不间断电源（UPS）的冷知识

UPS不间断电源培训资料
1UPS的基本原理及主要技术参数

什么是UPS？

为什么需要UPS？

市电电网提供的电力供应，看上去正常，可是不可靠:表面正常的电力，实际上危机四伏。

电源中断

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数据丢失，通信中断，商机延误......

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—— 直接损失以每分钟5000-100000元计

设备停运，仪表失灵，手术中断......

—— 间接经济损失无法估量

电源污染

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瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲

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造成服务器、路由器、磁盘阵列 等设备硬件损坏

谐波污染、线间噪声、频率漂移

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造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下

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UPS的四大功能

不停电功能——解决电网停电问题

交流稳压功能——能解决网压剧烈波动问题

净化功能——解决电网与电源污染问题

管理功能——解决交流动力维护问题

UPS系统结构

监控平台也是UPS的较重要组成部分之一

UPS种类

按工作原理不同，UPS分为：

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离线式（后备式UPS、互动式UPS） 

在线式UPS 

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按供电体系不同，UPS分为：

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单进单出UPS 

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三进单出UPS 

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三进三出UPS

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按输出功率不同，UPS分为：

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微型 <6kVA 

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小型 6-20kVA 

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中型 20-100KVA

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大型 >100kVA

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按电池位置不同，UPS分为

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电池内置式UPS（标准机型） 

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电池外置式UPS（长延时机型）

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按多机运行方式不同，UPS分为：

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串联热备份UPS（用于中小功率机器）

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交替串联热备份UPS（中小UPS)

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直接并联UPS (用于中大功率）

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按变压器特点不同，UPS分为：

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高频UPS（高频机） 

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工频UPS（工频机）

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按输出波形不同，UPS分为：

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方波输出UPS

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阶梯波（准正弦波）UPS

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正弦波输出UPS

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UPS主要技术参数

输入特性：

1、输入电压范围 输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池寿命。

2、输入功率因数 功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电网，影响干扰其它设备。

3、主电源频率允许范围。

4、输入电流谐波分量。（PFC、6/12脉冲变压器）

输出特性：

1、静态稳定度。大型为1%，中小型为2%。

2、输出瞬态特性。大型5%，中小型8%。

3、输出过载能力。（如：过载125% 5MIN;150% 10S)

4、输出功率因数。 （0.8、0.9、1）

5、输出电压谐波失真度。典型3%以内。

2UPS相关配置及计算

UPS系统基本由以下部分组成：

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UPS主机

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必选功能件(如BCB BOX等)

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蓄电池

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配套电池柜/架, 电池开关等

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功能选件( 如防雷, 监控,谐波治理，上出线等)

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需要进行的计算：

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UPS主机容量计算与选择

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lUPS后备电池的容量计算与选择

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UPS容量计算与选择

首先获得负载的总功耗,并统一单位到KVA

例如:一般个人计算机负载约200VA，小型服务器负载约1500VA，大中型服务器负载约3000VA

电流I(A安培)及 功耗W（瓦特）与VA的转换关系

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VA=I*220

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VA=W/0.8(计算时通常考虑20KVA以下为0.7，20KVA以上为0.8)

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考虑到UPS运行在60-80%的区间是较佳运行状态,一般建议在计算时将上面的结果除以0.8再一次放大

然后在产品手册中选取较靠近的功率产品

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采用恒功率模式计算方式

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W/cell ＝ PL/(N×6×η)

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3UPS配电系统基础

空气开关的类型

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按照壳体大小和分断能力分类：

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1 空气断路器ACB Air Circuit Break（800-6300A）

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常用容量：800/1000/1250/1600/2000…

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2 塑壳断路器MCCB Moulded Case Circuit Break（ 100-2000A ）

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常用容量：
100/125/160/200/250/320/400/500/630/800…

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3 小型断路器MCB Miniature Circuit Break（4-125A）

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常用容量：
10/16/25/32/40/50/63/80/100/125

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空气开关的类型

按照较数(pole)分类：

单较/1P（L）

双较/2P（L/N）

三较/3P（L1/L2/L3）

四较/4P（L1/L2/L3+N）

按照较数(pole)分类：

配电用

电动机用

UPS开关容量的选择

单相UPS的额定电流计算:

单相6KVA，额定输出工作电流6KVA/220V=27.3A

输入电流

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考虑较低工作电压160V

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考虑充电容量预留15％（小UPS）

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考虑效率90％

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则输入较大电流：6KVA×1.15/（160×0.9）=47.9A

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选取开关为50A或63A

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三相UPS的额定电流计算

额定输出工作电流

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Hipulse U 120KVA为三相的总容量

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每相额定容量为1/3，即120/3=40KVA

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每相的额定工作电流：40KVA/220V＝181.8A

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速算方法：120K/(3*220)，即为120×（1K/660）=120*1.5。

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1.5为实际工作电流速算系数，工作电流=1.5×UPS容量

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例子：120KVA UPS，额定输出电流120×1.5＝180A

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中型UPS考虑输入较低工作电压，大型UPS可以不考虑较低工作电压

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考虑充电容量预留25％（中大UPS）

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考虑效率90％

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则输入容量速算系数：1.5×1.25/(0.9)＝2.08，近似2.0（因为25％的充电余量非常大）

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2为开关容量速算系数（大UPS），开关容量=2×UPS容量

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例子：120KVA输入电流：120×2＝240A，选用250A开关

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UL33及高频机UPS，输入电压范围非常宽，必须考虑满载较低工作电压（额定电源的75％）,

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所以60KVA UPS的输入开关：60×2/0.75＝160A，选160A

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2.5为开关容量速算系数，开关容量=2.5×UPS容量

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4UPS供电方案介绍

集中供电方式：

优点：可以实现网络设备资源的等电位控制，减小传输误码率。

缺点：初期投资大，单机故障影响大。

分散供电方式：

优点：方案布置灵活，故障影响小。

缺点：如整个设备不能保持同地线，易引发干扰。

单机供电

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UPS解决方案中较简单的一种

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每一分散地点交流供电系统容量多为6KVA以下

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各点交流负载独立地由一台UPS提供动力保护

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市电通常就近采用插座输入

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主从机串联“热备份”

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适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合

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由UPS主机、UPS从机、电池系统、配电系统组成

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配电设计和工程施工简单

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优点：

两台甚至多台UPS基本处于相对独立、互不干扰的运行状态。

对于UPS同步跟踪性能要求较低。

采用不同型号、不同容量UPS构成串联热备份方式。

缺点：

从机长期处于空载运行状态、效率低。

从机电池组长期处于浮充状态，得到定期带载放电维护机会少，会影响电池寿命。

从机必须有良好的带阶跃负载能力。

长期运行，主机逆变器=静态旁路转换功能良好是关键

无扩容功能。

相对于“并联”冗余系统平均无故障时间偏低。

模块并联供电

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全部交流负载集中供电，由1台模块化并联UPS供电

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模块化UPS包括：机架、可并联功率模块、可并联电池模块、充电模块等

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适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合

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由机架、UPS功率模块、电池模块、配电系统组成

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功率模块配置为N+1冗余，减少了MTTR

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共用输入、输出、并联的电池系统、控制系统

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N+1直接并联冗余

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适合于中大型网络、数据中心、大楼集中供电、工业厂矿等应用场合

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由直接并机的N+1台UPS、电池模块、配电系统组成

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系统N+1冗余，可靠性**单机UPS

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易于扩容，维护便捷

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是应用较为广泛的方案

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优点：

完善的锁相同步技术保证多台UPS直接并联时可均分负载电流。

良好的扩容性能（N+1）

避免了“串联”热备份方式的缺点。

缺点：

对设备本身同步锁相技术要求高

对设备制造技术要求高——输出阻抗接近。

对逆变器输出电压调节性能要求高——分相调节

UPS必须同型号、同容量。

多台并联时，旁路也需增加“均流电感”

双母线

解决单母线运行方式存在的单点“瓶颈”问题。进一步提高系统可靠性。系统配置复杂，投资大，安装调试要求高。