UPS的选择与使用

刘克文
1995-02-03

        下面就UPS的选择和使用提出一些参考意见。
        一、UPS的选择
        UPS电源作为保证电源，已不仅仅是简单意义上的不间断电源了，它的输入电压范围宽，从170V到250V的交流输入均可，而且由它输出的电源质量也是非常高的。
        (1)输出电压稳定度：后备式正弦波输出<5%，在线式<3%；
        (2)输出电压波形失真度：后备式正弦波输出<5%，在线式<3%；
        (3)输出频率稳定度：后备式正弦波输出为±1Hz，在线式为±0.5Hz；
        (4)瞬态特性：当负载从0%-100%变化时，输出电压变化范围为4%，响应时间约10-40ms(在线式UPS)；
        (5)一般能保证150%负载过载1分钟，120%负载过载8-10分钟；
        (6)若为三相输出，输出电压负序分量与正序分量之比一般不超过于%。
        以上为UPS的通用要求了。至于具体选择怎样的UPS还应确定下面几点：
        1.UPS容量的确定：这取决于负载功率的大小。负载功率确定的方法有两种：
        ①实测法：在通电的情况下，测量负载电流。若负载为单相，则用相电流与相电压乘积的2倍作为负载功率；若负载为三相，则用线电流与相电流乘积的3倍作为负载功率；
        ②估算法：把各个单项负载的功率加起来，得到的和再乘以一个保险系统K(K一般取1.3)作为总的负载功率。
        用上述得到的负载功率为基数，再考虑到为以后扩充设备而留一定的裕量，就可确定出所需UPS的容量了。
        2.确定相数：我国电力系统规定单相电压为220V，三相电压为380V，交流电的频率为50Hz，因此电压和频率无选择余地，只要所选UPS符合这些标准就行，重要的是确定UPS的相数。现在的UPS有三相输入/三相输出、三想输入/单相输出、单相输入/单相输出这几种类型。一般来说，大功率的UPS(100KVA以上)都是三相输入/三相输出，微功率(2KVA以下)均为单相输入/单相输出，中、小功率(15-100KVA，2-15KVA)既有三相的，又有单相的。由于中小功率的UPS应用特别广泛，故对其相数的选择应慎重。由于三想输出电源设备结构复杂，维护保养困难，且价格较贵，因此在满足负载要求的情况下(一般负载均为单相负载)，宜优先选取单相电源输出的UPS；对输入来说，有些负载的工作电流较大，且要求电流波动小，这时，可选择三相电源输入的UPS，使系统的工作状态更加平衡可靠。
        3.确定UPS是在线式的还是后备式的：在线式UPS的特点是输出为正弦波，且失真度最小，并且具有优良的瞬态特性。另外，切换时间(由市电供电转换到蓄电池供电的时间)为μs级，可认为是零切换，实现了对负载真正意义上的不间断供电，在线式UPS采用了很多保护措施，具有较高的工作可靠性。后备式UPS又分为两类：正弦波输出和方波输出。前者切换时间相对较长，一般在5ms以上，由于未采用锁相环技术，在最坏的情况下，切换时间长达9ms以上，并且在切换供电的瞬间有冲击产生。对一般微机来说，后备式方波输出的UPS在切换过程控中虽有瞬间冲击，但微机电源都能承受，因此一般微机系统若无严格要求，可选择此类UPS，若切换时间太长，不能满足系统要求，可考虑选择后备式正弦波输出的UPS，对于网微机，实时性业务，最好选择在线式UPS。
        4.确定UPS的保护时间，即确定蓄电池的持续供电时间。应考虑下述几方面；当地市电停电次数的多少、每次停电的时间长短、自己有无其它供电设备等等。若一般能保证正常供电，只是偶有瞬时停电，这时可选普通型UPS，其持续供电时间足以满足使用要求：若停电时间稍长，选的普通型UPS其最短持续供电时间应足以保证操作员做好停机前的所有工作；对要求长时间不能断电的用户，若无其它供电设备，可选择长效型UPS，供电时间可达8小时以上。
        5.品牌的确定：由于我国UPS市场的蓬勃发展，各种品牌的UPS充斥国内市场，其中即有高质量的产品，也有劣质产品，良莠不齐，给我们的选购者带来了很大的困难。下面就国内市场上常见的一些名牌UPS产品作一介绍，以期对选购者有些帮助。
        (1)APC  美国著名UPS牌号，结构先进，效率高，采用在线互动技术。具有多种系列：
        ①小功率后备式，Back系列，250-1250VA，具有自动关机功能。
        ②小功率在线式，Smart系列，250-2000VA，具有电池耗尽报警、抗干扰、防磁辐射、配置故障诊断软件等功能。
        ③模块式，Matrix系列，有3KVA，5KVA型，可扩充、易组合、可简便实现长时间供电，具有自我管理功能。
        (2)BEST世界著名的UPS电源厂家，生产高智能化的UPS，可与所有操作系统兼容联系，并具有独特的可容错的逆变器，效率可达93-98%。有多种系列：
        ①Patriot系列250-1250VA
        ②Fortress系列360-5000VA
        ③FERRUPS系列500VA-18KVA
        ④UNITY/I系列3.75-10KW(单相)；5-90KW(三入单出)；10-250KW(三入三出)
        (3)BORRI  意大利产品，采用微处理器控制，大功率晶体管模块以及双逆变器输出方式，具有可靠性高、效率高、抗干扰能力强、输出波形失真小等优点。有多种系列：
        ①CPS MONO PLUS系列7.5-25KVA，三相380V输入，单相220V输出
        ②CPS Ⅱ系列10-100KVA，三相380V输出
        ③ET Ⅱ系列125-350KVA，三相380V输入，三相380V输出
        (4)DANTO  台湾产，属普及型产品，内含变抽头式交流稳压器，容量为500-2000VA，维持时间5-8min，另有长延时主机型LUPS：500VA，1000VA，可外接蓄电池柜。主要特点是价格便宜，能满足一般用户要求。
        (5)DELTEC   美国，其生产的UPS具有设计先进、效率高、超载能力强、可靠性高及RS232智能接口等优点，采用“三端口”技术，即运用单转换技术，使UPS性能达到最佳。
        ①Power Rite-Pro 400-2200VA
        ②2000系列2-5KVA
        ③90S系列8-18KVA
        ④8000系列10-30KVA
        ⑤9000系列30-60KVA
        (6)EXIDE  美国，采用模块化、智能化等先进技术，可选择多种输入电压、频率及相数，还可选择三相输出或单相输出，平均无故障时间MTBF为20万小时。有以下几个型号：
        ①Powerware Personal 1-2KVA
        ②Plus 3-375KV
        此产品在我国的银行、油田、电力系统等部门占有一部分市场。
        (7)GOMA(创统)  公司总部设在香港，为普及型产品，内含交流稳压环节，产品从250VA-6.25KVA构成系列，其中以后备式600VA及1200VA为内型产品，还有在线式1000VA及2000VA规格。同DANTO一样，以低价格的优势占有国内一部分市场。
        (8)IM  瑞士.深圳威斯必得公司总代理。其产品双机热备份，联网，全部系列通过ISO9001标准。国内型号有：
        ①IM061 1-15KVA
        ②IM065 25-120KVA
        ③IM090 120-500KVA
        其IMEL系列长延时UPS在国内铁路系统运用后受到好评。
        (9)IPM  美国.属高档产品，有好下几个系列：
        ①DP型：20-600KVA，适应恶劣环境
        ②EP型：32-167KVA，采用内置冗余技术
        ③BR+/IBP+型：10-300KBA，全数字控制，智能化，电源管理软件丰富。
        ④小功率S-100系列300-2000VA；S-900系列3-15KVA第二代数字控制，可调整运行参数，网络操作功能丰富，具有RS232通讯口。
        (10)IWATEC  瑞士.内置自动测试系统，可进行故障诊断，具有抗尖峰、抗浪涌及防磁辐射功能。
        ①S/100系列10-100KVA三入三出
        ②S/200系列125-250KVA三入三出
        ③S/300系列320-400KVA三入三出
        ④M/70系列3-10KVA单入单出
        ⑤M/80系列3-20KVA三入单出
        (11)MERLIN GERIN(梅兰日兰)  法国.其典型产品Comet彗星系列(5-30KVA)采用IGBT功率器件，源侧功率因数接近1，对市电不会产生谐波士干扰，可配置软件对UPS进行故障诊断，并具有遥控信息指示及远程监视等功能。其MTBF号称49万小时；Galaxy银河系列(40-240KVA)同样具有上述技术特点。它可以说是最早进入我国的国外UPS厂商，在油田系统中广泛使用。
        (12)N.S集团(捷联)  意大利. 其产品符合RDT(美国军用标准)AQAP(北约军事机构)等多项高标准，MTBF超过15万至20万小时。
        ①SM系列5-15KVA
        ②ST系列10-200KVA
        (13)SANTK(山特)  美国.具有完善的机内自动保护功能，体积较小，以其使用方便、价格便宜为优势，在我国占有相当大的市场。后备式(M8232-8262)有500W、1KW方波，600VA、1KVA正弦波等规格；在线式(M2022-2112)有1-10KVA正弦波等规格。长效型LUPS为1000W。
        (14)SENDON(山顿)  美国.具有自动存盘软件，电池有双重保护，内置交流稳压器，可由发电机直接供电。后备式有500W、1KW、1.2kW方波输出，还有1200S正弦波输出等规格，长时间在线式1000LC、1000LE有外接蓄电池，还有3750VA和6-25KVA在线式UPS。
        该产品在我国销量较多，是山特的主要竞争对手。
        (15)SILE(西力)  意大利.采用三端口技术制成大功率UPS，具有源侧功率因数高，EPLD可擦除编程逻辑器、光纤通信及多机直接并联等特点。
        ①单相机300W-10KW
        ②TR3000系列三相机12.5VA-60KVA
        ③TR2000系列三相机100-250KVA
        (16)UPSONIC(创力)  为美国产品，但国内产品多来自台湾，种类较多：
        ①后备式PC Might 25型(250VA)，35型(350VA)，50R型(500VA)，100R型(1000VA)具有交流稳压、强滤波和吸收突波功能，可配监控软件。
        ②在线式1-10KVA模块结构，可外接长时间供电柜，有自动保护功能。
        ③TR3000系列12.5-60KVA 80-120KVA
        ④大功率HIPOWER 250-400KVA
        该产品比较适合我国国内的电网。
        (17)VICTRON  荷兰.与美国IPM公司联合，为欧洲产生UPS的主要厂家。主要有三个系列：
        ①PICO系列250-800VA单相后备式，正弦波
        ②MICRO400-3000VA单相在线式，正弦波，源侧功率因数接近1
        ③DELTA3-3KVA在线式，内有：DELTA11 3-8KVA单入单出；DELTA31 5-20KVA三入单出；DELTA33 7.5-30KVA三入三出等几种型号，可适合任何性质的负载。
        上述UPS为境外品牌，境内也有一些较好的UPS品牌：例如上海复华的“保护神”系列，北京恒声的“恒电”，深圳南方的“迈普”系列、华达的UPS系列，福建科华的在线式FR系列及后备式N、L型UPS，苏州安电的MA系列，中科院计算所的DF系列等等。
        国内的UPS产品主要以3KVA以下的小功率后备式为主，技术性能完全可与国外同类产品相媲美，可供国内广大用户选择，作为替代进口货的产品使用。
        6.选择怎样的UPS，应综合考虑各个方面，下面是应考虑到的一些地方：
        (1)不买无名的劣质产品。由于UPS生产厂家颇多，难免良莠不齐，因此选购时不能只以价格为标准。有些UPS生产厂家设计不周全、外购件质量不佳、缺乏严格的装配调试工艺，生产出来的UPS合格率特别低，此类产品虽然价格便宜，但性能无法保证，购买这种UPS是得不偿失的。
        (2)从实性方面来考虑。由于市场上UPS的种类繁多，性能从低到高、配置从少到多一应俱全，因此购买时一定要着眼于实用，不要盲目追求多功能、高指标。实际对许多用户而言，某些功能根本用不上，某些功能完全可以简化，这样在价格方面可降低不少，从而获得性价比很满意的UPS产品。
        (3)从UPS的可维护性方面来考虑。注意所选UPS是否有完善的自动保护功能及性能良好的充电系统。前者是UPS安全运行的基础，后者能保证UPS有额定的输出功率和电池有较长的使用寿命。并且，就近最好有维修点，这样便于咨询和快速维修。
        二、UPS的使用
        1.配置形式鉴于UPS在整个系统中的重要作用，UPS自身的可靠性就变得十分重要了。虽然UPS的MTBF指标越来越高，但由于元器件使用寿命的限制，以及不正确操作使用等，仍有可能使UPS发生故障。为提高整个系统工作的可靠性，对UPS的配置形式应做一定的考虑：
        (1)有旁路式：见图1.UPS与市电并联供电，采用锁相技术，使两者同步。当UPS损坏时可通过联结开关转为市电供电。这是单一的UPS配置方案，可靠性相对差些。
        (2)并联冗余式：见图2.两台UPS并机运行，各承担50%的负载，一台损坏时，另一台自动转为满载工作。此种配置既提高了系统可靠性，又方便了系统的扩容(用容量较小的UPS单元组成输出容量较大的UPS系统)。
        (3)分隔盈余式：见图3.一台UPS作为热备份，只在主UPS损坏时才工作。与图2相比，可节省并联装置。
        (4)带连开关式：见图4.两台UPS独立工作，一台损坏时，另一台则承担全部负载。要求UPS的容量储备较大。
        注：图中UPS为不间断电源，S为联结开关，L为负载
        2.注意事项：
        (1)三相输出的UPS要求三相的负载平衡，否则将降低供电质量。另外，中性线(三相四线制)不宜作为交流保护地线。因为中性线有时会出现负载电流，这时中性线就成了对电源的干扰源。应专门从中性线点引一根线作为交流保护地线，即采用三相五线制供电。
        (2)由于UPS的功率是在0.8的功率因数下(微电容性)得到的，故在纯电阻或电感性负载的情况下，UPS的功率会降低。即1KW的功率在纯电阻负载下输出功率只能达到0.8kW，在感性负载下输出功率将更低，这一点应特别注意。一般所接负载的功率因数最好在0.7以上。
        (3)后备式方波输出的UPS，其输出的方波脉冲宽度和峰值是负载电流的函数。UPS的负载越重，脉冲越宽，但峰值越小。因此此类的UPS不能接象日光灯之类的负载，否则易损坏UPS。
        (4)当UPS通过静态旁路开关转由备用电路供电时，若切换的瞬间同步不严格，将导致“反灌噪音”，即市电通过旁路开关进入逆变器。这时极易造成大功率管的损坏，严重的会使逆变器爆炸。为避免这种现象发生，建议逆变器输出的电压稍调高一些，一般高出5-8伏即可。
        (5)UPS中的蓄电池是储存电能的装置，一般为免维护的密封式铅酸电池。正确使用蓄电池是延长其使用寿命的关键：一般蓄电池每次放电后，应利用UPS电源内部的充电电路对其进行浮充电，起码要浮充十小时以上，才能使蓄电池全部处于饱和充电状态。当蓄电池放电终了电压低于规定值时(12V蓄电池终了电压为10.5V蓄电池为21V)，应先进行均衡充电，即把每个电池单元并联起来，用统一的充电电压进行充电，然后才能进行浮充电。对后备式电源，建议每隔一个月让UPS处于逆变状态下工作2-3min，以激活蓄电池，可延长其使用寿命。