UPS电源的基本知识和提高UPS电源供电可靠性的三种方案-胜象大百科-提升认知,打开格局

改革开放以来，我国电力系统建设不能满足各行业快速发展的要求，特别是近年来，全国电力供应不足导致大面积限电，严重限制了数字化建设的步伐和质量。比如很多工厂因停电无法全速运转，室外无线通信业务因停电无法正常运行，金融信息网络系统因电网质量导致数据传输缓慢、异常或部分关闭，政府信息化建设因停电不得不推迟等等。这些都说明电力系统的供电质量和可靠性在数字化建设中起着至关重要的作用。

因此，系统工程师在设计数字系统时，必须充分考虑电源系统的可靠性。目前比较可靠的方法是采用优质不间断电源UPS。UPS可以在电网正常时为各类信息设备提供优质交流电，在电网异常时可以将备用电池组的DC能量转化为稳定的交流电供负载设备使用，在电网停电时可以保证输出不间断，从而保证信息设备的安全运行。大量现场运行数据和理论分析也表明，UPS电源的引入不仅可以解决上述交流供电中断的影响，还可以消除正常交流供电中各种高频杂波、电压浪涌、崩溃、瞬时停电等电源干扰对信息设备的危害，保证信息网络时刻安全运行。可见，为了保证数字化建设的顺利进行，采用高可靠的UPS供电方案是最有效的高可靠供电方案。

本文将首先介绍UPS的基本知识，然后分析提高UPS供电可靠性的三种系统技术方案，供系统工程师在设计供电方案时参考。

一、 UPS的基础知识1。UPS的基本概念是由整流器、逆变器、电池和控制电路组成的电源装置，能在有限的时间内提供纯净稳定的波形。

UPS具有以下功能：

当电网电压正常时，既能输出纯净、稳定、不间断的交流电，又能给蓄电池充电，储存备用能量。

电网异常时(欠压、过压、停电、干扰等。)，电池组的能量用于向用电设备提供不间断的交流输出。“不间断”一般是指输出电压波形为零不超过10ms。

因此，即使在恶劣的电网条件下，UPS也能保证计算机等信息设备的安全正常运行。

2.UPS的分类及主要特点根据UPS的技术特点，UPS的分类一般以输出逆变器的工作方式来区分，通常可分为备用型和在线型两种。这几年分离出了一个备用电源的特例，叫在线互动，但严格来说还是备用类型。

从近年来UPS的广泛使用来看，UPS已经从最初的室内使用逐渐发展到全天候的应用环境，已经有了室内UPS和室外UPS的区别。户外UPS在适应环境温度、防潮、防水、防盗等方面进行了全面的品质提升，保证了UPS在各种恶劣的户外环境条件下正常工作。

下面还是从电路拓扑的角度来说明UPS的分类和技术特点。

(1)在线UPS:

a、输出电压稳定性良好3%

b、波形失真小THD”3%

零中断

d、输入和输出能量形式完全隔离。

图5、在线UPS原理

(2)备用不间断电源：

a、当电网正常时，整体效率为95%

b、电网正常时无噪音。

c、切换时间“10ms

d、价格低

(3)交互式UPS:具有与备用电源相同的特性，有效地将充电器和逆变器合二为一。

逆变器虽然降低了系统成本，但一定程度上增加了控制难度。

二、提高UPS供电可靠性的三种解决方案从上面的原理框图可以看出，UPS本身具有双路电源备份，系统可靠性高，可以满足一般信息设备对供电可靠性的要求。然而，随着近年来信息数据几何倍数的快速增长和高度重要性，在一些特别重要的场合，如银行数据中心、通信数据中心、证券交易等省级以上的用电环境，单一的UPS电源已经不能满足客户对供电可靠性的要求，必须有更好的供电方案来保证这些重要数据和网络的安全。

下面介绍三种在工程应用中能有效提高可靠性的方法：串联备用电源模式、输出主从备用模式和冗余并联备用电源模式。上述三种供电方案的改进，将使供电系统的可靠性提高几个数量级，系统的MTBF值提高一倍，在工程应用中基本实现零供电故障。因此，在设计高可靠供电系统时，用户可以根据负载的供电要求选择合适的高可靠供电方案。

1.串联备用电源模式(旁路主从备用模式):

如上图所示，对于两台运行在在线模式的UPS，备用UPS (UPS2)的输出作为主UPS (UPS1)的旁路备用输入，这样当主UPS的主UPS的主逆变器输出无法旁路时，负载仍然处于备用UPS的双备用电源模式的可靠保护之下。

2、输出主从备份模式

如上图所示，以在线式UPS为例，两台UPS或逆变器的输出同时送到冗余变流器，再通过冗余变流器给负载供电；正常情况下，冗余转换器允许主输入电源(如UPS1)向负载供电。当主输入电源出现故障时，冗余变换器快速将负载转移到备用输入电源，完成负载的冗余供电。在主输入电源的维护完成之后，然后输入到冗余转换器，冗余转换器将把负载转换回由主输入电源供电的模式。任何转换过程都是不间断的，可以保证负载设备的稳定安全运行。

3、冗余并行电源模式

如上图所示，两台UPS的输出送至并联配电柜直接并联，负载电流均分，不存在主从关系。当一台UPS出现故障时，会自动退出并联系统，负载电流由剩余的UPS 100%供电，不间断输出。故障机检修完成后，可将修复后的UPS机组并入在线，继续向负载提供冗余电源，完成并联系统的在线热维护。

提高可靠性的三种方案比较

比较项目串联备用电源模式输出主从备用模式冗余并联电源。

可靠性普遍较高。

主从的逻辑关系不容易改变，需要厂商来完成。它很容易改变，用户可以根据并行控制模式来完成。可能有，也不能换。

负载切换时间10ms 5s 0 ms

不需要有线并行连接时，不需要相互通信；无线并行调试需要，工作后可以取消。

相容不用增容，增容可以按比例实现。

系统过载能力不变，短时间内过载能力比例增加；特别是冲击负载的启动能力增强。

产品的老化程度在主从机之间是不一致的，但并不存在。

负载均分100%不均匀和100%不均匀，一般电流不平衡小于5%。