UPS的中文意思為“不間斷電源”，是英語“UninterrupTIble Power Supply”的縮寫，它可以保障計算機(jī)系統(tǒng)在停電之后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤，使您不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。

　　UPS不間斷電源在計算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，主要起到兩個作用：

　　1、應(yīng)急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給計算機(jī)造成損害；

　　2、消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為計算機(jī)系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。

　　從基本應(yīng)用原理上講，UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。

　　1）整流器：整流器是一個整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電（DC），經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時又起到一個充電器的作用；

　　UPS電源的使用操作規(guī)程：

　　1）UPS電源的場所擺放應(yīng)避免陽光直射，并留有足夠的通風(fēng)空間，同時，禁止在UPS輸出端口接帶有感性的負(fù)載。

　　2）使用UPS電源時，應(yīng)務(wù)必遵守廠家的產(chǎn)品說明書有關(guān)規(guī)定，保證所接的火線、零線、地線符合要求，用戶不得隨意改變其相互的順序。比如，美國某品牌UPS電源的交流輸入接線與我國的交流電輸入插座的連接方式正好相反。還有例如EAST〈東方〉的三相UPS需要注意相序問題，否則會出現(xiàn)相序錯誤報警，其他品牌也是如此。

　　3）嚴(yán)格按照正確的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行作，避免因負(fù)載突然加上或突然減載時，UPS電源的電壓輸出波動大，而使UPS電源無法正常工作。

　　4）禁止頻繁地關(guān)閉和開啟UPS電源，一般要求在關(guān)閉UPS電源后，至少等待6秒鐘后才能開啟UPS電源，否則，UPS電源可能進(jìn)入“啟動失敗”的狀態(tài)，即UPS電源進(jìn)入既無市電輸出，又無逆變輸出的狀態(tài)。

　　5）禁止超負(fù)載使用，廠家建議：UPS電源的最大啟動負(fù)載最好控制在80%之內(nèi)，如果超載使用，在逆變狀態(tài)下，時常會擊穿逆變?nèi)龢O管。實踐證明：對于絕大多數(shù)UPS電源而言，將其負(fù)載控制在30%～60%額定輸出功率范圍內(nèi)是最佳工作方式。

　　6）定期對UPS電源進(jìn)行維護(hù)工作：清除機(jī)內(nèi)的積塵，測量蓄電池組的電壓，更換不合格的電池，檢查風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況及檢測調(diào)節(jié)UPS的系統(tǒng)參數(shù)等。

　　電池供電時間計算

　　電池供電時間主要受負(fù)載大小、電池容量、環(huán)境溫度、電池放電截止電壓等因素影響。一般計算UPS電池供電時間，可以計算出電池放電電流，然后根據(jù)電池放電曲線查出其放電時間。電池放電電流可以按以下經(jīng)驗公式計算：

　　放電電流=UPS容量（VA）&TImes;功率因數(shù)/電池放電平均電壓&TImes;效率

　　如要計算實際負(fù)載放電時間，只需將UPS容量換為實際負(fù)載容量即可。

　　2）蓄電池：蓄電池是UPS用來作為儲存電能的裝置，它由若干個電池串聯(lián)而成，其容量大小決定了其維持放電（供電）的時間。其主要功能是：1當(dāng)市電正常時，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存在電池內(nèi)部。2當(dāng)市電故障時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能提供給逆變器或負(fù)載；

　　3）逆變器：通俗的講，逆變器是一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成；

　　4）靜態(tài)開關(guān)：靜態(tài)開關(guān)又稱靜止開關(guān)，它是一種無觸點開關(guān)，是用兩個可控硅（SCR）反向并聯(lián)組成的一種交流開關(guān)，其閉合和斷開由邏輯控制器控制。分為轉(zhuǎn)換型和并機(jī)型兩種。轉(zhuǎn)換型開關(guān)主要用于兩路電源供電的系統(tǒng)，其作用是實現(xiàn)從一路到另一路的自動切換；并機(jī)型開關(guān)主要用于并聯(lián)逆變器與市電或多臺逆變器。

　經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)重要的能源基礎(chǔ)。隨著工業(yè)文明的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)對電力質(zhì)量的要求越來越高，為了保障工業(yè)過程以及日常工作的連續(xù)性，UPS應(yīng)運(yùn)而生，成功的解決了電力中斷以及電力質(zhì)量差的問題，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、通信、醫(yī)療、計算機(jī)、交通、銀行、證券等。

　　1 UPS的現(xiàn)狀

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，UPS技術(shù)El新月異，管理體系不斷完善，功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷的擴(kuò)大。

　　1．1技術(shù)方面

　?。?）現(xiàn)已廣泛采用與傳統(tǒng)諧振式ZUS、ZCS軟開關(guān)不同的廣義軟開關(guān)技術(shù)，來減小開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率。這種軟開關(guān)就是一種無損緩沖電路，它不但能使開關(guān)過程軟化，而且還具有電路簡單，不需要附加諧振網(wǎng)絡(luò)，成本低廉的特點。輸入端加裝高效輸入濾波器和有源功率因素校正器，并采用串并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)，來降低輸入電流失真度，減小UPS電源對市電電源的污染，使其向綠色電能變換型發(fā)展。

　?。?）為實現(xiàn)UPS電源小型化，減小輸出變壓器即輸出濾波器的尺寸，減小電磁干擾，防止高頻變壓器的飽和，目前在韓國采用的是串聯(lián)諧振逆變器，再經(jīng)過隔離變壓器和變頻器組成高頻連接的UPS。

　　（3）數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，即廣泛應(yīng)用數(shù)字處理器DSP，盡可能使控制電路全微處理器化。因為數(shù)字控制器具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，易于實現(xiàn)對UPS的檢測，故障診斷和隔離，易于實現(xiàn)遙控遙測，易于實現(xiàn)多臺UPS的并聯(lián)和熱插撥，易于實現(xiàn)對蓄電池的監(jiān)控和管理，也就是說，計算機(jī)的介入可以使UPS實現(xiàn)智能化管理，可以使電源運(yùn)行在最優(yōu)化狀態(tài)。

　　（4）蓄電池是UPS的心臟，目前UPS一般都使用免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，美國還運(yùn)用了高功率鉛一空氣備用電源裝置（RPU）取代蓄電池。為增大電池的使用壽命，目前使用一種三階段電池管理方案，即恒流均衡充電，浮充充電和自然放電三大階段，以防止過充、過放?，F(xiàn)已引入以微處理器 技術(shù)為主的電池管理體系，隨時觀察電池的充、放電狀態(tài)，對電池充、放電進(jìn)行雙重保護(hù)?！　　?br />
（5）采用冗余技術(shù)和熱插撥技術(shù)。

　?。?）采用智能化UPS的管理系統(tǒng)。所謂智能化UPS，是指將傳統(tǒng)的UPS與計算機(jī)相連的硬件接口，結(jié)合特殊設(shè)計的軟件，以提供計算機(jī)及數(shù)據(jù)資料的雙重保護(hù)，保證UPS在完成基本功能外，還能對一切故障進(jìn)行檢測，顯示和處理等，完全實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。

　　1．2管理體系方面

　　UPS供電系統(tǒng)從產(chǎn)生至今已有40余年，40年的歷程，UPS發(fā)展到今天已經(jīng)不再是孤立的電源技術(shù)的發(fā)展，UPS本身不再是單獨的電源系統(tǒng)，目前所說的供電機(jī)房，已成為一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集不問斷電源、機(jī)柜、電源管理、散熱、電力電纜和數(shù)據(jù)布線為一體的全套電源供應(yīng)與管理整體方案。

　　這就大大便利于用戶的選購、安裝、維護(hù)和擴(kuò)容，降低日常管理和維護(hù)的成本，并能對整個網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑進(jìn)行全面保護(hù)，使之成為不間斷供電網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)還具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)，智能化 及防雷擊、防浪涌等功能。

　　1．3設(shè)計原理和工作方式方面

　　目前可以分為離線式、在線式、在線互動式三種UPS。

　?。?）離線式UPS，也稱為后備式UPS，以小功率（5kVA）為主，主要特點是轉(zhuǎn)換效率高，易于維護(hù)，且價格低廉，轉(zhuǎn)換時間為幾ms，為絕大多數(shù)中小功率用戶首選。

　?。?）在線式UPS以大中（5kVA以上）功率為主，供電轉(zhuǎn)換時間為零，供電質(zhì)量高，可以向用戶的負(fù)載提供純凈、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抗干擾和波形失真極小的正弦波，但價格昂貴。

　?。?）在線互動式UPS以網(wǎng)絡(luò)使用為主，它結(jié)合了離線式轉(zhuǎn)換效率高和在線式供電質(zhì)量高的特點，與離線式相比，切換時間短。

　　1．4功能方面

　　UPS除了穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、不問斷供電基本功能外，逐步增加了自我控制功能、對外告警功能、集中監(jiān)控功能、環(huán)境檢測功能、自動開關(guān)機(jī)功能、聯(lián)網(wǎng)功能、電池自動補(bǔ)償和檢測功能、低功率損耗功能、直接并機(jī)功能、對線性負(fù)載和非線性負(fù)載具有同等輸出的功能，及并機(jī)時功用電池或分用電池的功能等。

　　1．5應(yīng)用方面

　　在原有的商用UPS、變頻UPS、工業(yè)用UPS的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)市場的需要又增加了計算機(jī)用UPS、有線電視用UPS、小靈通UPS。所以UPS目前已廣泛應(yīng)用于金融、電信、政府、制造行業(yè)、教育和醫(yī)療等方面。

　　2 發(fā)展趨勢

　　市場需求促進(jìn)了UPS性能的不斷提高，科技的進(jìn)步則推動了UPS技術(shù)了不斷的向前發(fā)展，使UPS向高頻化、冗余并聯(lián)化、數(shù)字化、可靠化、智能化、綠色化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。

2．1市場需求方面

　?。?）大容量級別的UPS將達(dá)到9000臺／每年的需要，并以10％以上速度不斷增長。小機(jī)市場“火爆”，市場潛力巨大。據(jù)有關(guān)人士估計，UPS電源需求量為：93．8萬臺／05年，102．5萬臺／06年，133．4萬臺／07年，122．3萬臺／08年。

　?。?）產(chǎn)品性能／價格比是贏得市場占有率的永恒主題。

　?。?）企業(yè)要走出跨國經(jīng)營，不僅要創(chuàng)出國際品牌，還要使品牌在跨國經(jīng)營中“本土化”。
要想在市場上長久發(fā)展，除提高性價比外，還要提高服務(wù)質(zhì)量，以適應(yīng)市場產(chǎn)品深層次競爭的兼并整合狀態(tài)。

　2．1技術(shù)方面

　　（1）高頻化：第一代UPS的功率開關(guān)為可控硅，第二代為大功率晶體管或場效應(yīng)管，第三代為IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。

　　大功率晶體管或場效應(yīng)管開關(guān)速度比可控硅要高一個數(shù)量級，而IGBT功率器件電流容量和速率又比大功率晶體管或場效應(yīng)管大得多和快的多，使功率變換電路的工作頻率高達(dá)50kHz。應(yīng)用新工藝器件，并采用柔性切換技術(shù)，來解決由于切換損耗導(dǎo)致的高頻限制，實現(xiàn)UPS電源高頻化。變換電路頻率的提高，使得用于濾波的電感、電容以及噪音、體積等大為減少，使UPS效率、動態(tài)響應(yīng)特性和控制精度等大為提高。

　?。?）冗余并聯(lián)化：在一臺電子設(shè)備中，我們可以把控制電路集中起來作為一個獨立的可插拔的模塊，也可以把功率變換部分集中在一個結(jié)構(gòu)中做為一個可熱插拔的模塊，同樣，在一個配置有多種（臺）設(shè)備的供電系統(tǒng)中，我們也可以把每種（臺）設(shè)備看做一個模塊，在冗余熱備份配置的情況下，同樣可以做到故障后進(jìn)行熱插拔修復(fù)。當(dāng)代的技術(shù)先進(jìn)的UPS都具備直接并機(jī)功能，如果把這樣的UPS兩臺冗余并聯(lián)起來，并使兩臺輸出的總?cè)萘看笥诘扔谪?fù)載容量的二倍，當(dāng)其中一臺發(fā)生故障時，另一臺可承擔(dān)全部負(fù)載容量而保持系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行，已故障的一臺可脫機(jī)修復(fù)。這無異于把系統(tǒng)的等效平均修復(fù)時間降到接近于零，只有兩臺UPS同時發(fā)生故障時，系統(tǒng)才停止運(yùn)行，而這種幾率是很小的。

　?。?）數(shù)字化：數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，數(shù)字控制器具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，易于實現(xiàn)對UPS的檢測、故障診斷和隔離，易于實現(xiàn)遙控遙測，實現(xiàn)多臺UPS的并聯(lián)和熱插拔，易于實現(xiàn)對蓄電池的監(jiān)控和管理。采用數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(shù)、電源管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)硬件及軟件技術(shù)來實現(xiàn)的電源實現(xiàn)了人機(jī)完美結(jié)合。

　　（4）可靠化：對于使用者來說，要求UPS具有足夠的輸出能力及可靠性，否則就會影響負(fù)載的運(yùn)行，甚至構(gòu)成新的故障源。采用先進(jìn)的工藝封裝技術(shù)、高度的集成化技術(shù)、運(yùn)用高品質(zhì)的元器件和原材料，不斷提高UPS電源的可靠性和可用性，力爭可用性A為0．9999999，也就是說，一年之中允許停機(jī)時間≤3s。這些數(shù)據(jù)才是用戶真正需要的結(jié)果。

　　（5）智能化：微處理器在UPS上的應(yīng)用，過去只在大、中型UPS上采用，但近年來已逐漸向小型、微型UPS方面發(fā)展，其帶來的結(jié)果是UPS的智能化發(fā)展，包括控制、檢測和通信。UPS逐漸由計算機(jī)來進(jìn)行管理，并且計算機(jī)及外設(shè)能“自主”應(yīng)付一些可能預(yù)見到的問題，能進(jìn)行自動管理和調(diào)整，如自動關(guān)閉宿主計算機(jī)的操作系統(tǒng)并關(guān)閉其電源，定時開關(guān)UPS本身等，并能將有關(guān)信號通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)管理員，便于進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。真正的做到計算機(jī)集中監(jiān)控代替人力職守，又計算機(jī)的智能化實現(xiàn)人們的“傻瓜操作”。

　?。?）綠色化：各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，隨著各種政策法規(guī)的出臺，對無污染的綠色電源裝置的呼聲越來越高。UPS除加裝高效輸入濾波器外，還應(yīng)在電網(wǎng)輸入端采用功率因數(shù)校正技術(shù)，這樣既可消除本身由于整流濾波電路產(chǎn)生的諧波電流，又可補(bǔ)償輸人功率因數(shù)。整流器使用IGBT技術(shù)，可將輸入功率因數(shù)提高到接近于一，對電網(wǎng)的污染已降到了近似阻性負(fù)載的水平。另外，高頻脈寬調(diào)制技術(shù)、多脈沖整流技術(shù)、電磁屏蔽和濾波技術(shù)、廣義的軟開關(guān)技術(shù)、串并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)等技術(shù)也是實現(xiàn)UPS綠色化的有效途徑。

　?。?）經(jīng)濟(jì)化：低成本高性能的高頻機(jī)也將在一段時間之后成為市場的主流機(jī)型。該種機(jī)型UPS是在上述未來主流機(jī)型基礎(chǔ)上省去了輸出隔離變壓器，大大節(jié)省了成本，大約為上述機(jī)型的60％，極具市場競爭力。缺點是目前該種技術(shù)不夠成熟，可靠性較低。但是，隨著技術(shù)水平的提高，可靠性將會大大增強(qiáng)，相信不久的將來，該種機(jī)型將成為未來UPS的新型主流機(jī)型。

　　3 如何選配UPS

　　一臺UPS至少可以使用3年以上。用戶在挑選UPS電源時，應(yīng)根據(jù)自己的要求來確定挑選標(biāo)準(zhǔn)，選擇最適合自己身業(yè)務(wù)需求的UPS，而不是最便宜或最高檔的。

　?。?）使用者對UPS的各項指標(biāo)應(yīng)有一個全面清晰的了解，這是正確合理選配UPS的必要條件。UPS（確實）是一種含有儲能裝置（蓄電池）和控制電路，以逆變器為主要組成部分的恒壓裝置。它的主要作用是當(dāng)用電設(shè)備遇到外部供電系統(tǒng)發(fā)生中斷或超出要求范圍時，能不問斷地為用電設(shè)備提供穩(wěn)定、干凈、高品質(zhì)的電源環(huán)境。（目前按其設(shè)計原理與工作方式可分離線式、在線式和在線互動式三種，）用戶應(yīng)充分了解各類UPS的技術(shù)參數(shù)、電氣性能和適用范圍，并根據(jù)自身負(fù)載的特點合理選配UPS。

　?。?）在關(guān)注性能價格比的同時，首先要關(guān)注UPS的輸出能力和可靠性、UPS對電網(wǎng)的適應(yīng)能力、UPS的常規(guī)輸出性能指標(biāo)，特別要注意所采購UPS是否能夠達(dá)到國家已經(jīng)出臺的UPS生產(chǎn)制造規(guī)范。

　　（3）因為電池的采購要占UPS采購成本不小的一部分，電池的運(yùn)行狀況、使用壽命直接影響到UPS功能的發(fā)揮，所以要選購具有電池智能化管理技術(shù)的UPS。

　?。?）要選購具有功率因素校正技術(shù)、電流諧波抑制技術(shù)、電磁兼容設(shè)計技術(shù)、靜音設(shè)計技術(shù)的UPS。

　?。?）盡量選用知名企業(yè)的名牌UPS產(chǎn)品。因為這些企業(yè)不僅具有檢測設(shè)備齊全、先進(jìn)、能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量的能力，而且還具有服務(wù)意識強(qiáng)，能主動為用戶提供售前、售中、售后的全程式服務(wù)，對用戶信息響應(yīng)速度快的特點。

　　為確保UPS系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，在選用UPS時，還應(yīng)考慮其防雷擊和防浪涌的能力、過載能力、帶負(fù)載能力、可維護(hù)能力、可管理能力等因素。

　　總之，UPS確實是供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，如何選擇、配置UPS，對用戶至關(guān)重要，應(yīng)盡力選擇、配置性價比高的UPS，確保自己設(shè)備安全、可靠的不間斷供電。

隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和 IT 業(yè)務(wù)也呈現(xiàn)越來越快的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用刀片式服務(wù)器后，集成度高，目前數(shù)據(jù)機(jī)房已成為運(yùn)營商單位功耗最高的機(jī)房，數(shù)據(jù)設(shè)備的供電也成為運(yùn)營商最關(guān)注的問題，如何更好地為數(shù)據(jù)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)而可靠的供電保障，是目前急需探討的問題。本文就不間斷電源（UPS）的設(shè)計問題進(jìn)行了一些分析，經(jīng)過比較并得出了結(jié)論。

　　1、 現(xiàn)有 UPS 設(shè)計方案

　　數(shù)據(jù)設(shè)備初建時，以使用交流電源為主，所以大多配置UPS 設(shè)備為其供電。

　　在配置UPS 設(shè)備時，由于要考慮用電設(shè)備擴(kuò)容的需要，加之早期UPS 設(shè)備無法擴(kuò)容，只能按數(shù)據(jù)設(shè)備遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮配置。這樣就造成初期建設(shè)投資偏高，系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，設(shè)備利用率又偏低。

　　下面以某樞紐樓BOSS 系統(tǒng)為例，2006 年，該樞紐樓新建BOSS 系統(tǒng)，設(shè)備負(fù)荷情況詳見下表1、表2.

　　表1 本期新增設(shè)備負(fù)荷情況

　　表2 遠(yuǎn)期設(shè)備負(fù)荷情況

　　根據(jù)以上設(shè)備負(fù)荷情況，還有UPS 廠商提供的UPS 輸出功率因數(shù)為0.8（功率因數(shù)為有功功率與視在功率之比，以COSΦ 表示。在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到做功的一部分功率即有功功率則小于視在功率）。同時考慮負(fù)載的功率因數(shù)（按0.8 考慮），當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)與UPS 的輸出功率因數(shù)不一致時，應(yīng)注意保證UPS 的容量能提供給負(fù)載足夠的有用功率和無用功率，并以此為原則計算UPS 的容量。

　　根據(jù)計算，需配置250kVA UPS，當(dāng)時考慮支撐系統(tǒng)的重要性，采用了雙母線配置方式，即配置了2 套250 kVA UPS 設(shè)備，每套按1+1 并機(jī)系統(tǒng)考慮。由于UPS 設(shè)備本身諧波分量難以控制到要求的數(shù)值，必須配置濾波設(shè)備來降低諧波分量。UPS 設(shè)備配置及供電系統(tǒng)見下表3 及圖1。

　　表3 設(shè)備配置表

　　圖1 傳統(tǒng)UPS（1+1）雙母線系統(tǒng)圖

　2、 模塊化 UPS 設(shè)計方案

　　由于傳統(tǒng)UPS 設(shè)計的局限性及設(shè)備本身的一些問題，如今一種機(jī)架式的模塊化UPS 正在悄悄地引起一種革命性的變革，它的引入必將引起不間斷電源新的革命。模塊化UPS 目前比較有代表性的結(jié)構(gòu)有兩類：一類是功率模塊化UPS，另一類是完全模塊化UPS.功率模塊化UPS 由機(jī)架加功率模塊構(gòu)成，功率模塊中包括傳統(tǒng)UPS 的整流、濾波、充電、逆變器等部分，但靜態(tài)旁通與系統(tǒng)的部分監(jiān)控和顯示共用一個機(jī)架，各模塊獨立控制并聯(lián)運(yùn)行，機(jī)架上的顯示控制模塊僅作為用戶開關(guān)UPS 主機(jī)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺。完全模塊化UPS 由機(jī)架加單體模塊構(gòu)成，每個單體模塊內(nèi)部都裝有整個UPS 電源與控制電路，包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)及附屬的控制電路、CPU 主控板，每個UPS 模塊均有獨立的管理顯示屏。

　　我們同樣以前面的案例為依據(jù)，假設(shè)采用完全模塊化UPS 設(shè)備，配置方案如下：

　　根據(jù)近期的負(fù)荷，結(jié)合遠(yuǎn)期發(fā)展需求，UPS 系統(tǒng)同樣按雙母線配置方式考慮，可配置2 套UPS 設(shè)備，每架只需配置2 個UPS 模塊（每塊50kVA）即可滿足本期需求，采用1+1 冗余方式配置，主用1 個模塊，冗余1 個模塊，若其中的一個模塊發(fā)生故障，它將自動脫離系統(tǒng)，由其它模塊繼續(xù)給負(fù)載供電，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；2 套模塊化UPS 系統(tǒng)采用雙母線供電工作方式，主設(shè)備交流配電屏分別從2 套UPS 輸出屏各引接1 路，當(dāng)1 套UPS 故障時，由另1 套UPS 承擔(dān)全部負(fù)載供電，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

　　采用模塊化UPS 設(shè)備后，無需配置濾波設(shè)備就可滿足諧波含量≤5%的要求，UPS 設(shè)備配置及供電系統(tǒng)見下表4 及圖2.

　　表4 設(shè)備配置表

　　圖2 模塊化UPS（1+1 模塊冗余）雙母線系統(tǒng)圖

3、兩種 UPS 設(shè)備的比較

　　對以上兩種設(shè)計方案所配置的UPS 設(shè)備，可以從以下幾個方面進(jìn)行比較。

　　（1） 設(shè)備安裝及機(jī)房占地面積。

　　其一，模塊化UPS 采用先進(jìn)高頻技術(shù)，提高了功率密度，縮小了UPS 模塊的體積，其模塊本身就是一臺UPS，UPS 模塊安裝于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中，相對于傳統(tǒng)UPS節(jié)省了占地面積與空間，便于安裝與維護(hù)。

　　其二，模塊化UPS 采用先進(jìn)的整流技術(shù)具有強(qiáng)抗干擾能力及較低的諧波失真度，一般正弦波輸入電流的總諧波失真度（THD）《5%，因而可以不必像傳統(tǒng)UPS配置濾波設(shè)備，減少了機(jī)柜數(shù)量。

　　我們同樣以前面的案例為依據(jù)，采用傳統(tǒng)UPS 設(shè)備占地面積約為13 平方米。

　　采用模塊化UPS 占地面積約為5 平方米。

　　（2）建設(shè)投資。

　　在供電系統(tǒng)建設(shè)初期，傳統(tǒng)UPS 設(shè)備無法擴(kuò)容，只能按照設(shè)備遠(yuǎn)期負(fù)荷需求考慮，面對層出不窮新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，設(shè)備用電需求難以準(zhǔn)確估計，使得UPS 設(shè)備容量產(chǎn)生過高的估計，造成采購成本過高。而模塊化UPS 通過可擴(kuò)充的模塊結(jié)構(gòu)有效解決了這一問題，其模塊化結(jié)構(gòu)能夠很方便地安裝和擴(kuò)容，它可以幫助用戶在未來發(fā)展不明確的情況下分階段進(jìn)行建設(shè)和投資。即滿足了后期業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，又降低了用戶的初期建設(shè)成本。

　　我們同樣以前面的案例為依據(jù)，裝機(jī)容量按年增長20%考慮，投資比較如下表。

　　表5 投資比較表

　　以上投資不包括電池配置的考慮，若考慮電池配置，模塊化UPS 的優(yōu)勢將更加明顯。

　?。?）并聯(lián)冗余與可靠性。

　　在機(jī)架式模塊化UPS 中，功率模塊部分是并聯(lián)冗余的，即功率部分是由許多模塊并聯(lián)在一起并均分負(fù)載，它們不分主從，互不依賴，并且均分負(fù)載。即使有一個功率模塊發(fā)生故障退出，也不影響整個系統(tǒng)工作。采用傳統(tǒng)UPS 系統(tǒng)，為保證安全需采用“1+1”或“N+1”的關(guān)聯(lián)冗余方式，這不僅增加了采購、安裝及維護(hù)成本，而且一般情況下只能容錯一次。而機(jī)架式模塊化UPS 系統(tǒng)，用戶只需購買相應(yīng)的功率模塊，即可實現(xiàn)“N+X”的故障冗余，容錯率大大提高。

　　傳統(tǒng)UPS 供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，由于系統(tǒng)過于復(fù)雜，難以準(zhǔn)確判斷故障點，并且受限于維修人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗、備件儲備等客觀原因，造成故障排除時間過長。而且UPS 維修時均采取轉(zhuǎn)旁路的方式，在這種情況下負(fù)載完全不受UPS 保護(hù)，此時如果發(fā)生電源中斷、過載等故障，將會造成嚴(yán)重的問題。而機(jī)架式模塊化UPS 可以有效解決這些問題，因為其所有的模塊都是熱插撥，熱插撥技術(shù)可以允許單體功率模塊在不需停電的前提下任意進(jìn)入或退出UPS 系統(tǒng)，從而實現(xiàn)無需專業(yè)技術(shù)人員到場，無需專門的儀器即可進(jìn)行系統(tǒng)在線維修。

　　（4）節(jié)能與環(huán)保。

　　綠色環(huán)保已經(jīng)成為社會各行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展的必要趨勢。隨著各種政策的出臺，要求無污染的綠色電源設(shè)備已成為必然發(fā)展趨勢，以前各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，模塊化UPS 采用電子式調(diào)整技術(shù)使輸入諧波失真低于5%，整流器使用IGBT 技術(shù)，可將輸入功率因數(shù)提高到0.99 接近于1，從而大大降低對電網(wǎng)的污染程度。

　　節(jié)能減排在當(dāng)今已成為基本國策，節(jié)約能源已成為企業(yè)發(fā)展和競爭的需要。

　　節(jié)電也是節(jié)能的一種體現(xiàn)，模塊化UPS 相比傳統(tǒng)UPS 設(shè)備在節(jié)電方面顯得更為突出。

　　我們可通過年節(jié)電費用做一比較，下面我們根據(jù)設(shè)計滿載情況來比較，同樣以上面的案例為依據(jù)，傳統(tǒng)UPS 和模塊化UPS 的輸出功率都為250kVA 即200kW，傳統(tǒng)UPS 的輸入功率因數(shù)為0.9，效率為80%.模塊化UPS 的輸入功率因數(shù)為0.99，效率為95%.通過計算，可得出UPS 的輸入功率（輸出功率/效率）。傳統(tǒng)UPS 輸入功率=200/80%=250 kW，模塊化UPS 輸入功率=200/95%=210 kW.這樣就可計算出UPS 的熱損耗（輸入功率-輸出功率）：傳統(tǒng)UPS 熱損耗=250-200=50 kW，模塊化UPS 熱損耗=210-200=10 kW.

　　假設(shè)每度電按0.8 元計算，模塊化UPS 相對傳統(tǒng)UPS 每年可節(jié)電：

　　40*8760*0.8=28 萬元。

　　以上是按滿載情況比較得出每年節(jié)電28 萬元，如果以初建時負(fù)載率特別低的實際情況比較，節(jié)電效果將會更加明顯。

　　4、結(jié)論

　　模塊化UPS 相對于傳統(tǒng)UPS 系統(tǒng)而言，具有高可用性、高適應(yīng)性、高可管理性的特點，在便于設(shè)備安裝、節(jié)省占地空間、減少初期建設(shè)投資、方便維修、節(jié)能減排等各個方面都有明顯的優(yōu)勢。因此，模塊化UPS 設(shè)備將成為新一代的UPS，將會被越來越多的企業(yè)用戶所選擇。