隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和5G等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心也迎來(lái)了一個(gè)飛速變革的時(shí)期。作為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的重要組成部分，UPS也開(kāi)始發(fā)生變化。可靠、高效和易用易維護(hù)等品質(zhì)與性能，成為越來(lái)越多UPS廠家和數(shù)據(jù)中心用戶(hù)關(guān)注的重點(diǎn)。

今天，前海主要向您介紹靜態(tài)UPS目前市場(chǎng)應(yīng)用最多的一種產(chǎn)品——雙變換UPS。

1工作原理

顧名思義，雙變換UPS需要進(jìn)行兩次電力交換，即市電交流輸入首先要經(jīng)整流器變換為直流電，然后再經(jīng)逆變器變換為交流電。與此同時(shí)，整流器/充電機(jī)或獨(dú)立的蓄電池充電機(jī)給蓄電池充電。

典型的雙變換UPS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

雙變換UPS常常被稱(chēng)為“在線UPS”，其本來(lái)的意思是“負(fù)載總是由逆變器供電，不管市電交流輸入電源的情況如何”。但術(shù)語(yǔ)“在線（on line）也表示‘在市電上’的意思”，為了避免定義的混淆，IEC62040明確提出不再使用術(shù)語(yǔ)“在線UPS”，而使用術(shù)語(yǔ)“雙變換UPS”。當(dāng)前絕大多數(shù)在線式UPS都采用雙變換電路結(jié)構(gòu)。

2性能特點(diǎn)

雙變換UPS的負(fù)載始終由逆變器連續(xù)供電，無(wú)論逆變器是由整流器供電還是由蓄電池供電。UPS的輸出電壓和輸出頻率均不依賴(lài)于市電輸入電壓和頻率。輸出波形在正常方式下和儲(chǔ)能方式下均為正弦波。

2.1優(yōu)點(diǎn)：

（1）市電干擾完全隔離。由于整流器和逆變器使負(fù)載與市電電源隔離，抑制了市電的各種干擾，可以保護(hù)浪涌/尖峰、線路噪聲、欠壓、過(guò)壓、雷電、頻率變化、電壓失真、電壓諧波、電源中斷等市電電源的干擾。逆變器輸出帶有隔離變壓器，可以對(duì)負(fù)載進(jìn)行共模噪聲保護(hù)。

（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短暫。交流輸入電源故障時(shí)，可瞬時(shí)從正常方式轉(zhuǎn)換到儲(chǔ)能方式，轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸出電源無(wú)中斷，或者說(shuō)轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。但是UPS故障時(shí)，從正常方式轉(zhuǎn)換至旁路方式的轉(zhuǎn)換時(shí)間為1～4ms。

（3）蓄電池壽命較長(zhǎng)。無(wú)論運(yùn)行在內(nèi)同步或外同步，逆變器需要的直流電源都來(lái)自整流器，一般只有當(dāng)交流輸入電源電壓超出規(guī)定的范圍或故障時(shí)，UPS才轉(zhuǎn)入儲(chǔ)能方式，由蓄電池放電供給逆變器。蓄電池放電的幾率相對(duì)較?。ū绕渌魏蜺PS的蓄電池放電的幾率都小），故可延長(zhǎng)蓄電池的壽命。

（4）輸入輸出電壓性能好。雙變換UPS的輸入電源的電壓允許的變動(dòng)范圍很寬（例如+15%～-20%），輸出電壓的靜態(tài)和瞬態(tài)精度很高（例如，可達(dá)到　1%，0.5%）。輸出頻率穩(wěn)定度高（內(nèi)同步時(shí)，±0.005Hz），因此，UPS還可用做變頻器。

（5）可靠性最高。雙變換UPS的整流器和旁路輸入一般由兩個(gè)獨(dú)立的輸入端子接入，這大大提高了UPS的故障容限。目前80%的UPS均采用這種架構(gòu)，輸出為正弦波，主要對(duì)IT負(fù)載或其他行業(yè)重要負(fù)載提供保護(hù)。

2.2缺點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高。由輸入斷路器、輸入濾波器、整流器/充電機(jī)、逆變器、輸出變壓器、輸出接觸器、蓄電池?cái)嗦菲鳌⑿铍姵?、旁路輸入熔斷器、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)/旁路接觸器等所組成，操作和維護(hù)較為復(fù)雜，一般成本比較高。

（2）能量損耗大效率低。雙變換UPS的整流器和逆變器所進(jìn)行的整流和逆變兩次變換的功率是100%的負(fù)載功率，因?yàn)樽儞Q過(guò)程中的能量損耗與所變換的次數(shù)、變換的功率成正比，所以雙變換UPS系統(tǒng)效率較低。

（3）輸入端諧波干擾大。由于雙變換UPS輸入端一般都采用相控整流器，相控整流器產(chǎn)生的輸入諧波電流對(duì)交流輸入電源造成嚴(yán)重干擾。特別在由備用發(fā)電機(jī)組供電時(shí)影響大，需要配置至少2～3倍UPS容量的柴油發(fā)電機(jī)組。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在UPS輸入端增加濾波器或采用12脈沖整流器加以解決。

2.3應(yīng)用：

目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的就是雙變換UPS，此類(lèi)型的UPS功率從小到大都有，跨度比較大，1kVA~1200kVA。

3工作模式

雙變換UPS的工作狀態(tài)有很多種，主要有正常模式、旁路模式、蓄電池模式、維修旁路模式。

• 當(dāng)市電正常時(shí)，負(fù)載只從市電獲取電能，交流電源的電壓、波形由UPS本身控制

• 當(dāng)市電中斷時(shí)，由蓄電池通過(guò)逆變器向負(fù)載供給電能

• 當(dāng)UPS自動(dòng)或人工干預(yù)轉(zhuǎn)至旁路時(shí)，由旁路電源向負(fù)載進(jìn)行供電

• 當(dāng)UPS需要進(jìn)行檢修、維修、清潔時(shí)，人工將UPS轉(zhuǎn)入維修旁路，由市電直接向負(fù)載供電

3.1正常模式

在正常模式下，市電提供給負(fù)載的所有電力都經(jīng)過(guò)整流/充電機(jī)和逆變器的雙重變換，即整流器將市電交流電變換為直流電，供給逆變器，逆變器將直流電變換為交流電，供給負(fù)載，雙變換UPS因此而得名。

此時(shí)，整流器輸入斷路器閉合，蓄電池?cái)嗦菲鏖]合，逆變器輸出接觸器閉合。經(jīng)過(guò)濾波和整流-逆變兩級(jí)電力變換，輸出與旁路電源同步的高質(zhì)量交流電源。整流器還為蓄電池提供充電電流，以保持電池處于滿(mǎn)充狀態(tài)。

3.2旁路模式

在正常模式下，如果UPS檢測(cè)到過(guò)載、負(fù)載故障或UPS內(nèi)部故障，將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到旁路模式。在旁路模式下，逆變器輸出接觸器斷開(kāi)，旁路電源（市電）經(jīng)熔斷器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)直接為負(fù)載供電。

從正常模式轉(zhuǎn)換到旁路模式的過(guò)程是先接通靜態(tài)開(kāi)關(guān)，然后接通與靜態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)的接觸器，接觸器一旦接通，靜態(tài)開(kāi)關(guān)就自然關(guān)斷。所以，在旁路模式運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)旁路接觸器供電的，靜態(tài)開(kāi)關(guān)只是短時(shí)接通。因此，轉(zhuǎn)換到旁路模式供電的過(guò)程即迅速又可靠。

從正常模式轉(zhuǎn)換到旁路模式也可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。如果從正常模式轉(zhuǎn)換到旁路模式不是手動(dòng)完成的而是因故障轉(zhuǎn)換的，則UPS將會(huì)自動(dòng)試圖返回正常模式以確認(rèn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到旁路模式的原因，一般在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)回3次，當(dāng)?shù)?次被轉(zhuǎn)換到旁路時(shí)，即認(rèn)為故障確實(shí)存在，UPS將鎖定到旁路模式，并告警。

3.3蓄電池模式

當(dāng)UPS工作在正常模式時(shí)，如果市電中斷或市電的指標(biāo)超出規(guī)定的指標(biāo)，UPS將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到蓄電池模式。在蓄電池模式下，蓄電池?cái)嗦菲鏖]合，逆變器輸出接觸器閉合。蓄電池供給逆變器直流電，逆變器繼續(xù)運(yùn)行，不間斷地為負(fù)載供電。UPS系統(tǒng)在蓄電池模式下運(yùn)行的時(shí)間取決于蓄電池的容量和負(fù)載的大小。

當(dāng)蓄電池放電即將終止時(shí)，如果旁路電源可用，則轉(zhuǎn)換到旁路電源供電。如果此時(shí)旁路電源不可用，則UPS系統(tǒng)給出“即將關(guān)機(jī)”的警告，大約在運(yùn)行約2分鐘后負(fù)載就會(huì)斷電。如果市電電源恢復(fù)到規(guī)定的指標(biāo)，UPS將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到正常模式。返回正常模式不是瞬時(shí)完成的，整流器承擔(dān)的負(fù)載功率是逐漸增加的，直到達(dá)到正常模式的狀況。

3.4維護(hù)旁路模式

當(dāng)UPS需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，通過(guò)手動(dòng)的方式將負(fù)載無(wú)間斷的切換到維修旁路模式，這樣可以將UPS的內(nèi)部進(jìn)行隔離，在不中斷負(fù)載運(yùn)行的情況下對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)和檢修。

此時(shí)，整流器/充電機(jī)，逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，并從主電源隔離出來(lái)。蓄電池被其保護(hù)性斷路器隔離。

4日常維護(hù)與檢修

4.1檢查內(nèi)容

• 清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度

• 連接處有無(wú)松動(dòng)情況，腐蝕現(xiàn)象，檢測(cè)連接條壓降

• 電池外觀是否良好，有無(wú)殼變形和滲漏

• 極柱、安全閥周?chē)欠裼兴犰F溢出

• 主機(jī)設(shè)備、各運(yùn)行模式是否運(yùn)行正常

• ······

4.2注意事項(xiàng)

• 電池的測(cè)試時(shí)間為3-6個(gè)月

• 檢查UPS的歷史曲線，特別要檢查電池的使用情況

• 3-4個(gè)月要對(duì)電池進(jìn)行一次放電，放電時(shí)要放掉電池容量的10%，放電時(shí)間據(jù)電流的具體情況而定

• 檢查時(shí)注意電壓情況，若低于360V以下就要注意檢查電池是否有損壞

• 必要時(shí)要使用專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀器進(jìn)行檢查，如電阻儀等

• 如果電池有損壞，則要一個(gè)一個(gè)進(jìn)行排查，找出損壞源并及時(shí)更換電池

• 檢修過(guò)程中要特別注意用電安全，保障人員和設(shè)備都能完好無(wú)損

• ······

對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，發(fā)生宕機(jī)事件是不可接受的，特別是一些關(guān)鍵設(shè)備必須受到保護(hù)，不能受任何電源質(zhì)量問(wèn)題的影響，而備用UPS甚至是互動(dòng)式UPS由于自身性能問(wèn)題，是不能夠滿(mǎn)足大型或復(fù)雜的敏感型負(fù)載的要求。在這種情況下，雙變換UPS至關(guān)重要的。

本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心里的在線雙變換UPS有什么特點(diǎn)？

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