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如何保障UPS系统的供电安全性

如何保障UPS系统的供电安全性

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第一部分、UPS系统概述
      UPS系统涵盖低压侧配电柜到楼层配电柜的强电和动力建设,包含: UPS主机、油机、铅酸电池、电池架、铜排、电缆、配电柜、接地母线、桥架、基础槽钢等。UPS系统的建设其配套件主要以标准配套、质量可靠、专业施工即可,此外UPS主机及系统架构将决定UPS系统的供电安全性。
 
第二部分、当前供电电网概况
      我国是一个发展中国家,经济的大发展需要大量的电力供应,如:大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等。这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波干扰,随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用,使得电能质量的下降是必然的,而电的质量直接决定数据中心设备的使用寿命、故障率及系统正常运行。
 
      美国曾经做过这样的实验,得出一般低压配电线在14个月内在线发生超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数可达800次,每个月差不多57次,其中超过1000V的浪涌就有300多次。我国电网出现高浪涌的频率就更高了。除电网本身质量对数据中心供电造成了波动,还有相当一部分来自雷击,我国也是雷电高发地区,数据中心设备的电力线路上很容易遭受到直击雷和感应雷的冲击,这样会加剧了电网波动,当雷击中高压电力线路后,经过变压器耦合到低压侧,进而入侵到数据中心的供电设备上。                               
 
电压波动因素和波动电压变化:
 ①短暂的电压中断    0-1000V                                    
 ②谐波干扰电压波动  1000V-2500V                                    
 ③临时电压升高     2500V-4000V
 ④开关浪涌        4000V-6000V
 ⑤雷击浪涌       8000V-10000V                               
电网除了电压上的变化,还有其它因素带来的影响                              
 ①电压瞬时跌落:一般是由重负载接通启动,而电压瞬时跌落。                    
 ②失电:一般是由气候恶劣、变压器故障造成的,失电是指由于线路故障而引起的失电开关跳闸,又在很短的时间内迅速清除,这个过程往往在几个毫秒内完成,针对数据中心设备比跌落更严重。
 ③频率偏移:主要是由于过负荷和发生谐振造成的,按我国工业技术管理规定频率偏移≤50Hz±0.2Hz,国外规定频率偏移≤50Hz±0.1Hz,而频率偏移会造成数据中心精密设备使用失常或停机。
 ④浪涌:一般来自雷电,用电负载突然增加或减少、变压器抽头不恰当等,在我国当前的电网质量,这种情况几乎无法避免,浪涌随时都可能发生,而数据中心负载前端虽有各种防患措施但解决均有限,所以最后需UPS完全有效解决各种浪涌,否则数据中心设备会严重受损。
 ⑤谐波失真:一般来自整流、开关负载、开关型电源、调速驱动等,随着谐波失真的发生,往往会造成数据中心设备通信错误、过热和硬件受损。
 ⑥电压瞬变:一般来自雷击、电源线负载设备的切换,功率因数补偿电容的切换,空载电动机的断开等,电网瞬变的特点是脉冲成群出现、脉冲的重复率高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低,这种瞬变造成数据中心设备故障的几率很小,但能使设备产品误动作的情况很常见。
      当前电网存在的电的不良因素和电的质量问题是必然的。要建设一个安全稳定运行的信息中心系统机房,UPS主机是信息中心系统设备运行的首要安全保障。
 
第三部分、主设备技术要点说明
3.1、工频UPS和高频UPS的区别及对比
3.1.1、工频UPS和高频UPS的主要区别
      ① 工频UPS整流系统采用SCR整流器、IGBT逆变器;高频UPS采用IGBT整流器、IGBT逆变器。
      ② 工频UPS工作频率为50Hz,高频UPS工作频率为20KHz以上。
      ③ 工频UPS采用物理隔离变压器,高频UPS没有物理隔离变压器。
3.1.2、工频UPS和高频UPS的性能对比
      随着电力电子技术的发展和高频功率器件不断问世,中小功率段的UPS产品也逐步高频化(40KVA及以下)。高频UPS具有功率密度大、体积小、重量轻的特点,但在高频UPS功率段向中大功率过渡的过程中,高频拓扑UPS在使用过程中暴露出一些固有缺点,并影响到UPS的安全使用和运行。
      ① 零偏故障
      某型号大容量三相高频UPS拓扑如图5所示。
图5   某型号四桥臂高频机拓扑
      从图中可知,UPS主路输入是三相四线(相线+零线),整流器为四桥臂变换器。A、B、C三相和零线均通过IGBT整流。此种变换器存在先天缺陷:零线在主路工作时不能断开。当A、B、C三相闭合,零线断开时,如果UPS输出端接不平衡负载,零点参考点突然消失,会造成严重的UPS输出零偏故障,进而导致UPS后端负载设备的损坏、输出闪断等重大故障。如果三个相线和零线同时中断,这种情况往往会发生在市电和发电机切换过程,此种拓扑的高频机因零线缺失而必须转旁路工作,在特定工况下(电压过零点,非同步切换时)可能造成负载闪断的重大故障。而工频机因整流器不需要零线参与工作,在零线断开时,UPS可以保持正常供电。
      ② 零地电压抬升和电池架带电问题
      从图4和图5可以看到,大功率三相高频机零线会引入整流器并做为正负母线的中性点,此种结构不可避免地造成整流器和逆变器高频谐波耦合在零线上,抬升零地电压,造成负载端零地电压抬高,很难满足IBM、HP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地需求。
      某型号高频UPS的电池变换器采用高频Buck/Boost拓扑结构,变换器缺少必要的滤波装置。因此充电电压和电流耦合大量高频分量,在现场实测数据如图6所示。
 
图6  用仪表测得的充电电压和电流高频分量
      可以明显看到频率为12.5kHz的高频分量,实测电池正极与大地浮置电压有325V,断开电池架接地,电池架与大地间有100多伏浮置电压。接通电池架与大地,电池架与大地漏电流高达0.11A。按照行业标准(GB13870.1-93《电流通过人体的效应》),50mA的电流就可以致人死亡。该型号UPS在电池架未与大地短接时,人体触摸到电池架有明显被电击的感觉。原因是充电回路中高频分量通过人体与大地形成通路,造成人体触电。同时,此高频谐波严重干扰了外置的UPS电池单体电压监控系统,使电池电压监控测试仪无法正常工作。
      ③ 可靠性降低
      自1947年首个晶体管问世,随后不到十年,晶闸管整流器在晶体管渐趋成熟的基础上问世,至今晶闸管已历时半个多世纪的发展和革新,耐受高电压、大电流晶闸管技术已非常成熟,其抗电流冲击能力非常强。晶闸管是半控器件,不会出现直通、误触发等故障。相比而言,上世纪80年代初问世的IGBT(绝缘栅双极晶体管)有许多优点,其开关频率可在几至几百千赫之间,是目前高频UPS主要功率器件。但是,IGBT有严格的电压、电流工作区域,抗冲击能力有限。在可靠性方面,IGBT一直比晶闸管差。根据大量的数据统计,采用晶闸管的整流器故障率远远低于IGBT整流器的故障率,前者大约为后者的1/4。
      工频机通常采用晶闸管整流器,而高频机多采用IGBT整流器。因此,工频机在可靠性方面优于高频机。而大功率UPS可靠性是用户关注的第一要素。目前市面上销售的多款国际知名品牌工频机产品在用户端都有很好的口碑,并通过了长时间和复杂电网的实际验证。高频大功率UPS还有诸多缺点。
      不可否认,高频UPS有一些优点,但目前就技术发展和成熟度而言,大功率高频机有许多缺点还需要进一步技术优化和升级。某些厂商推出的大功率高频UPS仍在试用阶段。依据“可靠性第一”原则,在重要场合使用大功率UPS,仍然以工频机为首选。
3.2、新型工频UPS的线路架构和技术
3.2.1、新型工频UPS的线路架构
      工频UPS:UPS系统97%以上的时间处在电网供电状态,而工频UPS是把外电网与信息中心设备物理隔离,输入的外电网直接接入输入隔离变压器,隔离后再接入整流系统模块,电网的波动和谐波干扰,其特性属高频信号,而隔离变压器仅属50Hz工作频率,也就是只有低频信号才能通过隔离变压器,所有输入的高频信号全被隔离,所以当电网波动和谐波干扰时,工频UPS频率与电网频率同步,也就是说交流正弦波一个周期,其整流模块开关次数约在100次左右,外电网的波动和谐波干扰已被变压器隔离,因此,电网波动和谐波干扰对工频UPS基本不影响。其次、在电网瞬时波动和谐波干扰及后端负载设备瞬间加负载时,其输出较稳定且精密,由于工频UPS线路设计的隔离变压器还有能量补偿作用,当电网波动和谐波干扰及加载时,由隔离变压器随时提供能量补充,使整流系统和逆变系统的瞬时需求能量均已得到补偿,所以工频UPS在电网瞬时严重波动或瞬时加重负载时,其瞬时电压波动约在220V±5%左右,并且在3ms以内恢复。其三、电网高频干扰信号被隔离变压器物理隔离,不会串入后端负载设备,负载设备不会受高频信号干扰。其四、工频UPS不论损坏程度如何,因有隔离系统均不会使直流直接灌入后端负载设备,而导致负载设备损坏。其五、工频UPS有输出隔离,工频UPS的并机冗余系统不会因为逆变IGBT短路而导致UPS并机系统全部停止运行。
      工频机经历了近五十年的市场使用考验,通过线路改进及原材料合理配套,当前新型工频UPS基本数据化、节能化、体轻化、体小化、技术更加先进、成熟、稳定、安全并具备持久通用能力,相较于高频机具有明显的优势,其完全具备中大型规模的信息中心设备有效运行的供电安全保障能力,建议采用。
3.2.2、新型工频UPS的技术
① 采用SCR整流系统,其抗高压、大电流冲击能力强、前端由隔离变压器隔离后,整体整流系统输出稳定且故障率极低,使后端的逆变器IGBT工      作稳定,从而使主机交流输出稳定、精密且安全。
② IGBT逆变系统   
      工频UPS由于前端能够提供稳定的电压和电流,供IGBT使用,所以逆变系统采用IGBT,使整机效率提高,减少电网污染,加速响应速度。
③ 全数据化设计
      DSP的数字式UPS的优势。 基于DSP的UPS工作状况是从集成化的角度来替换由电容、电阻和半导体器件组成的电路设计,也就是用DSP技术        改善在线式UPS设计。将数字技术应用于UPS控制技术环节,从以下多个方面改善了设备的技术标准。
      设计方面:传统的在线式UPS设计零部件较多,元器件易受损,故障率高,从而增加维修和维护的工作量,而采用DSP技术设计的UPS产品数        字化,零部件少、精度高,核心部件的维护和维修变得比较容易。
      输出电压的稳定性:输出电压的稳定是所有UPS厂商共同的目标,在实际应用中,断电、停电所造成的危害比电压的不稳定要小,所以苛刻的        用电稳定要求是网络系统安全的核心。实践证明,采用了DSP技术的UPS输出的电压误差可控制在1%以内。
      输出电压波形失真度: 设备间因负载形成或负载变动产生的UPS输出失真在传统的在线式UPS中体现得较为明显,由此造成电源端的
      “二次污染”,失真严重时还会使电压值下降、设备电源供应负担增加、功率损失且产品寿命减少,采用DSP技术的UPS失真度可小于2%。
      超载输出能力:传统的在线式UPS除非必要的情况下,一般不要满载或超载运行,否则故障率将明显增多,而且许多情况下不具备短路保护/          断路切换等功能,采用DSP技术的UPS适合各种负载启动时产生的超载情况,在150%负载时可以维持10分钟以上。
      体积: 采用DSP技术的UPS,在同等类型的产品中体积最小,重量最轻。
      因此淘汰传统的模拟信号设计,采用数字化设计,不仅耗电量小并且处理速度极高,精确度高、抗干扰能力强。确保输出电压的质量,即满足        输出电压、频率、波形的严格技术指标要求,另一个重要功能是实现UPS的初始自检和运行自检,进行故障保护和故障隔离,同时高灵活性的        数字控制,可使UPS更具可靠性、安全性、稳定性。
④ 标配SNMP卡,使用智能手机或平板电脑同步操控UPS主机
⑤ 电池智能管理
      实时监测并将每个单体电池的运行状态参数容量、剩余容量、电压、充电电流、放电电流、温度、内阻等实时传输给大屏幕彩色液晶触摸屏和        PC机和智能手机,并具有烟雾报警功能
      单套UPS电池检测系统可以同时检测1024节电池
      根本上解决了有线电池监控仪的连线老化以及老鼠咬断线而可能导致的电池短路引起的着火现象
⑥ 输入电压±25%无需降额使用    
      工频UPS在三相电输入时,三相输入电压波动在±25%以内,UPS负载都无需降额使用,市电三相中的一相电压高、低波动时无需关闭负载,        超压时(输入电压超出±25%)UPS自动转为电池供电。
⑦ 抗过载和抗短路能力  
      当前在UPS线路设计上工频UPS整机线路设计成熟、稳定、抗过载、抗短路能力强。负载端瞬间短路或加载时,由于输出隔离变压器的隔离不        会造成逆变器IGBT(严格要求在一定的电压、电流范围内工作)的损坏,因此抗过载和抗短路能力较强,同时提高了主机带载率。
⑧ 手动旁路 
      尤尼泰克UPS内置电子旁路和手动旁路开关,主要是提高负载可靠运行的连续性和方便运行维护。
⑨ 并机旁路具有“均流”装置 
      在每台UPS并机运行,如果UPS转旁路时,由于交流旁路通道上的静态开关器件可控硅参数离散必然会造成交流旁路供电不均流,即产生旁            路“环流”,此“环流”严重时,必然会造成旁路静态开关可控硅的损坏,而影响设备的可靠运行,尤尼泰克系列UPS机型在旁路上特设置         了“均流”装置,可保证旁路的静态开关的可靠性。
3.3、高频UPS的线路架构和技术
 
      高频UPS(包含模块机):UPS系统97%以上的时间运行在电网供电状态,高频UPS是外电网直接接入整流系统模块IGBT,而IGBT有严格的电压、电流工作区域范围,因此电网的波动和谐波干扰,较容易导致高频UPS损坏。当电网波动和谐波干扰时,其频率约在 150KHz-30MHz,高频UPS自身工作时,其频率在20KVA-50KVA以上,也就是说交流正弦波一个周期,其整流模块开关次数约在2-5万次以上,再叠加外电网的波动和谐波频率,其整流模块的开关次数高达15-300万次,因此,在电网波动或谐波干扰的情况下,整流模块的开关次数处在过负荷工作状态,因此高频UPS的整流模块故障率较高;其次、在电网瞬时波动和谐波干扰及后端负载设备瞬间加负载时,其输出稳定性较差,由于高频UPS线路设计基本没有瞬时能量补偿系统,当电网波动或谐波干扰时,整流系统不能及时得到能量补偿,只能欠能量输出;或后端加负载时,整流系统也不能及时得到能量补偿,也只能欠能量输出,其后果要么UPS输出电压瞬时波动在220V±60%(10ms以上恢复)或强行从整流系统拉动能量而导致IGBT损坏;其三、计算机系统设备使用低频,干扰信号为高频,高频UPS只能消除部分电网高频干扰,而大部分电网高频干扰直接输入数据中心负载设备,较容易引起负载设备瞬时运行失常;其四、当IGBT模块损坏,IGBT模块会引起短路,此时高频UPS的直流高压与后端数据中心系统设备直接接通,使高频UPS直流高压直接击穿数据中心负载设备;其五,高频UPS的并机冗余系统,当高频UPS逆变IGBT短路时,会使整体UPS并机系统因为UPS输出端短路而UPS并机系统全部停止运行。所以高频UPS的使用寿命较短,输出稳定性较差,要求优质的电力环境使用,但高频UPS成本低、节能、体积小、重量轻等优点。若电网环境稳定,功率在60K以下的可以选择性使用。 
      上述高频UPS现象属线路设计缺陷和使用原材料受限等原因,暂时还无法解决,所以中大型信息中心使用高频UPS风险较高、长期性成本投入较高、运维成本较高,当前中大功率的高频UPS还不具备通用能力,一般都不建议采用。
      在技术上可改进为模块化机架式,但安全性、稳定性、可靠性的技术保障依然没有得到改善。
 
第四部分、尤尼泰克新型工频UPS的线路架构和技术
4.1、尤尼泰克新型工频UPS的线路架构
 
      主机整体架构设计:在线工频架构+12脉冲整流+全数据化集成设计+物理隔离变压器+各项安全保障功能,主要解决电的不良因素和电的质量,从而保障数据中心运行稳定、安全。
4.2、尤尼泰克新型工频UPS的技术
      尤尼泰克新型工频UPS的设计,是当前主流的、先进的,是成熟的,是高度安全可靠的机型,适合军用、商用及民用的中大型信息中心系统使用。
1) 12脉冲、18脉冲、24脉冲整流:提高整机效率,降低谐波污染,相比一般UPS增加了一套整流器和一台移相主变压器,可以直接消除更多谐波      (包含负载设备谐波)、降低电网污染,节约25%以上的电力能源,(以一台200KVA的UPS主机每年可节 约用电量为350000度)符合国家节       能政策及降低用户使用成本。其次使后端的IGBT逆变器更稳定、安全工作,使整机交流输出更稳定、更精密。
2)  输入隔离变压器:输入隔离变压器属于安全电源,安装在UPS线路的最前端,由外电网直接接入,主要作用是保护、防雷、滤波,其输入端和       输出端是完全“断路”隔离的,由于当前电网的不确定性因素太多和电网中的各种负载设备错综复杂干扰及自然环境的影响,如:电压瞬时跌       落、失电、浪涌谐波失真、电压瞬变等不确定性因素和大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁       路、电梯、起重机等负载干扰及直雷击或感应雷的冲击等自然环境的影响,当前电网的这些不良因素是无法避免的,使UPS主机和数据中心系       统及设备的运行安全受到严重威胁。因此尤尼泰克新型工频机输入隔离变压器是针对上述当前电网不良因素而设计,有效解决当前电网的不良       因素,从而有效保障数据中心系统及设备的运行安全,在当前UPS的种类中属最可靠的一种安全保障功能,同时多数的UPS品牌产品线路结构       均不具备有此配置,其隔离高压≥6000V,隔离电流≥20KA(千安培)。主要保障UPS主机自身的安全和网络数据中心设备运行的安全性。
     输出隔离变压器:输出隔离变压器属于安全电源,与输入隔离变压器功能作用及指标基本相同,安装在UPS线路的最末端,直接输出纯净的电       力能源供数据中心系统设备使用,主要作用是保护、防雷、滤波,其输入端和输出端是完全:“断路”隔离的,前端输入隔离变压器有效解决       电网的不良因素后,UPS主机处在稳定状态,提供给后端的整流系统和逆变系统指标稳定,部份干扰和主机内部的不良指标受到输出隔离变压       器二道有效隔离,使UPS输出电力能源更加纯净、精密、稳定,输出波形失真≤0.9%,同时有效吸收并消除由于负载产生的谐 波,从而使整体       数据中心系统及设备安全、稳定运行。主要保障供电质量和网络数据中心设备运行的安全性。
3) 模块防爆系统:新型工频机除输出隔离变压器保护IGBT模块外还增设了模块防爆系统,确保模块瞬时冲击而被保护及模块在损坏的瞬间而截断       直流电流防止模块短路引发爆炸起火事故发生。以200KVAUPS主机为例,其短路时电流近为600A,其产生的能量足以熔化钢铁更何况周边是       导电线和其他电子原器件。由于高压损坏的模块大多会开路只有爆破响声也可能会引起着火,但电流损坏的模块大多会短路,容易引起火灾,       模块只具备当前UPS功率需求的功能,而不具备其他功能。主要解决UPS自身安全问题,防范事故发生。
4) 高温自动调节系统:在外电网停电同时空调制冷停止时,UPS转为电池供电,一般高端UPS室温在35-40℃时会过温自然保护并断电,新型工        频机UPS主机内置高温自动调节系统,而此系统会使UPS主机处在室温≥40℃(环境温度+设备运行排放温度)以上均能自动调节至主机内安        全运行温度,而不会因为高温而突然停机断电。主要保障电网断电后的供电延续性。
5) 频率自动调节系统:UPS自身大多具备稳频功能,大多数稳频范围是50Hz±5%,当频率飘移超出其稳频范围时,UPS完全失常,大多数UPS可      能会转为旁路直接供应数据中心设备使用,会导致数据中心设备连带失常或转为UPS电池供电,而新型工频机在电网或发电机及电网环境其他        不良因素造成频率严重飘移时,会启动频率自动调节系统稳频,稳频范围提升到50Hz±20%,输出精密度为50Hz±0.1%,均能确保UPS系统        安全运行,并保障稳定的频率输出及延长电池使用寿命,确保数据中心系统设备运行正常。
6) 输入、输出三相不平衡调节系统:UPS主机在正常运行时,其电网输入的三相电出现电压不平衡时,会自动调节,但电压不平衡度只能约在          380V±10%以内,若输入三相电不平衡度超出380V±10%或断一相时,UPS工作异常或转为电池供电,而尤尼泰克新型工频机增设三相不平          衡调节系统,当外电网出现上述情况时,主机会继续工作在市电状态,并无需电池供电,从而确保数据中心系统设备运行正常并提高电池使用        寿命和电池使用的有效性。
7) 并机系统:当前中大功率UPS具备并机冗余功能,主要以各项参数指标完全一致,使两台UPS输出、电压、电流、频率及相位达到高度一致,        然后由并机卡微调双机参数并通过并机电线形成并机冗余,但在实际使用中,许多品牌并机都不完全成功。其原因首先UPS整体是各种原器件        的组合、原器件的各项指标不能完全一致,就会导致两台主机的各项参数指标不能做到完全一致,其次并机卡只能起到微调作用,而不能修正        参数指标,所以会导致并机冗余环流增大(约≥5A左右),自身功耗太大,带载率下降,故障率上升,一般的品牌只能允许冗余并机两台,而        新型尤尼泰克工频UPS采用自适应并机冗余方式,并非通过并机卡进行微调,而是采用电抗和电容进行主机各项参数指标修正,使主机参数指        标高度一致,通过并机连线不分主、从,可随时并机,安全并机数量可达到16台以上,且并机环流基本在1A左右。主要保障负载扩容性和使          数据中心系统安全性提升一倍。
8) 含有网络保护系统
    安全性:UPS主机含有网络保护器,可以消除杂讯干扰,确保网络数据传输通道顺畅。
9) 含有防磁辐射
    安全性:UPS主机需具有防止磁辐射装置,防止磁辐射对管理人员的健康影响和防止设备间信号干扰。
10) 含有冷启动功能:无市电的情况下,仅用电池能启动UPS主机正常运行。
      为保障采购产品原装性:
      上述十项的主机功能和配置是新型工频机UPS核心技术和核心成本部分,为了能够确保用户采购到原装产品,防止厂商恶性低价竞争而降低产        品品质,建议在设计方案中或采购标书中以上述十项作为UPS技术加分项并要求产品厂商提供官网截屏图和计算机质量监督检验站的检验报告        为佐证,以确保产品原装性。
11) 具备并网运行功能,设计了与电网并联的PWM逆变器
      控制系统采用电流瞬时值反馈控制技术,直接与电网电压同步信号,为逆变器输出电流,跟踪指令,通过电网电流闭环跟踪控制,实现与单位        功率因素向电网输送电能
12) 采用SCR整流系统,其抗高压、大电流冲击能力强、前端由隔离变压器隔离后,整体整流系统输出稳定且故障率极低,使后端的逆变器IGBT          工作稳定,从而使主机交流输出稳定、精密且安全。
13) IGBT逆变系统   
      工频UPS由于前端能够提供稳定的电压和电流,供IGBT使用,所以逆变系统采用IGBT,使整机效率提高,减少电网污染,加速响应速度。
14) 全数据化设计
      DSP的数字式UPS的优势。 基于DSP的UPS工作状况是从集成化的角度来替换由电容、电阻和半导体器件组成的电路设计,也就是用DSP技术        改善在线式UPS设计。将数字技术应用于UPS控制技术环节,从以下多个方面改善了设备的技术标准。
      设计方面:传统的在线式UPS设计零部件较多,元器件易受损,故障率高,从而增加维修和维护的工作量,而采用DSP技术设计的UPS产品数        字化,零部件少、精度高,核心部件的维护和维修变得比较容易。
      输出电压的稳定性:输出电压的稳定是所有UPS厂商共同的目标,在实际应用中,断电、停电所造成的危害比电压的不稳定要小,所以苛刻的        用电稳定要求是网络系统安全的核心。实践证明,采用了DSP技术的UPS输出的电压误差可控制在1%以内。
      输出电压波形失真度: 设备间因负载形成或负载变动产生的UPS输出失真在传统的在线式UPS中体现得较为明显,由此造成电源端的“二次          污染”,失真严重时还会使电压值下降、设备电源供应负担增加、功率损失且产品寿命减少,采用DSP技术的UPS失真度可小于2%。
      超载输出能力:传统的在线式UPS除非必要的情况下,一般不要满载或超载运行,否则故障率将明显增多,而且许多情况下不具备短路保护/          断路切换等功能,采用DSP技术的UPS适合各种负载启动时产生的超载情况,在150%负载时可以维持10分钟以上。
      体积: 采用DSP技术的UPS,在同等类型的产品中体积最小,重量最轻。
      因此淘汰传统的模拟信号设计,采用数字化设计,不仅耗电量小并且处理速度极高,精确度高、抗干扰能力强。确保输出电压的质量,即满足        输出电压、频率、波形的严格技术指标要求,另一个重要功能是实现UPS的初始自检和运行自检,进行故障保护和故障隔离,同时高灵活性的        数字控制,可使UPS更具可靠性、安全性、稳定性。
15) 标配SNMP卡,使用智能手机或平板电脑同步操控UPS主机
16) 电池智能管理
      实时监测并将每个单体电池的运行状态参数容量、剩余容量、电压、充电电流、放电电流、温度、内阻等实时传输给大屏幕彩色液晶触摸屏和        PC机和智能手机,并具有烟雾报警功能
      单套UPS电池检测系统可以同时检测1024节电池
      根本上解决了有线电池监控仪的连线老化以及老鼠咬断线而可能导致的电池短路引起的着火现象
17)  输入电压±25%无需降额使用    
      工频UPS在三相电输入时,三相输入电压波动在±25%以内,UPS负载都无需降额使用,市电三相中的一相电压高、低波动时无需关闭负载,        超压时(输入电压超出±25%)UPS自动转为电池供电。
18) 抗过载和抗短路能力  
      当前在UPS线路设计上工频UPS整机线路设计成熟、稳定、抗过载、抗短路能力强。负载端瞬间短路或加载时,由于输出隔离变压器的隔离不        会造成逆变器IGBT(严格要求在一定的电压、电流范围内工作)的损坏,因此抗过载和抗短路能力较强,同时提高了主机带载率。
19) 手动旁路 
      尤尼泰克UPS内置电子旁路和手动旁路开关,主要是提高负载可靠运行的连续性和方便运行维护。
20) 并机旁路具有“均流”装置 
      在每台UPS并机运行,如果UPS转旁路时,由于交流旁路通道上的静态开关器件可控硅参数离散必然会造成交流旁路供电不均流,即产生旁            路“环流”,此“环流”严重时,必然会造成旁路静态开关可控硅的损坏,而影响设备的可靠运行,尤尼泰克系列UPS机型在旁路上特设置          了“均流”装置,可保证旁路的静态开关的可靠性。
 
第五部分、供电架构要点说明
    按可靠性高低依次增加,UPS五种供电架构配置如下:
    1、满容量或N设计
      N系统包括单个UPS或一组UPS,其容量与关键负载容量相匹配,如图1所示。
      N冗余配置的缺点是如果UPS出现问题,负载可能不会得到保护。特别是在具有多个模块的三相UPS中,这种结构带来了多个单点故障的风险。
    2、串联冗余
      通过隔离冗余配置,主UPS通常为负载供电,而第二级UPS则为主UPS的静态旁路供电,如图2所示。这要求主UPS具有用于静态旁路电路的单独输入。如果主UPS所带负载切换到静态旁路,那么第二级UPS会立即承载全部负载,而非将其转移到市电回路。该设计提供了一种增加冗余而无需完全替换已有UPS的方法。但其复杂程度大为提升,增加了更多的器件,引入了新的故障风险,从而导致可靠性降低。
    3、并联冗余(N+1)
      并联冗余配置由多个容量相同的UPS并联运行并提供公共输出总线。如果“备用”UPS容量至少等于一个UPS的容量,则该系统被认为是N+1冗余,如图3所示。与串联冗余结构相比,故障概率较低,因为所有UPS始终在线运行。这也是一种更简单、更具成本效益的结构。
    4、分布式冗余
      分布式冗余设计是在20世纪90年代后期开发的,用以提供完全冗余的能力而无需增加相关成本。这种设计通常用于大型数据中心,尤其是金融机构。此设计将用到3个或以上带有独立输入和输出馈线的UPS,输出总线通过多个PDU连接到关键负载,在某些情况下还连接到静态转换开关(STS)。STS有两个输入和一个输出。其通常接受来自两个不同UPS的电源,并为负载提供来自其中一个UPS的电源。如果主UPS发生故障,STS将在大约4到8毫秒内将负载切换到辅助UPS,从而始终为负载提供电源保护。
      这种方案效率较低,因为UPS通常在远低于满载的情况下运行。如图4所示。
    5、系统+系统(2N,2N+1)
      “系统+系统”模型是业内公认的最可靠的设计。该设计可以组成一个可能永远不需要将负载切换到市电的UPS系统,因为这个设计旨在消除所有可能存在的单点故障。
     与分布式冗余方案一样,对于如何配置系统+系统模型存在许多选项,其中还包含多种架构,其中包括:串联并行、多并行总线、双端系统、2(N+1)、2N+2、[(N+1)+(N+1)]和2N。根据用户的需求,其架构设计可能很简单,也可能非常复杂。
     该设计需要两路供电来支持所有关键负载,并实现从系统的进入端一直到末端,即关键负载端的完全冗余。
         毫无疑问,由于冗余组件的数量及其较低的能效水平,系统+系统的系统设计在五个系统中成本最高。但考虑到其所保护负载的重要性,这种设计的高成本是合理的。实际上,许多大型企业都使用这种设计来保护他们的关键。