基本組成及作用
一般UPS電源，主要由充電器(CHARGER)、逆變器(INVERTER)、靜態(tài)開關(guān)(SYATICSWITCH)、蓄電池(BATTERY)4大部分和控制部分組成。
UPS電源各部分功能簡述如下：
1.充電器的作用
從主電源吸收能量，經(jīng)過橋式可控硅整流電路、阻容濾波電路，產(chǎn)生直流電，并將直流電提供給蓄電池和逆變器。
2.逆變器的主要作用
將充電器或蓄電池送來的直流電轉(zhuǎn)變成交流電輸出。有的也稱逆變器為DC/AC變流器，它是UPS電源的核心部件，逆變器性能的好壞，對UPS電源輸出波形、效率、可靠性、瞬態(tài)響應(yīng)、噪聲、體積、重量等方面有著決定性的影響。一臺UPS電源性能好壞，主要是由逆變器的性能來決定的。
3.靜態(tài)開關(guān)的主要作用
靜態(tài)開關(guān)主要作用是保證UPS電源系統(tǒng)不間斷供電。當(dāng)UPS電源正常供電時，逆變器輸出交流電作為計(jì)算機(jī)設(shè)備的主要電源(或者由市電經(jīng)穩(wěn)壓器后直接供計(jì)算機(jī)用電)。在下列情況出現(xiàn)時:
①當(dāng)計(jì)算機(jī)設(shè)備起動或發(fā)生浪涌超負(fù)載;
②當(dāng)逆變器發(fā)生故障。
通過電壓檢測信號，靜態(tài)開關(guān)迅速將負(fù)載由逆變器供電轉(zhuǎn)移到市電供電。一旦恢復(fù)正常，經(jīng)檢測市電與逆變器電壓同步、同頻時，又轉(zhuǎn)為逆變器供電。靜態(tài)開關(guān)，就是完成轉(zhuǎn)換并保證轉(zhuǎn)換可靠、不間斷供電的關(guān)鍵設(shè)備。
4.蓄電池的主要作用
蓄電池是儲存電能的裝置。在正常供電時，直流電源對蓄電池進(jìn)行充電。它將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能貯存起來。當(dāng)市電中斷時，UPS電源將依靠儲存在蓄電池中的能量輸出直流電，維持逆變器的正常工作。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，供逆變器使用。
5.控制部分的主要作用控制部分在UPS電源中起著十分重要的作用。通過合理的控制，使UPS電源按設(shè)計(jì)要求給計(jì)算機(jī)提供穩(wěn)定可靠的電能
總控站（后臺）
由監(jiān)控站、工程維護(hù)站、系統(tǒng)接口等構(gòu)成，運(yùn)用管理分析軟件處理接收的數(shù)據(jù)并通過Web發(fā)布。工程維護(hù)人員登錄服務(wù)器可查看全廠所有在線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及完善的歷史、實(shí)時數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)。
根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備需要，可選擇監(jiān)控功能儀或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息采集儀（EII）。EII通過RS-232/485端口與電能表、電池采集模塊、直流屏、UPS等智能設(shè)備通信，將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包，接入局域網(wǎng)，傳送至主控室服務(wù)器。獨(dú)立完整的ES包括以下部分：
系統(tǒng)主機(jī)：由下行串口通道、數(shù)據(jù)處理器、顯示器、上行串口通道組成。下行串口通道通過RS-485總線訪問電池電壓采集模塊，采集數(shù)據(jù)，管理電壓采集模塊，數(shù)據(jù)處理器完成數(shù)據(jù)解壓、數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲管理，將處理后的數(shù)據(jù)一部分送往顯示器，另一部分由上行串口通道發(fā)送至協(xié)議處理器，或傳給上一層管理系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集組：可根據(jù)用戶需要確定采集數(shù)據(jù)要求及配置相應(yīng)采集儀器，一般由電池電壓采集模塊、電流、溫度、功率等組成，模塊間隔離良好、絕緣性強(qiáng)，可靠性、安全性高。數(shù)據(jù)采集可分組，每個模塊可對一定數(shù)量電池進(jìn)行電壓采集，可配備電流、溫度傳感器，模塊間與系統(tǒng)主機(jī)一般采用RS-485連接。
協(xié)議處理器：具有協(xié)議處理程序的接口板，處理各種通信協(xié)議?？蓪?shí)現(xiàn)：①將主機(jī)發(fā)送的電池電壓、電流、溫度等信息按約定協(xié)議編碼、打包、發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器;②將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)出的遙控、遙調(diào)指令經(jīng)過解碼發(fā)給主機(jī)，實(shí)時控制。
放電模塊：可快速測出電池直流內(nèi)阻，瞬間測試電池性能，大功率放電模塊可提供瞬間大電流沖擊負(fù)荷。
遠(yuǎn)程服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，通過局域崗遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)，接收、分析數(shù)據(jù)，通過Web服務(wù)器發(fā)布數(shù)據(jù)。
聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備各分站（采集監(jiān)控站），采用光纖作為數(shù)據(jù)通信主干線，組成全廠UPS和直流電源在線監(jiān)控的局域網(wǎng)。
一、概述
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及基層央行對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)認(rèn)識的不斷加深，中心機(jī)房建設(shè)和改造，近幾年如火如荼。但隨之而來的就是日益龐大的電費(fèi)開銷，中心機(jī)房在建設(shè)中的投資，其中電氣、電源、制冷等系統(tǒng)設(shè)施占了一半以上的投資比例，高額的電能消耗使得整個數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本居高不中心機(jī)房面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。
降低中心機(jī)房的運(yùn)營成本和節(jié)能降耗成了基層央行有關(guān)部門關(guān)注的問題，節(jié)約能源可以從以下幾方面入手。首先是機(jī)房環(huán)境的節(jié)能，包括制冷環(huán)境、供電環(huán)境;其次是從IT硬件設(shè)備節(jié)能，減少IT設(shè)備的能耗;最后是IT設(shè)備內(nèi)部各集成電路的節(jié)能，比如CPU的節(jié)能等。UPS處于交流供電環(huán)節(jié)的最重要一環(huán)，機(jī)房幾乎所有的IT設(shè)備由UPS供電，提高運(yùn)行時的能效勢在必行。UPS的節(jié)能必須從方案、電池、配電等方面全方位進(jìn)行。
二、按需擴(kuò)容的柔性規(guī)劃
一般地市級中心機(jī)房的建設(shè)都不是一步到位，會考慮今后未來5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安裝了2套大功率的UPS并機(jī)，結(jié)果初期負(fù)載只有規(guī)劃容量的10%～20%，沒等承載所規(guī)劃的負(fù)載就進(jìn)入了設(shè)備淘汰期。這不僅造成投資的浪費(fèi)，而且也無法使UPS運(yùn)行在較高的效率點(diǎn)，造成電能的浪費(fèi)。如何避免這種情況的發(fā)生，從UPS供電系統(tǒng)角度考慮，應(yīng)該包括以下幾個方面。
(一)供電方案設(shè)計(jì)
目 前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電2種。分散供電的特點(diǎn)是一臺UPS為一臺或多臺負(fù)載設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風(fēng)險，不會因?yàn)橐慌_UPS供電異常而造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置，不便管理，而且布線不易規(guī)劃。另一種是采用集中供電方案，由一套大功率的UPS供電系統(tǒng)直接對機(jī)房的所有負(fù)載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常，容易引起大面積停電事故，此缺點(diǎn)可以通過采用各種并聯(lián)構(gòu)架來避免。因此，以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，目 前的中心機(jī)房一般都采用集中供電方案，也集中了供電的風(fēng)險。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^一定限度時，建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進(jìn)行供電。
(二)UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能
機(jī)房UPS容量的規(guī)劃，可以根據(jù)不同時期的負(fù)載容量要求采用逐步擴(kuò)容的方案，使投資方案更經(jīng)濟(jì)，同時也能使UPS工作于較佳的效率點(diǎn)。目 前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也為機(jī)房擴(kuò)容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開關(guān)，并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間，即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能。關(guān)鍵是并機(jī)的過程處理，多種品牌UPS并機(jī)時需要對UPS的設(shè)置進(jìn)行修正，此時要求UPS必須在維修旁路狀態(tài)工作，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(jī)擴(kuò)容必須具備在線并機(jī)功能，即UPS并機(jī)擴(kuò)容時，只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后，在不關(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(kuò)容前后，UPS均工作于在線模式下，避免切換至旁路供電的高風(fēng)險操作。
采用模塊化UPS實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容
目 前，模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應(yīng)用，模塊化UPS特點(diǎn)主要包括：可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時間(MTTR)短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。以臺達(dá)C系~IJUPS為例，每個模塊為20kVA，整個系統(tǒng)最大可擴(kuò)容至160kVA，可以根據(jù)機(jī)房的實(shí)際容量需求，逐步擴(kuò)容，只要在機(jī)房初期規(guī)劃好配電容量即可。同時，實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余比較劃算，以60kVA的容量要實(shí)現(xiàn)“N+I”冗余為例，傳統(tǒng)方案必須擴(kuò)容一臺60kVAUPS，而采用模塊化UPS，則只需擴(kuò)容一個20kVA的模塊即可，節(jié)省大筆資金的投入。
提高UPS自身能效，優(yōu)化負(fù)載效率曲線
目 前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架，在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為60kVA的UPS為例，每度電按1.2元計(jì)算，UPS效率每提高1%，一年節(jié)省的電費(fèi)為5045.76元?？梢?/span>提高UPS的工作效率，可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi)，也是降低整個機(jī)房能耗的最直接方法。因此采購UPS應(yīng)盡量采購效率更高的UPS。
當(dāng)然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高，同時也必須具備一個較高的效率曲線，特別是在“1+1”并機(jī)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(dá)到95%以上，也是沒有意義的，所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線，使UPS效率在較低負(fù)載時也能達(dá)到較高的效率。
除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，其原理是在較好的市電環(huán)境下，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(jī)狀態(tài)，正常工作但不輸出能量，_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1毫秒以內(nèi)，由于逆變器處于待機(jī)狀態(tài)，所以自身損耗很小，此時UPS的整機(jī)效率可以達(dá)~1J97%以上，比正常模式減少3%以上的損耗。
使用ECO模式必須具備2個條件：一是靜態(tài)旁路必須采用兩組高可靠晶閘管，不得采用接觸器加晶閘管的組合，因?yàn)榻佑|器吸合時接觸點(diǎn)會打火，一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作，而晶閘管則不存在此問題，同時可以縮短切換時間。二是建議在較好的電力環(huán)境下使用，比如一級供電單位等。
降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈現(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(fù)載產(chǎn)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(jī)等);電氣組件溫度升高，效率低，加速絕緣老化，降低使用壽命;干擾設(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;出現(xiàn)諧振，特別是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時更嚴(yán)重;空開跳閘、熔絲熔斷、設(shè)備無故損壞。UPS對電網(wǎng)而言是一個非線性負(fù)載，在工作時會產(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UPS32作諧波的
有以下幾種。
(一)12脈沖整流器
其原理是在原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上，在輸入側(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(diǎn)是較為簡單，諧波改善明顯;缺點(diǎn)是對功率因數(shù)改善有限，價格略高。
(二)無源濾波器
依據(jù)LC濾波電路原理，對UPS產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除，并對功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單，成本較低;缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償將點(diǎn)階次的諧波，同時受負(fù)載阻抗影響較大，無法適用于全功率段。
(三)有源濾波器
原理是利用可控的功率半導(dǎo)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(dá)到實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個階次的諧波，且不受負(fù)載阻抗大小的影響;缺點(diǎn)是購置成本較高。
(四)高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)
整流器原理是采用高頻率PWM控制IGBT導(dǎo)通，對輸入電壓波形進(jìn)行分割，使輸入的電流波形盡量接近正弦波，并對輸入電壓和電流相位差進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是體積輕，價格便宜，效果好;缺點(diǎn)是技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護(hù)，受功率器件影響，目 前容量大小受到限制。
以上幾種技術(shù)，性能及投資對比，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方案。
五、電池管理及配電管理技術(shù)
UPS都配備了電池，用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統(tǒng)投資的很大比例，甚至超過UPS本身的投資，而電池的使用年限明顯低于UPS主機(jī)。由于電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料，都會對環(huán)境造成嚴(yán)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，不僅節(jié)省直接和間接的電池投資，而且還減少整個機(jī)房設(shè)備對環(huán)境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池的節(jié)能。
(一)并機(jī)共用電池組功能
共用電池組原理是通過特殊的整流器隔離故障，使并機(jī)系統(tǒng)中的2臺或多臺UPS的整流同步，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)后接人并聯(lián)母線系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電池的共享，減少電池投資。以“1+1”為例，傳統(tǒng)的UPS方案，系統(tǒng)后備—小時，考慮其中一臺UPS故障時，UPS2的電池不能為UPS1使用，所以UPS1和UPS2必須各配置一套-4,時的電池組，才能保障系統(tǒng)在斷電后還能備用一小時。采用共用電池組方案后，因?yàn)閁PS1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)僅需配置一套一小時電池即可。這不僅節(jié)省了電池直接投資，同時也節(jié)約機(jī)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。
(二)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(jìn)行綜合處理，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的智能電池管理擊包括：電池均浮充管理(均浮充控制)、充電溫月智能放電終止電壓控制，除此之外還應(yīng)具備電動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選壓范圍較寬的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2--3年。
UPS 稱為不間斷電源，是因?yàn)橥ｋ姷臅r候，它能快速轉(zhuǎn)換到"逆變"狀態(tài)，從而不會讓在使用中的電腦因?yàn)橥蝗煌ｋ娢磥淼眉按鎯Χブ匾募?不是用來當(dāng)備用電源用的，如果你只是想在停電的時候可以用電，光買逆變器就夠了。 一般家用UPS里用的大多是，免維護(hù)型鉛酸蓄電池。
