UPS不仅是不间断供电装置，还具有电力净化的作用。本文将重点讨论UPS的选择和配置、蓄电池组容量的选择和配置以及UPS电源的安装与维护。UPS即不间断电源，随着各种电子设备的普及，UPS电源得到了越来越广泛地应用。

    UPS选型和配置

    1了解UPS电源的性能指标：

    ①输入电压：220V或380V(三相四线制)，-15%～+10%。

    ②输出电流：根据这个值选择导线截面和输入保险。

    ③输出电压：一是输出电压稳定度，一般为±5%。有些为±3%左右。另一个是稳压精度：稳态≤±1%、瞬态≤±5%。

    ④瞬态电压恢复时间：≤±50ms。

    ⑤输出容量：即视在功率S，S=UI

    ⑥后备时间：指输入中断后，UPS能继续工作的时间，是UPS的关键指标。

    ⑦功率因数：0.8(滞后)

    ⑧效率：≥90%(满载时)

    ⑨过载功能：10min(125%额定电流);10S(150%额定电流)。

    ⑩限流：100%～110%额定电流可调。

    2UPS选择：

    UPS型号

    ①在线正弦波UPS电源。无论市电正常与否，它对负载供电都是由UPS电源逆变器提供的。只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量，当市电中断时，在线式UPS电源就能实现对负载的真正不间断供电，其正弦波波形失真系数最小，对负载供电转换时间为零，可靠性高，故障率低但价格较高。

    ②后备式正弦波UPS电源。采用了抗干扰式分级调压稳压技术。仅仅在由蓄电池供电时才有可能向负载提供高质量的正弦波，在从市电供电向逆变器供电进行转换时，对负载而言，大约有4ms左右的中断供电(主要来源于继电器的转换时间)。后备式正弦波UPS电源处于市电供电时，由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负载供电的，因此噪音较小，但是UPS电源处于逆变器工作时，由于PWM脉宽调制频率一般为8KHZ左右，因此噪音较大。

    ③后备方波输出UPS电源。向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。此类UPS电源只能接微容性或纯组性设备，负载越重，方波脉冲宽度越宽，而方波脉冲的峰值越小。此类UPS电源的转化时间不一定。其变化范围为4～9ms且用户不能控制。此类UPS不能进行频率的关闭和启动，但造价较低。

    负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数

    选购UPS时，首先要知道负载的总容量，同时还要考虑负载的功率因数才能确定UPS的标准功率容量。由于负载功率因数很难计算，所以UPS技术规范中给出了波峰因数这个指标，波峰因数越高，UPS承受非线性的能力越强。一般波峰因数比应大于3：1。

    电池后备时间一般情况下，选择后备时间时，通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可。由于蓄电池价格较贵、长延时UPS一般仅在停电时间较长的场合选用。此时最好选择有外接大容量的蓄电池功能的UPS，以确保市电停电后能长时间供电。

    UPS中性线截面由于UPS负载多为非线性负载，因而流过中线的电流不为零。即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍。负载功率因数越小，倍数越大。因此在UPS电源中，其中线截面不得小于相线截面。否则易造成中线发热，甚至烧掉电缆引起火灾，造成严重后果。

    蓄电池的选择和配置

    蓄电池基本技术指标：

    ①阀控式密封铅酸蓄电池：每台UPS各接一组。

    ②浮充电压允差：1%。

    ③浮充电压：2.23～2.27V/单体。

    ④均充电压：2.3～2.4V/单体。

    ⑤放电终了电压：1.67～1.70V/单体。

    ⑥温度对蓄电池寿命的影响：在25℃时浮充运行情况下，理论寿命不低于10年。

    UPS蓄电池容量的计算

    1蓄电池最大放电电流I

    I=S×COSφ/η×Ei

    式中：S为UPS电源的标称输出功率;

    COSφ为负载功率因数，一般取0.8;

     η为逆变器的效率一般取0.8;

    Ei为蓄电池放电终了电压。

    电池后备时间t电池后备时间t根据用户的需要而定，中小型UPS多采用阀控铅蓄电池。价格较贵，一般选取满载工作时间为10min、15min或30min。

    蓄电池容量C算出最大放电电流后，再根据负载性质及用户所需UPS的后备时间，算得蓄电池标配容量：(C=It)。

    UPS安装

   UPS的安装位置要求

    1为延长电池寿命，蓄电池应安装在环境温度为15℃～25℃范围内，室内温度也不能太大。

    2UPS的左右两侧要留有50mm空间，后面要留有100mm，前面留有足够的操作空间。

    3外置电池柜应与UPS放在一起。

    UPS与市电、负载的连接

    UPS与市电及负载的连接都很简单，但连接前应检查：

    ①UPS输入参数与市电的电压、频率是否一致。

    ②接入UPS的火线和零线是否与厂家规定一致。

    ③检查负载功率是否小于UPS输出功率。

    ④UPS与电池连接时一定分清正负极。

    电缆截面的选择选择导线截面时应考虑：

    1符合电缆使用安全标准。

    2符合电缆温升要求。

     3满足电压降要求。

     ①交流输入电流I相。因为P=3×U相×I相×COSφ(单相输出者则为：P=UICOSφ)。所以I相=P/(3×U相×COSφ)=S/(3×U相)。

     ②直流输出电流I=P/U(U应取最小值)。求出交流输入I相和直流输出电流I后，再查表确定导线截面积。

    UPS维护

    笔者根据多年来的工作经验，建议从以下几个方面做好UPS电源系统的维护：

    1掌握UPS的基本知识，认真阅读设备说明书，弄清各种警示信息，警示代码，指示灯的含义，以及产生的原因和应对方法。熟悉设备上各种开关，按钮的作用。熟悉掌握UPS的各种操作，清楚连接关系，明白代通之法。

    2加强日常的巡视、维护，查看设备有无告警，有无异味，有无异常响声，检查接头有无松动发热现象，散热扇运转是否正常，设备各种指示是否正常，发现问题及时解决。

    3制定定期维护计划：每月定期测量设备输出电压、电流、功率以及蓄电池内阻和端电压。每季或半年对蓄电池做一次核对性放电试验，一般应放出额定容量的30%～40%。每年清洁一次UPS内部卫生，检查各接头是否接触良好。

    4蓄电池放电：在蓄电池放电操作中，如采用蓄电池脱机使用假负载放电，不仅拆卸繁琐，且不安全，事后还需拆卸安装再充电。为保证电池放电试验的安全有效，既能发现问题(落后电池、反极电池等)，又能保证供电安全可靠(不造成过放电、短路、供电中断等)。这里推荐一种直接利用负载对电池放电的方法：即关断UPS交流输入开关，让蓄电池放电。由于UPS电源多用于重要的网络通信等系统中，负载变化幅度不大，所以用负载直接放电，其放电电流也基本不变，这样就可根据蓄电池的电压情况和放电情况确定放电终止电压，算出放电时间，以后每季度的放电都与此次记录相比较，并从中发现问题及时排除。

1、 现有 UPS 设计方案

数据设备初建时，以使用交流电源为主，所以大多配置UPS 设备为其供电。

在配置UPS 设备时，由于要考虑用电设备扩容的需要，加之早期UPS 设备无法扩容，只能按数据设备远期负荷考虑配置。这样就造成初期建设偏高，系统建成投产后，设备利用率又偏低。

下面以某枢纽楼BOSS 系统为例，2006 年，该枢纽楼新建BOSS 系统，设备负荷情况详见下表1、表2.

表1 本期新增设备负荷情况

表2 远期设备负荷情况

根据以上设备负荷情况，还有UPS 厂商提供的UPS 输出功率因数为0.8（功率因数为有功功率与视在功率之比，以COSΦ 表示。在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到做功的一部分功率即有功功率则小于视在功率）。同时考虑负载的功率因数（按0.8 考虑），当负载的功率因数与UPS 的输出功率因数不一致时，应注意保证UPS 的容量能提供给负载足够的有用功率和无用功率，并以此为原则计算UPS 的容量。

根据计算，需配置250kVA UPS，当时考虑支撑系统的重要性，采用了双母线配置方式，即配置了2 套250 kVA UPS 设备，每套按1+1 并机系统考虑。由于UPS 设备本身谐波分量难以控制到要求的数值，必须配置滤波设备来降低谐波分量。UPS 设备配置及供电系统见下表3 及图1。

表3 设备配置表

图1 传统UPS（1+1）双母线系统图

2、 模块化 UPS 设计方案

由于传统UPS 设计的局限性及设备本身的一些问题，如今一种机架式的模块化UPS 正在悄悄地引起一种革命性的变革，它的引入必将引起不间断电源新的革命。模块化UPS 目前比较有代表性的结构有两类：一类是功率模块化UPS，另一类是完全模块化UPS.功率模块化UPS 由机架加功率模块构成，功率模块中包括传统UPS 的整流、滤波、充电、逆变器等部分，但静态旁通与系统的部分监控和显示共用一个机架，各模块独立控制并联运行，机架上的显示控制模块仅作为用户开关UPS 主机和进行网络化监控平台。完全模块化UPS 由机架加单体模块构成，每个单体模块内部都装有整个UPS 电源与控制电路，包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU 主控板，每个UPS 模块均有独立的管理显示屏。

我们同样以前面的案例为依据，假设采用完全模块化UPS 设备，配置方案如下：

根据近期的负荷，结合远期发展需求，UPS 系统同样按双母线配置方式考虑，可配置2 套UPS 设备，每架只需配置2 个UPS 模块（每块50kVA）即可满足本期需求，采用1+1 冗余方式配置，主用1 个模块，冗余1 个模块，若其中的一个模块发生故障，它将自动脱离系统，由其它模块继续给负载供电，以保证系统的正常运行；2 套模块化UPS 系统采用双母线供电工作方式，主设备交流配电屏分别从2 套UPS 输出屏各引接1 路，当1 套UPS 故障时，由另1 套UPS 承担全部负载供电，保证设备安全运行。

采用模块化UPS 设备后，无需配置滤波设备就可满足谐波含量≤5%的要求，UPS 设备配置及供电系统见下表4 及图2.

表4 设备配置表

图2 模块化UPS（1+1 模块冗余）双母线系统图

3、两种 UPS 设备的比较

对以上两种设计方案所配置的UPS 设备，可以从以下几个方面进行比较。

（1） 设备安装及机房占地面积。

其一，模块化UPS 采用先进高频技术，提高了功率密度，缩小了UPS 模块的体积，其模块本身就是一台UPS，UPS 模块安装于标准机架中，相对于传统UPS节省了占地面积与空间，便于安装与维护。

其二，模块化UPS 采用先进的整流技术具有强抗干扰能力及较低的谐波失真度，一般正弦波输入电流的总谐波失真度（THD）<5%，因而可以不必像传统UPS配置滤波设备，减少了机柜数量。

我们同样以前面的案例为依据，采用传统UPS 设备占地面积约为13 平方米。

采用模块化UPS 占地面积约为5 平方米。

（2）建设。

在供电系统建设初期，传统UPS 设备无法扩容，只能按照设备远期负荷需求考虑，面对层出不穷新技术、新设备的应用，设备用电需求难以准确估计，使得UPS 设备容量产生过高的估计，造成采购成本过高。而模块化UPS 通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题，其模块化结构能够很方便地安装和扩容，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和。即满足了后期业务的发展需求，又降低了用户的初期建设成本。

我们同样以前面的案例为依据，装机容量按年增长20%考虑，比较如下表。

表5 比较表

以上不包括电池配置的考虑，若考虑电池配置，模块化UPS 的优势将更加明显。

（3）并联冗余与可靠性。

在机架式模块化UPS 中，功率模块部分是并联冗余的，即功率部分是由许多模块并联在一起并均分负载，它们不分主从，互不依赖，并且均分负载。即使有一个功率模块发生故障退出，也不影响整个系统工作。采用传统UPS 系统，为保证安全需采用“1+1”或“N+1”的关联冗余方式，这不仅增加了采购、安装及维护成本，而且一般情况下只能容错一次。而机架式模块化UPS 系统，用户只需购买相应的功率模块，即可实现“N+X”的故障冗余，容错率大大提高。

传统UPS 供电系统出现故障后，由于系统过于复杂，难以准确判断故障点，并且受限于维修人员的技术水平和工作经验、备件储备等客观原因，造成故障排除时间过长。而且UPS 维修时均采取转旁路的方式，在这种情况下负载完全不受UPS 保护，此时如果发生电源中断、过载等故障，将会造成严重的问题。而机架式模块化UPS 可以有效解决这些问题，因为其所有的模块都是热插拨，热插拨技术可以允许单体功率模块在不需停电的前提下任意进入或退出UPS 系统，从而实现无需专业技术人员到场，无需专门的仪器即可进行系统在线维修。

（4）节能与环保。

绿色环保已经成为社会各行业产品发展的必要趋势。随着各种政策的出台，要求无污染的绿色电源设备已成为必然发展趋势，以前各种用电设备及电源装置产生的谐波电流严重污染电网，模块化UPS 采用电子式调整技术使输入谐波失真低于5%，整流器使用IGBT 技术，可将输入功率因数提高到0.99 接近于1，从而大大降低对电网的污染程度。

节能减排在当今已成为基本国策，节约能源已成为企业发展和竞争的需要。

节电也是节能的一种体现，模块化UPS 相比传统UPS 设备在节电方面显得更为突出。

我们可通过年节电费用做一比较，下面我们根据设计满载情况来比较，同样以上面的案例为依据，传统UPS 和模块化UPS 的输出功率都为250kVA 即200kW，传统UPS 的输入功率因数为0.9，效率为80%.模块化UPS 的输入功率因数为0.99，效率为95%.通过计算，可得出UPS 的输入功率（输出功率/效率）。传统UPS 输入功率=200/80%=250 kW，模块化UPS 输入功率=200/95%=210 kW.这样就可计算出UPS 的热损耗（输入功率-输出功率）：传统UPS 热损耗=250-200=50 kW，模块化UPS 热损耗=210-200=10 kW.

假设每度电按0.8 元计算，模块化UPS 相对传统UPS 每年可节电：

40*8760*0.8=28 万元。

以上是按满载情况比较得出每年节电28 万元，如果以初建时负载率特别低的实际情况比较，节电效果将会更加明显。

4、结论

模块化UPS 相对于传统UPS 系统而言，具有高可用性、高适应性、高可管理性的特点，在便于设备安装、节省占地空间、减少初期建设、方便维修、节能减排等各个方面都有明显的优势。因此，模块化UPS 设备将成为新一代的UPS，将会被越来越多的企业用户所选择。