UPS不間斷電源主要功能

UPSUninterruptPowerSystem/UninterruptPowerSuppli即不間斷電源，將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電;當市電中斷(事故停電)時，UPS立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電，使負載維持正常工作并維護負載軟、硬件不受損壞。UPS設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。

UPS功能主要有兩個：

1市電正常時改善對負載的供電質(zhì)量，同時對后備電池進行充電;

2市電異常時，通過后備電池保證向負載供電的不間斷性。

目前，UPS節(jié)能必需從方案、UPS電池、配電等方面全方位進行。

按需擴容的柔性規(guī)劃

一般數(shù)據(jù)中心的建設(shè)都不是一步到位,會考慮今后未來幾年的擴容,設(shè)計時UPS容量一般都考慮容量比擬大些,一次就安裝了幾套大功率的UPS并機，初期負載量只有規(guī)劃容量的10%20%使UPS利用率很低，造成電能的浪費。如何防止這種情況的發(fā)生，從UPS供電系統(tǒng)角度考慮,應該包括:

1供電方案設(shè)計

目前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電兩種。分散供電是一臺UPS為一臺或多臺設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風險,不會因為一臺UPS異常造成大部分設(shè)備停電;缺點是UPS分散安排,方便管理,而且布線不容易規(guī)劃。另一種是采用集中供電,由一套大功率的UPS直接對數(shù)據(jù)中心的所有負載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護方便;缺點是如果UPS系統(tǒng)異常,容易引起數(shù)據(jù)中心大面積停電事故,此缺點可以通過采用并聯(lián)構(gòu)架來避免。因此,以上兩種方案各有優(yōu)缺點,目前的數(shù)據(jù)中心一般都采用集中供電方案。由于UPS并機數(shù)量有限制,而且當UPS系統(tǒng)并機數(shù)量超過4臺時,其可靠性并不比單機供電系統(tǒng)高多少。當機房UPS裝機總?cè)萘砍揭欢ㄏ薅葧r,建議將機房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進行供電。規(guī)劃時可以參考:單機容量不宜超越400kVA ,并機數(shù)量不宜超越3臺。

2UPS線并機擴容功能

數(shù)據(jù)中心的UPS容量的規(guī)劃，可以根據(jù)不同時期的負載容量要求,采用逐步擴容的方案,使投資方案更經(jīng)濟，同時也能使UPS工作處于較佳的效率點。目前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機功能，不只提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也為機房擴容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預留足量的空氣開關(guān)，并在機房規(guī)劃相應空間，即可實現(xiàn)UPS并機擴容功能。關(guān)鍵是并機的過程處置，多種品牌UPS并機時需要對UPS設(shè)置進行修正，此時要求UPS必需工作在維修旁路狀態(tài)，UPS由市電直接帶載，如果此時市電波動較大甚至停電，將造成系統(tǒng)的大面積癱瘓。所以并機擴容必需具備在線并機功能，即UPS并機擴容時，只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后，不關(guān)閉原有UPS系統(tǒng)的情況下，直接將新增UPS并入原有系統(tǒng)即可，擴容前后，UPS均工作于在線模式下，防止切換至旁路供電的高風險操作。

3采用模塊化UPS實現(xiàn)逐步擴容

目前,模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應用,模塊化UPS特點主要包括:可擴容、平均故障修復時間(MTP短、可經(jīng)濟實現(xiàn)“N+X冗余并機。中電博微BWM系列模塊機整機效率高于95%節(jié)能實力業(yè)界領(lǐng)先;全模塊支持熱拔插，可在線擴容、維護，可為客戶大幅度節(jié)省運維成本，帶來更優(yōu)的商業(yè)價值。

提高UPS自身能效,優(yōu)化負載效率曲線

目前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架，其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為400kVA UPS為例，每度電按0.95元計算，UPS效率每提高1%一年節(jié)省的電費為4000.80.01243650.95=26630.4元?？梢娞岣遀PS工作效率，可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費，可見提高UPS效率是降低整個機房能耗的最直接方法。因此推銷UPS盡量推銷效率更高的UPS

當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高,同時也必需具備一個較高的效率曲線,特別是1+1并機系統(tǒng)時,根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃,每臺UPS容量不得大于50%,如果此次效率僅為90%以下,就算滿載效率達到95%以上,也是沒有意義的,所以要求UPS必需采取措施優(yōu)化效率曲線,使UPS效率在較低負載時也能達到較高的效率。

除了提高UPS自身的效率之外，UPS上面的一些功能也可加以利用。比方像ECO經(jīng)濟運行模式。其原理是較好的市電環(huán)境時，激活此功能，使UPS由靜態(tài)旁路直接供電，此時逆變器處于待機狀態(tài)，正常工作，但不輸出能，一旦市電異常，UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài)，切換時間一般在1m以內(nèi)，此時UPS整機效率可以達到97%以上，比正常模式節(jié)省3%以上的功率。

降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)

諧波發(fā)生的根本原因是由于電力線路出現(xiàn)一定阻抗，等效為電阻、電感和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)，由于非線性負載發(fā)生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。諧波的危害包括:引起電氣組件附加損耗和發(fā)熱(如電容、變壓器、電機等);電氣組件溫升高、效率低、加速絕緣老化、降低使用壽命;*設(shè)備正常工作;無功功率增加，電力設(shè)備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設(shè)備);供電效率低;呈現(xiàn)諧振，特別是柴油發(fā)電機發(fā)電時更嚴重;空開跳閘、熔絲熔斷、設(shè)備無故損壞。UPS對于電網(wǎng)而言是一個非線性負載，工作的時候會產(chǎn)生大量的諧波。以配置6脈沖整流器的UPS為例，其輸入功率因數(shù)一般為0.75左右，諧波大于30%降低UPS工作諧波的主要方法有:

1采用12脈沖整流器。

其原理是原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上，輸入側(cè)增加一個移相變壓器和6脈沖整流器。采用該技術(shù)方案后，可以將諧波降低至10%左右。優(yōu)點是較為簡單，諧波改善明顯;缺點是對功率因數(shù)改善有限，價格略高。

2采用無源濾波器。

依據(jù)LC濾波電路原理，對UPS發(fā)生的諧波進行濾除，并對功率因數(shù)進行補償。優(yōu)點是技術(shù)簡單，本錢較低;缺點是只能彌補特點階次的諧波，同時受負載阻抗影響較大，無法適用于全功率段。

3采用有源濾波器。

原理是利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時彌補諧波電流的目的優(yōu)點是可以彌補多個階次的諧波，且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置本錢較高。

4采用高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計整流器。

原理是采用高頻率PWM控制IGBT導通，對輸入電壓波形進行分割，使輸入電流波形盡量接近正弦波，并對輸入電壓和電流相位差進行補償。優(yōu)點是體積輕，價格廉價，效果好;缺點是技術(shù)結(jié)構(gòu)復雜，不易維護，受功率器件影響，目前容量大小受到限制。

電池管理及配電管理技術(shù)

UPS都配備了電池組，用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統(tǒng)投資的很大一部分，甚至超越UPS自身的投資，而電池的使用年限明顯低于UPS設(shè)備。由于電池主要資料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料，都會對環(huán)境造成嚴重的污染。因此減少電池使用數(shù)量，延長電池循環(huán)使用壽命，不只節(jié)省直接和間接的電池投資，而且還減少整個對環(huán)境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術(shù)實現(xiàn)電池的節(jié)能。

1并機共用電池組功能。

共用電池組原理是通過特殊的整流器控制及故障隔離技術(shù)，使并機系統(tǒng)中的兩臺或多臺UPS整流同步、母線均流，使系統(tǒng)中的各臺UPS母線直接并聯(lián)，然后將滿足系統(tǒng)后備時間要求的電池并聯(lián)后接入并聯(lián)母線系統(tǒng)中，實現(xiàn)電池的共享，減少電池投資。以“1+1為例，保守的UPS方案，系統(tǒng)后備一小時，考慮其中一臺UPS故障時，UPS2電池不能為UPS1使用，所以UPS1和UPS2必需各配置一套一小時的電池組，才干保證系統(tǒng)在斷電后還能備用一小時。采用共用電池組方案后，因為UPS1故障后，系統(tǒng)中的電池仍能為UPS2提供能量，所以整個系統(tǒng)僅需配置1套1小時電池即可。不只節(jié)省了電池直接投資，同時也節(jié)約機房在空間、承重及空調(diào)等方面的投資，也降低了對環(huán)境的污染?；蚺渲蒙僭S電池，增配發(fā)電機組。

2智能電池管理技術(shù)。

影響電池壽命的因素有很多，主要包括溫度、充電、放電、循環(huán)次數(shù)等。如果能夠?qū)ι鲜鰩讉€因素進行綜合處置，可以大大延長電池的使用壽命，延長電池更換周期，節(jié)約電池投資。UPS智能電池管理技術(shù)主要包括:電池均浮充管理(均浮充控制)充電溫度彌補、智能放電終止電壓控制，除此之外還應具備電池定期自動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選擇輸入電壓范圍較寬的UPS減少電池放電次數(shù)。通過上述幾種技術(shù)，可大幅度延長電池壽命23年。

3智能UPS配電管理技術(shù)。

原理是通過偵測UPS電池電壓或者管理設(shè)備供電時間，實現(xiàn)對機房中不同等級負載的多次下電保護功能，減少電池投資、提高電池使用率。智能UPS配電管理技術(shù)主要有兩種方案:包括軟件實現(xiàn)方式及硬件實現(xiàn)方式。