息、通讯、公共设备控制，对电源可靠性、稳定性要求高，超大规模集成电路制造等产业对电源也有相当高要求。电压偏移、电压波形畸变、断电持续等电源质量降低将产生严重经济损失和社会影响，上述场所的关键设备大多采用LIPS供电。
    1、UPS的类型
    通常设备根据电源可靠性、功能要求、使用方便等要求，尽可能经济的选择UPS。根据不同负荷特性选择不同类型UPS。从实用性、选择方便易行出发，UPS可分三类：
单一运行，备份运行；
有旁路转换、无旁路转换；
平时逆变器运行。平时市电运行。
    2、UPS特点
单一运行UPS，用于一般重要负荷；用于输人、输出频率不同，或者对市电有无影响不大，对频率精度要求很高的负荷。
备份运行UPS，使用多台不停电装置，具有备份功能，当部分发生故障，其它正常部分向负荷供电，用于特别重要负荷。
有旁路转换UPS，负荷可由市电和逆变器供电，提高供电可靠性。多数UPS设置旁路。
无旁路转换UPS，用于输入、输出频率不同，或对市电频率、电压精度要求极高的负荷。
平时逆变器运行，负荷对电源质量要求高，不受市电，电源电压、频率的影响。
平时市电运行，负荷对电源质量要求不高，对可靠性要求高，不变换运行效率高。使用时根据负荷性质三种运行方式组合应用。
    3、供电系统选择UPS的原则
    3.1 负荷的重要性
    电源是否存在潜在异常。原则上不存在电源异常是不需要设置UPS的。负荷是否重要是根据电源异常导致的负荷部分受损而决定的。受损包括直接损失和间接损失。直接损失包括生产线上的不良产品，科技研发重要数据丢失。间接损失包括恢复供电需要时间，社会信誉。根据受损大小，衡量UPS系统总投资，为了提高可靠性是否采用UPS，采用UPS是否设置备份及旁路，确定运行方式。
    3.2 电源质量对负荷的影响
    电源质量对负荷的影响包括：电源电压允许压降范围及持续时间；日常电压失真范围、频率精度。负荷对电源质量承受力强，可以简化系统提高可靠性降低成本，比如增加旁路时采用一般为0．02~0．2S瞬时停电转换方式。日常电压失真，频率精度一般不是特殊负荷，市电电源下足够运行，一般不需考虑电源对负荷的影响。对电源电压瞬时降低和断电敏感的计算机，即使电源电压降低10％半个周期就会产生影响。则需要提供优质电源。
    3.3 UPS容量选择
    根据下列因素，特性、计算负荷、冲击电流、峰值电流、过载能力、负荷突变状况选择UPS容量。有效负荷容量用下述数值作补偿。
    (1) 关于冲击电流
    能承受峰值电流的UPS计算容量=有效负荷容量 X冲击电流（最大值）/UPS额定电流，其值一般为有效容量的5~10倍。
    负载投入电源，产生相当大冲击电流，特别是计算机及外围设备。在UPS供电时，为降低UPS容量，运行时负载依次投入或选择UPS市电运行；当电流回复到额定电流值以下，不停电转换到整流器，逆变器供电。
    (2) 关于峰值电流
能承受峰值电流的UPS；
容量=有效负荷容量 X峰值电流（最大值）/UPS额定电流；
峰值容量一般为有效容量2倍；
峰值系数为2．5以上的UPS，峰值电流承受能力为250％PA上，一般不超出UPS额定容量．可以直接采用，不需补偿。
    (3) 关于过载
    UPS过载能力一般在有效负荷的1．1倍以上，负荷过载超过1．1倍应对UPS进行保护。
    (4) 负荷突变
    多数UPS负荷突变0"100％范围内，输出电压波动可以控制在_10％l~A内。所以对有效负荷容量可以不作补偿。
    (5) 发电机-UPS配合
    在某些场所中UPS在市电停电后转换至自备发电机供电。在自备发电机供电时，应能提供UPS启动时大冲击电流，而不会影响发电机运行。
    a. 选择整流设备较低启动电流UPS。例如12脉冲整流器，则自备发电机容量应该是整流器的2倍。
    b. 选择几组UPS并联，分组延时启动。可以利用具有斜坡启动功能组合在一起，避免所有UPS同时启动产生冲击电流过大。
    c. 选择有整流器充电器输人功率可控制的UPS，使整流器充电器输入部分功率，不足功率由电池提供。
    d. 选择有限制充电电流功能的UPS。使发电机启动运行时，限制充电，设置充电电流值为0安培。即在发电机运行时可以停止充电，从而减少UPS从发电机吸收功率。
    4、UPS应用实例
    图1正常由市电供电，在市电故障时自动转换到电池供电。用于输入输出频率不同，不含旁路电源。

图1 单一运行UPS无旁路（维修旁路）逆变运行
    图2正常由整流器和逆变器模块供电。如果主电源故障，负载则不间断地转换到由电池供电，仅在逆变器故障或电池放电终了，负载将转换到旁路供电。

图2 单机UPS有静态开关（自动旁路），手动旁路（维修旁路）逆变运行
分页图3：正常旁路电源在允许范围内，则采用电源供电，以提高效率。如果旁路电源超出范围，系统自动的转换到整流器和逆变器模块供电，如果上述两个电源都超出范围，则转换到电池供电。

图3 单机UPS有旁路开关（自动旁路），手动旁路（维修旁路）旁路运行
    图4：每台UPS容量相同且平均分担相等负载，负载功率小于或等于单台UPS的额定功率。如果一台UPS故障，另一台能继续供电给全部负荷，冗余并联UPS增加整个UPS系统供电可靠性。

图4 双机冗余直接并联UPS
    图5：并联UPS系统由相同的单机和公共外部手动维修旁路。这种并联连接是为了增加UPS总容量同时提供冗余配置。比如3台相同容量UPS并联，如果1台故障，可由另外两台UPS向全部负载供电。可有1／3冗余度。

图5 增容并联连接UPS
    图6：由一台UPS作为另一台UPS的备份，如果主用UPS故障，静态开关将负载转到备用UPS上，提供电源高可靠性。

图6 热备份冗余UPS