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淺析機(jī)房工程UPS不間斷電源全套基礎(chǔ)知識(shí)！
來(lái)源：www.jnmldz.com 發(fā)布時(shí)間：2020年12月31日
UPS不間斷電源通常是弱電機(jī)房工程子系統(tǒng)之一，是將蓄電池與主機(jī)設(shè)備相連接，主要用于給設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。
當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS 立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。
UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)高或電壓過(guò)低都能提供保護(hù)。下面我們一起來(lái)看下UPS的基礎(chǔ)知識(shí)。
UPS的基本原理及主要技術(shù)參數(shù)
什么是UPS？
利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時(shí)，不間斷地為用戶設(shè)備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
為什么需要UPS？
市電電網(wǎng)提供的電力供應(yīng)，看上去正常，可是不靠譜:表面正常的電力，實(shí)際上危機(jī)四伏。
電源中斷
數(shù)據(jù)丟失，通信中斷，商機(jī)延誤......
—— 直接損失以每分鐘5000-100000元計(jì)
設(shè)備停運(yùn)，儀表失靈，手術(shù)中斷......
—— 間接經(jīng)濟(jì)損失無(wú)法估量
電源污染
瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖
造成服務(wù)器、路由器、磁盤陣列 等設(shè)備硬件損壞
諧波污染、線間噪聲、頻率漂移
造成網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率大增，數(shù)據(jù)傳輸速度低下
UPS的四大功能
不停電功能——解決電網(wǎng)停電問題
交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)問題
凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問題
管理功能——解決交流動(dòng)力維護(hù)問題
UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
監(jiān)控平臺(tái)也是UPS的重要組成部分之一
UPS主要技術(shù)參數(shù)
輸入特性：
1、輸入電壓范圍 輸入電壓范圍寬可減小電池放電機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)電池壽命。
2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無(wú)功功率大，諧波電流污染電網(wǎng)，影響干擾其它設(shè)備。
3、主電源頻率允許范圍。
4、輸入電流諧波分量。（PFC、6/12脈沖變壓器）
輸出特性：
1、靜態(tài)穩(wěn)定度。大型為1%，中小型為2%。
2、輸出瞬態(tài)特性。大型5%，中小型8%。
3、輸出過(guò)載能力。（如：過(guò)載125% 5MIN;150% 10S)
4、輸出功率因數(shù)。 （0.8、0.9、1）
5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內(nèi)。
UPS相關(guān)配置及計(jì)算
UPS系統(tǒng)基本由以下部分組成：
UPS主機(jī)
必選功能件(如BCB BOX等)
蓄電池
配套電池柜/架, 電池開關(guān)等
功能選件( 如防雷, 監(jiān)控,諧波治理，上出線等)
需要進(jìn)行的計(jì)算：
UPS主機(jī)容量計(jì)算與選擇
UPS后備電池的容量計(jì)算與選擇
UPS容量計(jì)算與選擇
首先獲得負(fù)載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KVA
例如:一般個(gè)人計(jì)算機(jī)負(fù)載約200VA，小型服務(wù)器負(fù)載約1500VA，大中型服務(wù)器負(fù)載約3000VA
電流I(A安培)及 功耗W（瓦特）與VA的轉(zhuǎn)換關(guān)系
VA= I*220
VA= W/0.8(計(jì)算時(shí)通常考慮20KVA以下為0.7，20KVA以上為0.8)
考慮到UPS運(yùn)行在60-80%的區(qū)間是具佳運(yùn)行狀態(tài),一般建議在計(jì)算時(shí)將上面的結(jié)果除以0.8再一次放大
然后在產(chǎn)品手冊(cè)中選取靠近的功率產(chǎn)品
采用恒功率模式計(jì)算方式
W/cell ＝ PL/(N×6×η)
UPS供電方案介紹
集中供電方式：
優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源的等電位控制，減小傳輸誤碼率。
缺點(diǎn)：初期投資大，單機(jī)故障影響大。
分散供電方式：
優(yōu)點(diǎn)：方案布置靈活，故障影響小。
缺點(diǎn)：如整個(gè)設(shè)備不能保持同地線，易引發(fā)干擾。
單機(jī)供電
UPS解決方案中簡(jiǎn)單的一種
每一分散地點(diǎn)交流供電系統(tǒng)容量多為6KVA以下
各點(diǎn)交流負(fù)載獨(dú)立地由一臺(tái)UPS提供動(dòng)力保護(hù)
市電通常就近采用插座輸入
主從機(jī)串聯(lián)“熱備份”
適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場(chǎng)合
由UPS主機(jī)、UPS從機(jī)、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)組成
配電設(shè)計(jì)和工程施工簡(jiǎn)單
優(yōu)點(diǎn)：
兩臺(tái)甚至多臺(tái)UPS基本處于相對(duì)獨(dú)立、互不干擾的運(yùn)行狀態(tài)。
對(duì)于UPS同步跟蹤性能要求較低。
采用不同型號(hào)、不同容量UPS構(gòu)成串聯(lián)熱備份方式。
缺點(diǎn)：
從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài)、效率低。
從機(jī)電池組長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護(hù)機(jī)會(huì)少，會(huì)影響電池壽命。
從機(jī)必須有良好的帶階躍負(fù)載能力。
長(zhǎng)期運(yùn)行，主機(jī)逆變器=靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)換功能良好是關(guān)鍵
無(wú)擴(kuò)容功能。
相對(duì)于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間偏低。
模塊并聯(lián)供電
全部交流負(fù)載集中供電，由1臺(tái)模塊化并聯(lián)UPS供電
模塊化UPS包括：機(jī)架、可并聯(lián)功率模塊、可并聯(lián)電池模塊、充電模塊等
適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場(chǎng)合
由機(jī)架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統(tǒng)組成
功率模塊配置為N+1冗余，減少了MTTR
共用輸入、輸出、并聯(lián)的電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)
N+1直接并聯(lián)冗余
適合于中大型網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、大樓集中供電、工業(yè)廠礦等應(yīng)用場(chǎng)合
由直接并機(jī)的N+1臺(tái)UPS、電池模塊、配電系統(tǒng)組成
系統(tǒng)N+1冗余，靠譜性高于單機(jī)UPS
易于擴(kuò)容，維護(hù)便捷
是應(yīng)用較為廣泛的方案
優(yōu)點(diǎn)：
完善的鎖相同步技術(shù)確保多臺(tái)UPS直接并聯(lián)時(shí)可均分負(fù)載電流。
良好的擴(kuò)容性能（N+1）
避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點(diǎn)。
缺點(diǎn)：
對(duì)設(shè)備本身同步鎖相技術(shù)要求高
對(duì)設(shè)備制造技術(shù)要求高——輸出阻抗接近。
對(duì)逆變器輸出電壓調(diào)節(jié)性能要求高——分相調(diào)節(jié)
UPS必須同型號(hào)、同容量。
多臺(tái)并聯(lián)時(shí)，旁路也需增加“均流電感”
雙母線
解決單母線運(yùn)行方式存在的單點(diǎn)“瓶頸”問題。進(jìn)一步提高系統(tǒng)靠譜性。系統(tǒng)配置復(fù)雜，投資大，安裝調(diào)試要求高。
當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS 立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。
UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)高或電壓過(guò)低都能提供保護(hù)。下面我們一起來(lái)看下UPS的基礎(chǔ)知識(shí)。
UPS的基本原理及主要技術(shù)參數(shù)
什么是UPS？
利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時(shí)，不間斷地為用戶設(shè)備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
為什么需要UPS？
市電電網(wǎng)提供的電力供應(yīng)，看上去正常，可是不靠譜:表面正常的電力，實(shí)際上危機(jī)四伏。
電源中斷
數(shù)據(jù)丟失，通信中斷，商機(jī)延誤......
—— 直接損失以每分鐘5000-100000元計(jì)
設(shè)備停運(yùn)，儀表失靈，手術(shù)中斷......
—— 間接經(jīng)濟(jì)損失無(wú)法估量
電源污染
瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖
造成服務(wù)器、路由器、磁盤陣列 等設(shè)備硬件損壞
諧波污染、線間噪聲、頻率漂移
造成網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率大增，數(shù)據(jù)傳輸速度低下
UPS的四大功能
不停電功能——解決電網(wǎng)停電問題
交流穩(wěn)壓功能——能解決網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)問題
凈化功能——解決電網(wǎng)與電源污染問題
管理功能——解決交流動(dòng)力維護(hù)問題
UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
監(jiān)控平臺(tái)也是UPS的重要組成部分之一
UPS主要技術(shù)參數(shù)
輸入特性：
1、輸入電壓范圍 輸入電壓范圍寬可減小電池放電機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)電池壽命。
2、輸入功率因數(shù) 功率因數(shù)低，輸入無(wú)功功率大，諧波電流污染電網(wǎng)，影響干擾其它設(shè)備。
3、主電源頻率允許范圍。
4、輸入電流諧波分量。（PFC、6/12脈沖變壓器）
輸出特性：
1、靜態(tài)穩(wěn)定度。大型為1%，中小型為2%。
2、輸出瞬態(tài)特性。大型5%，中小型8%。
3、輸出過(guò)載能力。（如：過(guò)載125% 5MIN;150% 10S)
4、輸出功率因數(shù)。 （0.8、0.9、1）
5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內(nèi)。
UPS相關(guān)配置及計(jì)算
UPS系統(tǒng)基本由以下部分組成：
UPS主機(jī)
必選功能件(如BCB BOX等)
蓄電池
配套電池柜/架, 電池開關(guān)等
功能選件( 如防雷, 監(jiān)控,諧波治理，上出線等)
需要進(jìn)行的計(jì)算：
UPS主機(jī)容量計(jì)算與選擇
UPS后備電池的容量計(jì)算與選擇
UPS容量計(jì)算與選擇
首先獲得負(fù)載的總功耗,并統(tǒng)一單位到KVA
例如:一般個(gè)人計(jì)算機(jī)負(fù)載約200VA，小型服務(wù)器負(fù)載約1500VA，大中型服務(wù)器負(fù)載約3000VA
電流I(A安培)及 功耗W（瓦特）與VA的轉(zhuǎn)換關(guān)系
VA= I*220
VA= W/0.8(計(jì)算時(shí)通常考慮20KVA以下為0.7，20KVA以上為0.8)
考慮到UPS運(yùn)行在60-80%的區(qū)間是具佳運(yùn)行狀態(tài),一般建議在計(jì)算時(shí)將上面的結(jié)果除以0.8再一次放大
然后在產(chǎn)品手冊(cè)中選取靠近的功率產(chǎn)品
采用恒功率模式計(jì)算方式
W/cell ＝ PL/(N×6×η)
UPS供電方案介紹
集中供電方式：
優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源的等電位控制，減小傳輸誤碼率。
缺點(diǎn)：初期投資大，單機(jī)故障影響大。
分散供電方式：
優(yōu)點(diǎn)：方案布置靈活，故障影響小。
缺點(diǎn)：如整個(gè)設(shè)備不能保持同地線，易引發(fā)干擾。
單機(jī)供電
UPS解決方案中簡(jiǎn)單的一種
每一分散地點(diǎn)交流供電系統(tǒng)容量多為6KVA以下
各點(diǎn)交流負(fù)載獨(dú)立地由一臺(tái)UPS提供動(dòng)力保護(hù)
市電通常就近采用插座輸入
主從機(jī)串聯(lián)“熱備份”
適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場(chǎng)合
由UPS主機(jī)、UPS從機(jī)、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)組成
配電設(shè)計(jì)和工程施工簡(jiǎn)單
優(yōu)點(diǎn)：
兩臺(tái)甚至多臺(tái)UPS基本處于相對(duì)獨(dú)立、互不干擾的運(yùn)行狀態(tài)。
對(duì)于UPS同步跟蹤性能要求較低。
采用不同型號(hào)、不同容量UPS構(gòu)成串聯(lián)熱備份方式。
缺點(diǎn)：
從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài)、效率低。
從機(jī)電池組長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，得到定期帶載放電維護(hù)機(jī)會(huì)少，會(huì)影響電池壽命。
從機(jī)必須有良好的帶階躍負(fù)載能力。
長(zhǎng)期運(yùn)行，主機(jī)逆變器=靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)換功能良好是關(guān)鍵
無(wú)擴(kuò)容功能。
相對(duì)于“并聯(lián)”冗余系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間偏低。
模塊并聯(lián)供電
全部交流負(fù)載集中供電，由1臺(tái)模塊化并聯(lián)UPS供電
模塊化UPS包括：機(jī)架、可并聯(lián)功率模塊、可并聯(lián)電池模塊、充電模塊等
適合于中小型網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器群、辦公、儀表等應(yīng)用場(chǎng)合
由機(jī)架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統(tǒng)組成
功率模塊配置為N+1冗余，減少了MTTR
共用輸入、輸出、并聯(lián)的電池系統(tǒng)、控制系統(tǒng)
N+1直接并聯(lián)冗余
適合于中大型網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、大樓集中供電、工業(yè)廠礦等應(yīng)用場(chǎng)合
由直接并機(jī)的N+1臺(tái)UPS、電池模塊、配電系統(tǒng)組成
系統(tǒng)N+1冗余，靠譜性高于單機(jī)UPS
易于擴(kuò)容，維護(hù)便捷
是應(yīng)用較為廣泛的方案
優(yōu)點(diǎn)：
完善的鎖相同步技術(shù)確保多臺(tái)UPS直接并聯(lián)時(shí)可均分負(fù)載電流。
良好的擴(kuò)容性能（N+1）
避免了“串聯(lián)”熱備份方式的缺點(diǎn)。
缺點(diǎn)：
對(duì)設(shè)備本身同步鎖相技術(shù)要求高
對(duì)設(shè)備制造技術(shù)要求高——輸出阻抗接近。
對(duì)逆變器輸出電壓調(diào)節(jié)性能要求高——分相調(diào)節(jié)
UPS必須同型號(hào)、同容量。
多臺(tái)并聯(lián)時(shí)，旁路也需增加“均流電感”
雙母線
解決單母線運(yùn)行方式存在的單點(diǎn)“瓶頸”問題。進(jìn)一步提高系統(tǒng)靠譜性。系統(tǒng)配置復(fù)雜，投資大，安裝調(diào)試要求高。
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