电源：UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

标签：不间断电源Up电源系统

0引言

不间断电源设备(UpS)是一种电子电源系统，其基本功能是当市电电源发生故障时，不间断地为用户设备供应符合规定的交流电源。当市电电源停电时，UpS将转换为由蓄电池供电的工作方式，在规按时间内向用户设备供电。当市电电源较长时间停电时，UpS要由备用发电机组供电，继续不间断地为负载供电。此外，在市电正常的情况下，UpS将市电电源进行适当的变换和调节，从而抑制市电电源的各种干扰;为负载供应高质量的交流电源。因此，UpS还具有改善市电质量的功能。

UpS的负载是被视为关键性的或重点保护的设备。这些关键性负载包括数据处理、计算机和通信系统之类的设备等等。为满足不同类型的负载对供电持续性和供电质量要求，现已开发出功率范围从不足百瓦至数兆瓦的各种型式的静态UpS。

静态UpS重要有三种典型的电路结构，长期以来被称为：在线UpS(onlineUpS)、离线UpS(offlineUpS)和在线互动UpS(lineinteractiveUpS)。但是，这些UpS名称对其工作原理的表述是不准确的，很容易引起混淆。为了防止混淆，国际标准IEC62040-3重新规定了UpS新的名称：双变换UpS(doubleconversionUpS)、冷备用UpS(passivestandbyUpS)、市电交互UpS(lineinteractiveUpS)。

离线UpS(offlineUpS)，其本来的含义是：逆变器在正常情况下，不向负载供电，而是由市电电源向负载供电。只有当市电交流输入电压超出允差时，逆变器才向负载供电。然而，术语离线(off-line)也有不在市电电源上(not-on-the-mains)之意，即正常情况下市电不向负载供电。而实际上，在正常情况下，负载是由市电电源供电的。为了防止这种含义的混淆，IEC62040-3明确提出，不使用离线UpS(offlineUpS)这一术语，而使用冷备用UpS(passivestandbyUpS)术语。

在线UpS(onlineUpS)，意思是不论市电交流输入电源情况如何，负载始终由逆变器供电。但是，术语在线(on-line)也可以理解为在市电电源上(on-the-mains)，即负载由市电供电(这与实际情况相反)。为了防止含义的混淆，IEC62040-3明确提出，应防止使用在线UpS这一术语，而只使用双变换UpS术语。

在线互动UpS(lineinteractiveUpS)的汉语名称与英语名称不符，因为line不是online，所以不是在线。实际上line是指市电(themains)。因此，lineinteractiveUpS应译为与市电交互UpS，或与市电互动UpS。

此外，由于双变换UpS(doubleconversionUpS)(即老名称在线UpS)被公认为实际性能最好的UpS系统。在市场竞争中，出现了一些奇怪UpS的名称，例如，准在线UpS(quasionlineups)、半在线UpS(semionlineups)、真在线UpS(trueonlineups)、在线均分技术(online-sharingtechnology)等等。相关UpS厂家提出这些UpS名称的目的是试图让用户相信其UpS产品是双变换UpS。实际上，这些产品并不是双变换UpS，不能供应用户所希望的性能和可靠性。

针对这种情况，IEC62040-3除了废除不科学、不适当的老的UpS名称、规定了新的UpS名称外，还提出了UpS按性能分类的方法。这个分类方法基于UpS输出电压和输出频率与UpS输入电源的参数的关系，提出了UpS性能分类代码。按性能分类的目的是供应一个共同的基础，使用户可以在相同条件下，对额定功率相近的不同厂家的UpS产品进行比较。

符合IEC62040-3国际标准的UpS将由厂家按规定进行性能分类代码的标识。用户一般应防止采用未标识性能分类代码的UpS产品。

我国国标GB7260已等效采用IEC62040-3国际标准，今后国产UpS产品也应标识UpS性能分类代码。在进行UpS选型时应注意选用已标识UpS性能分类代码的UpS。

本文阐述IEC62040-3(和GB7260)规定的UpS的性能分类方法和标准化的UpS系统结构。并介绍高可用度的并联冗余UpS和分布冗余UpS。

1UpS性能分类代码

UpS性能分类代码由三部分组成。(例如VFI-SS-123，这是分类代码的一个例子)

最前面的三个字符规定在正常工作方式下的电源质量。表示UpS输出电压和频率与交流输入电源(市电)电压和频率的关系。

中间的两个字符规定在正常工作方式(包括暂时的静态旁路工作)和储能方式下的输出电压波形。表示是正弦波或非正弦波。

最后三个字符规定在不同条件下UpS瞬态输出电压性能。表示是否符合标准规定的瞬态电压性能。

1.1电源质量的分类选项(三个字符或两个字符)

以下各选项均表示在正常工作方式下的电源质量。可以为VFI，VFD，VI。

•VFI：表示这种UpS的输出与市电电源的电压和频率无关。

•VFD：表示这种UpS的输出取决于与市电电源的电压和频率变化。

•VI：表示这种UpS的输出(频率)取决于市电电源的频率变化。输出电压与市电电压无关

1.2输出电压波形的分类选项(两个字符)

第一个字符表示在正常和旁路方式下的输出电压波形。可以为S，X，Y。

第二个字符表示在储能方式下的输出电压波形。可以为S，X，Y。

•S：表示在所有线性和基准非线性负载条件下，输出波形均为正弦波，其总谐波失真因数D小于0.08。

•X：表示在线性负载条件下，输出波形均为正弦波(与S相同)，在非线性负载条件下(假如超过规定的极限)，其总谐波失真因数D大于0.08。

•Y：输出波形是非正弦波。

1.3瞬态电压性能的分类选项(三个字符)

第一个字符表示改变工作方式时的输出电压瞬态性能。可以为1，2，3。

第二个字符表示在正常/储能方式下，带线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况)。可以为1，2，3。

第三个字符表示正常/储能方式下，带基准非线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况)。可以为1，2，3。

•1：表示瞬态电压图1的1类输出动态性能数据(无中断或无零电压出现)。

•2：表示瞬态电压图2的2类输出动态性能数据(输出电压为零持续1ms)。

•3：表示瞬态电压图3的3类输出动态性能数据(输出电压为零持续10ms)。

图11类输出动态性能

图22类输出动态性能

图33类输出动态性能

1.4完整的UpS分类代码

下面是典型的UpS完整的分类代码：

电源质量输出波形输出动态性能

VFI—SS—111

VI—SX—222

VFD—SY—333

实际的UpS产品的性能分类代码举例：

powerware9370：VFI-SS-111

powerwarepB4000(BORRI4000)：VFI-SS-111

SocomecDELpHYSMp：VFI-SS-111

AEG/SAFTSVSpowerSystem：VFI-SS-111

2UpS系统结构

2.1UpS性能分类代码与UpS内部结构

综上所述，UpS按性能分类，可分为三类，用代码表示为：

VFI(UpS的输出与市电电源的电压和频率无关)

VFD(UpS的输出电压和频率取决于与市电电源的电压和频率)。

VI(UpS的输出(频率)取决于市电电源的频率变化。输出电压与市电电压无关)

然而，实际上，UpS按性能分类的VFI、VI、VFD与按UpS内部电路结构分类的双变换、市电交互、冷备用单机UpS系统是密切相关的。

UpS性能分类代码表示的是UpS输出电压和频率与市电电源的关系、输出波形和动态性能，这些性能和功能指标都是与UpS单机系统结构有关的。

在前面给出的完整UpS性能分类代码的例子中，VFI-SS-111，VI-SX-222，VFD-SY-333和单机UpS系统的对应关系如下：

2.1.1VFI-SS-111，双变换UpS

性能分类代码VFI-SS-111表示UpS输出电压和频率与市电电压、频率无关。要达到这个要求，必须在正常方式下，通过直流中间环节再生一个交流电源。这种UpS技术就是双变换UpS，它也能满足对正弦波输出波形和1类输出动态性能(图1)的要求。

2.1.2VI-SX-222，市电交互UpS

性能分类代码VI-SX-122表示UpS输出电压与市电电源电压无关，但输出频率与市电频率有关。

这种UpS技术就是市电交互UpS。其输出电压可以调节到某个极限内，可以认为UpS输出与市电电压无关，但输出频率取决于市电频率。这种UpS在正常方式下不要直流中间环节。这种UpS在工作方式转换时不能满足1类输出动态性能的要求，只能满足输出2类动态性能(图2)的要求。