UPS設(shè)備的基本概念

yi321yi 2016-10-18

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一、UPS的定義與作用

UPS的全稱為Uninterruptible power system，即交流不間斷供電電源系統(tǒng)。從UPS電源的的發(fā)展歷史來看，其經(jīng)歷了由旋轉(zhuǎn)型工作方式到現(xiàn)在大量使用的靜止轉(zhuǎn)換工作方式的UPS電源。它有以下五個功能：

1、雙路電源之間的無間隔切換

兩路電源（一類供電電源和三類供電電源）可通過UPS實現(xiàn)無間斷切換。

2、隔離干擾功能

在UPS中，交流輸入電壓經(jīng)整流濾波變成直流后加入逆變器，再經(jīng)逆變器的高頻PWM變換還原成交流后對負載供電，這樣雙變換與濾波器的共同作用可將電網(wǎng)電壓瞬時間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及噪聲等電網(wǎng)干擾與負載隔離：既可以使負載不干擾電網(wǎng)，又使電網(wǎng)中的干擾不影響負載。

3、電壓變換功能

通過UPS，可以將輸入電壓變換成需要的電壓，如三相380V輸入變成單相220V輸出。

4、頻率變換功能

通過UPS，可以將輸入電壓的頻率變換成需要的頻率，通常的變換是實現(xiàn)50HZ到60HZ，或反變換。

5、備用電源功能

當市電中斷供電時，UPS中的儲能蓄電池，通過逆變器可繼續(xù)向負載供電。備用時間可以為5、10、15、30、90分鐘，甚至可達4小時。

二、UPS的分類

1、按工作原理分類

UPS電源可分為后備式、在線互動式和雙變換式三種。

2、按輸出電源的性質(zhì)分類

UPS可分為直流UPS（DC-UPS）和交流UPS（AC-UPS）兩大類。

（1）直流UPS

直流不間斷電源由兩個基本單元組成。分別是整流器（目前基本采用三級變換）、蓄電池。

其工作過程是：當市電正常時，電流通過整流器向負載供電，同時整流器給蓄電池充電。其電流路徑有兩路，一路是“市電——整流器——負載”，另一路是“市電——整流器——蓄電池”。當市電故障或整流器故障時，通過控制電路自動切換使蓄電池為負載供電，電流流向為蓄電池——負載；如果整流器系統(tǒng)故障，則電池放電結(jié)束后，無論市電是否正常，輸出供電都將終止。目前，由于還沒有相應(yīng)的國家標準和在全行業(yè)普遍應(yīng)用，本文暫不作進一步的討論。

（2）交流UPS

交流UPS電源由三個基本單元組成。分別是整流器（單級變換）、蓄電池和逆變器。

其工作過程是：當市電正常時，電流通過整流器、逆變器向負載供電，同時通過整流器給蓄電池充電。其電流路徑有兩路，第一路是“市電——整流器——逆變器——負載”，第二路是“市電——整流器——蓄電池”。當市電故障或整流器故障時，通過控制電路自動切換使電池為負載供電，電流流向為蓄電池——逆變器——負載；如果僅是整流器故障，當電池放電終結(jié)時，還可通過UPS旁路繼續(xù)給負載供電。

3、按備用時間分類

UPS分為標準延時型和長效延時型兩種。

一般來說，標準型機內(nèi)帶有電池組，在停電后可以維持較短時間的供電（一般不超過10分鐘）；長效型機內(nèi)一般不帶電池，但增強了充電器的充電能力，用戶可以根據(jù)自身需要配接多組電池以延長供電時間，一般最長可達4小時。

4、按輸出輸出相數(shù)分類

UPS分為單進單出型、三進單出型和三進三出型。

在中國的電網(wǎng)制式下，單進單出型UPS的輸入與輸出都是單相220V，優(yōu)點是輸入輸出配電最簡單，缺點是容量不能做得太大，否則會導致電網(wǎng)的負荷不對稱；三進單出型UPS的輸入是三相380V，但其輸出是單相220V，優(yōu)點是整流主輸入是三相380V輸入，保持了電網(wǎng)的對稱性，而輸出是單相，不需要三等分分拆負載量，配電簡單，但是由于其旁路也是單相，在維護或UPS故障時，還是會導致電網(wǎng)的不對稱，所以其容量一般也受到限制，一般在30KVA以下，特殊的工業(yè)環(huán)境下一般也在160KVA以內(nèi)；三進三出型UPS的輸入與輸出都是380V三相，優(yōu)點是不會影響電網(wǎng)對稱性問題，缺點是輸入輸出都需要相對復雜的三相配電，用戶負載也需要分拆為基本相同的三等分來分別接入每一相，所以一般不做小于10KVA的小容量型，但是最大容量可達1000KVA。

5、從物理結(jié)構(gòu)形式分類

UPS可分為模塊式（僅指模塊可插拔、可并聯(lián)疊加型UPS）、機架式和塔式。

（1）模塊式UPS

通常把具有基本獨立或獨立UPS功能，在系統(tǒng)中可按模塊整體安裝、拆卸、移動、更換的UPS稱為模塊化UPS。通常模塊化UPS具有以下特征：

模塊是系統(tǒng)中一個具有獨立功能和可獨立運行的單元
結(jié)構(gòu)上可整體安裝、拆卸、更換、移動
多個模塊可在專門設(shè)計的機柜中并聯(lián)運行
模塊化UPS具有帶電或不帶電熱插拔功能，可以實現(xiàn)在線維修維護

模塊化UPS按旁路方式又可分為集中旁路和分散旁路兩種。集中旁路式模塊化UPS是將二個或多個模塊化的可并聯(lián)UPS功率模塊（包含整流和逆變）、集中旁路模塊、充電模塊、監(jiān)控模塊、電池模塊等安裝在標準或?qū)Ｓ玫臋C柜內(nèi)，通過內(nèi)部并機母線排將輸入、輸出端分別連載一起的UPS并機供電系統(tǒng)；而分散旁路式模塊化UPS則將整流、逆變、旁路三個功能整合在功率模塊中，與集中旁路式模塊化UPS相比，沒有集中旁路模塊，其它完全相同。

此外，通常模塊化UPS還可按模塊并聯(lián)的控制方式來分類，分為集中并聯(lián)控制模塊化UPS和分散并聯(lián)控制模塊化UPS。

模塊化UPS的應(yīng)用特點可歸納如下：

可靠性：模塊化UPS的可靠性不僅僅取決于模塊本身的可靠性，更重要的是取決于N M的并聯(lián)組合，對于N M的值恒定的情況下，M越大代表系統(tǒng)的模塊冗余數(shù)量就越多，可靠性就越高。

靈活性：模塊化UPS在負載增長或減少平凡的應(yīng)用場合，以及初期負載較小的場合，其工作狀態(tài)非常靈活，可以自動構(gòu)成高級別的冗余系統(tǒng)，又可以實現(xiàn)靈活便利的擴容。

可維護性：模塊化UPS的可帶電或不帶電插拔功能，在保證供電連續(xù)性的同時，維護非常方便。當其中的某個模塊需要維修更換時，可隨時從帶電的系統(tǒng)中脫離出來，維修完畢，插入模塊就可投入運行。

管理性：模塊化UPS的單體重量相對較輕，便于移動，更換方便。

（2）機架式UPS

機架式UPS的外觀與模塊化UPS的功率模塊很像，但是不同于模塊化UPS，機架式UPS是一臺完全獨立的UPS，內(nèi)部包含了標準UPS的所有功能，包括整流器、逆變器、旁路、控制與顯示單元、操作面板、電池單元等。某些機架式UPS也可直接并聯(lián)運行。

機架式UPS的應(yīng)用特點是可以安裝在標準機架中，可以單獨成柜，也可與服務(wù)器等數(shù)據(jù)設(shè)備安裝在同一機柜中，既節(jié)約了物理空間，又省卻了配置配電開關(guān)、電纜等的麻煩。對于分散式供電系統(tǒng)是最佳的選擇，但是一般都用在相對較小容量的系統(tǒng)中。

（3）塔式UPS

非上述兩種物理結(jié)構(gòu)的UPS通常都歸結(jié)為塔式UPS，即我們通常所稱的UPS。實際，塔式UPS也可是模塊化結(jié)構(gòu)的，這個模塊的電功能與模塊化UPS中的功率模塊基本相同，但是這一模塊一般不能裝在標準機柜中，也不具備可插拔功能。

三相的塔式UPS通常都可并機運行。與模塊機并機相比，應(yīng)該說各有技術(shù)優(yōu)勢：對于大容量系統(tǒng)應(yīng)用場合，由于塔式UPS的單機容量可做得很大（可高達1000KVA），其直接并機的UPS單元數(shù)量較少，可靠性高，價格也相對便宜；而對于中小規(guī)模的應(yīng)用場合，模塊化系統(tǒng)，可以進行熱插拔擴容與維護，維護簡單便利，還可與機房IT機柜融為一體，系統(tǒng)整齊美觀。