机房UPS不间断电源设计方案(服务器机房)

机房UPS不间断电源设计<服务器机房）
1、最新UPS选型理念
UPS的生产商习惯按其主电路结构的技术属性来对UPS进行分类，这种分类也已被广大用户接受，并以此来判定UPS的优劣。

第一类为后备式，主要有APC的BK500，山特的TG500；第二类为在线互动式，主要有APC的SmartUPS；第三类为在线双变换式，主要有MGE和EXIDE的大机；第四类为在线电压补偿式，主要有APC秀康DP300系列UPS。

而具体描述UPS的技术性能指标有四大类：1>对电网的适应能力；2>满足负载要求的UPS常规输出指标；3>UPS的输出能力和可靠性；4>智能管理和通信功能。

那么在这四大类指标中，比较和选择UPS应重点关注哪些特性呢？以下是当前专家和行业大用户普遍认可的一些观点：a．选择大功率UPS要慎重考虑UPS的输入功率因数和输入电流谐波<电力公害问题）。

双逆变在线式UPS，其AC/DC逆变器多为整流滤波电路，它的输入功因数低，一般只在0.8左右，输入电流谐波大，达30％，加专门滤波措施后，也仅能降到10％。

输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流则干扰破坏电网，特别是三相大功率UPS这两项指标危害很大，形成所谓的电力公害，这会1>使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热、加速老化；2>引起异步电动机转矩降低，振动加剧噪声增大；3>引
起继电器和自动装置误动作，其次谐波对通讯线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电能计量的精度等。

所以，UPS的输入功率因数和输入谐波电流应被视为重要性能指标之一，应该把输入功率因数＞0.95，输入电流谐波＜5％作为判定UPS性能指标是否合格的标准之一。

欧美发达国家早已立例，严格限制用电设备对电网的污染。

我国有关部门亦正制订相关法规，施行日期亦不会遥远，因此用户在购买UPS不间断电源时，若不考虑此因素，将会留下日后治理的诸多麻烦，造成经济上的重大损失，同时也会因为治理而产生系统效率降低，可靠性下降等副作用。

作为UPS，相应有三类解决方案。

第一，对于带有整流滤波输入的传统双变换UPS，无论是采用相控或不控整流，从市电吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网吸取电流，使得这类UPS具有谐波电流，功率因数低、效率低，对电网造成较大的污染，若采用12脉冲整流及输入滤波器，虽然可以将输入功率因数改善到0.95，谐波电流小于5％，但系统的总效率降低到90％左右，且成本增加，可靠性下降。

第二，输入整流器采用高频化整流技术，输入功率因数≈1，输入总谐波电流＜5％，对电网无污染。

但电路复杂，AC－AC总效率一般为92％左右。

第三，采用双逆变电压补偿在线式的UPS，其输入端是一个四象限高频逆变器，从市电吸取的电流是连续的正弦波，且与输入电
压同相位，因此其输入功率因数≈1，输入谐波电流≤ 3％，对电网无污染。

AC－AC总效率高达96％。

由上可见，目前只有采用双逆变电压补偿在线式UPS，才能在获得输入功率因数≈1，输入谐波电流＜3％的同时，保持UPS系统AC－AC总效率达96％或以上。

双逆变电压补偿在线式UPS为APC公司专利技术。

APC Silcon 20K系列大型UPS，即属此类。

b．要考虑UPS的输出能力与可靠性。

输出功率因数、输出电流波峰系数、输出过载能力、输出不平衡负载的能力等指标，直接反映了UPS的输出能力，对这些指标的限制，说明了UPS输出能力的局限性和脆弱的一面，尽管在配置UPS容量时尽可以使负载满足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但这些指标却直接反映了UPS的可靠性。

过载能力强，允许输出电流波峰系数高的，对负载功率因数限制小的，在同样电网环境和负载条件运行，其可靠性必然高，这是毋容置疑的道理。

c．要考虑效率与可靠性
UPS的工作效率高时，意味着节省电能，这是绿色电源的标志之一。

但还应该注意到效率与可靠性是密切相关的，效率高意味着电路技术先进，元器件选用得好，意味着功器件功率损耗小，功率强度小，温度低，这必然会增强元器件乃至整机的寿命和可靠性。

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2、APC秀康SL20KW系列UPS的性能优势
秀康SL20KW系列UPS有绿色电源之称，DELTA逆变器技术把电压补偿原理成功地运用到UPS主电路中，使Silcon UPS的指标在很多方面超过其它同类产品，就目前情况下，有的指标是其它方案的UPS无论如何也达不到的。

下面的八个指标体现了Silcon UPS的优越性：
1、输入功率因数等于1对于一般UPS而言，要提高输入功率因数，就必须加输入功率因数校正电路，成本很高。

但是，Silcon UPS却轻易实现了输入功率因数为1，它借助于DELTA逆变器对输入电流进行调制，使UPS的输入端对电网来说相当一个纯线性电阻，输入电流和电压完全同相。

在整个负载电流范围内，输入功率因数都很高，这是其它校正技术难以实现的。

输入功率因数高的好处有两点：
①减少了无功电流对电网的污染；
②使输入无功功率为零，可降低电网功率容量，可用 1.2<考虑效率和传输损耗）的电网容量和油机的功率容量向UPS配电，而一般功率因数低的UPS则需要1.5倍的电网功率容量或2.5－3倍的油机功率容量向UPS配电。

同时还降低其它供电设备诸如开关、传输线、熔断器、变压器等的功率容量，降低设备投资成本。

2、对电网无高次谐波干扰
一般UPS的输入电压电流都有很大失真，输入端的可控整流电路可使电流谐波失真高达30％以上，既使增加外部滤波装置也仅能
降至10％，而Silcon UPS的输入电流电压不仅同相，而且是纯正的正弦波，谐波电流可降至3％以下，这是其它UPS很难做到的。

3、整机AC-AC效率可达96％
一般UPS与Silcon UPS 的效率比较如下：
输出功率 <10KV A 10-100KV A >100KV A
一般UPS效率 <86% <90% <92%
Silcon UPS效率 >95% >96% >96%
Sicon UPS所以效率高，是因为逆变器最大只承担了负载功率的20％。

以10KV A-100KV A 的一般双逆变器UPS而言，其效率大约为88％，即UPS本身损耗12％，这12％中，又分为维持UPS运行的最低损耗<例如3％）和因为负载电流存在而附加的损耗<例如9%），而在Silcon UPS中可将由负载存在造成的9％的损耗降低至接近2％，这样总的损耗不过是5％。

效率高本身就意味着节省能源，降低能源成本，以100KV A的UPS为例，与一般双逆变器UPS相比，使用Silcon可把电能损耗降低7％，即7KW，如果常年连续运行，每年节约24<小时）x 365(天>x7KW=61320KWH。

按1.2元/KWH计，每年节省76584人民币。

如果再加上20％的空调费用，每年可节约9万人民币。

Silcon的效率高，这是任何双逆变结构的UPS不可能达到的。

4、UPS主机功率器件的寿命长，可靠性高
UPS主要器件的寿命可靠性是与它承担的功率<功率强度）有直接关系的，一个大功率半导体器件的寿命和可靠性直接与它承担的电压、电流、功耗和壳温有关，以功耗而言，在其额定功率范围内，实际使用功率如增大一倍，其平均寿命就降低20-30％<非线性关系）。

在市电存在的情况下，Silcon UPS主逆变器只承担了20％的负载功率，这与一般UPS<承担100％的负载功率）相差相当悬殊。

功率器件的寿命和可靠性的提高是显而易见的。

5、UPS功率余量大，增强了抗冲击负载的能力
逆变器不在UPS主电路中，其本身又有几倍的功率余量，再加上主电路器件<开关、容断器、变压器等）同样具有较大的功率容量，所以UPS对冲击性负载具有极强的适应能力。

例如电机启动、线性变压器上下电时的随机饱和等，常常造成在负载开机时瞬间损环UPS。

6、增强了过载能力
同样是因为逆变器功率容量的余量很大，Silcon UPS的过载能力比其它UPS要强，如果Delta逆变器的功率选择得与额定负载功率相同，那么在有市电的情况下，Silcon UPS的过载能力理论上可接近500％。

因为Delta逆变器的功率选择得较小，Silcon UPS的实际过载能力为：
120％时可连续工作
150％时可工作10分钟
200％时可工作1分钟
此项性能标高于所有其它品牌的UPS过载指标。

7、允许100％不平衡负载
因为Silcon UPS的输入端没有三相整流设备，因此很容易将三相电路分开，每相都有各自独立的控制系统，因此可承受三相100％的不平衡负载，实际上在100％负载不平衡和输入电压偏离额定值并达到上限或下限的情况下，逆变器也仅仅有20％的不平衡负载，所以对整机的影响是微不足道的。

这上点也是其它电路方案的UPS很难做到的。

这些特点都是其它UPS无可比美的。

型号 SL20KH
输出功率 20KW / KV A
满载输出电流(380V> 29.0
最大输入电流 37.6A
额定负载发热量 0.9KW
高×宽×深(mm> 1400×600×800
重(Kg> 212
APC Silcon UPS SL20KH (20KV A/KW> 设备技术参数一览表
基本规格
静态旁路开关内置
通讯接口 DB-25RS-232(内置>
并联运行内置
报警继电器板内置
运行环境温度 0－＋40℃<reduced）
运行相对湿度 0～95%<无冷凝水、凝露）
运行海拔高度 1000M
噪音(距离1M处> 52dBA(100%负载>
防护等级 IP30
安全性 EN50091－1，UL1778，
国际认证 C-tick,CE,ISO9001,ISO14001,TUV,EN50091-1
辐射与抗干扰性 EN50091－2，FCCA类，符合CISPR22标准要求
充电特性 DIN41773
先进的电池监测可编程
自动启动可编程
电源附件隔离变压器、维修旁路面板、远程显示设备、外部电池箱、外部静态旁路开关
管理附件PowerChute网络关闭软件、Web/SNMP管理卡、Master Switch、可控电源插座、环境监控卡、电话线远程管理卡输入规格
输入联接方式硬线联接五线制或四线制
输入电压(主电路和旁路> 3×380／400／415V AC
输入电压允许波动范围 ±15％
旁路电压范围 ±10％<标准）±4，6，8，10％可编程
输入频率 50Hz±6%<标准），±0.5-8%可编程
同步跟踪速率 1HZ/秒 (0.25,0.5,1,2,4HZ/秒>
输入功率因数＞0.97<负载25％），>0.99<负载100％）输入电流曲线纯正弦波
输入电流谐波失真 <5%
输出规格
输出电压 3×380／400／415；
输出电压容限(静态对称负载> ±1％
(静态非对称负载> ±3％
(动态0-100%突变负载> ±5％
输出电压精度<静态平衡负载） ±1％
<静态不平衡负载） ±3％
<0-100%负载阶跃） ±5％
瞬态电压恢复时间≤20ms(1周波内>
电压失真<线性负载）最大3％
<非线性负载最大5％
输出频率 50Hz<市电同步）
±0.1%<晶振频率）
频率同步范围 ±0.5-8%可编程
频率跟踪速率 1HZ/秒(0.25,0.5,1,2,4HZ/秒>
负载功率因数 0.8滞后至0.9超前
过载能力<市电运行） 200%—60秒，125％－10分钟
<电池运行） 150％－30秒
(旁路运行> 125%—稳定，1000%—500ms
满载AC-AC输出效率 95.8%
半载AC-AC输出效率 92.3%
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