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UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

2008/9/21            
关键字:UPS  UPS性能分类  双变换  并联冗余  分布冗余  双母线  
IEC62040-3提出了UPS 按性能分类的方法,其目的是使用户可以在相同的基础上,对功率相近的不同厂家的UPS 产品进行比较。UPS厂家应按IEC62040-3规定对其产品进行性能分类代码的标识;用户应选用已标识性能分类代码的UPS 产品。本文阐述了IEC62040-3规定的UPS 性能分类方法和标准化的UPS 系统结构,并介绍了高可用度的并联冗余UPS和分布冗余UPS系统。

    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提供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,在规定时间内向用户设备供电。当市电电源较长时间停电时,UPS需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;为负载提供高质量的交流电源。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连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主要有三种典型的电路结构,长期以来被称为:在线UPS (on line UPS)、离线UPS(off line UPS)和在线互动UPS(line interactive UPS)。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。为了避免混淆,国际标准IEC62040-3 重新规定了UPS新的名称:双变换UPS (double conversion UPS)、冷备用UPS(passive standby UPS)、市电交互UPS(line interactive UPS)。
   
    “离线UPS(off line UPS)”,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。为了防止这种定义的混淆,IEC62040-3明确提出,不使用“离线UPS(off line UPS)”这一术语,而使用“冷备用UPS(passive standby UPS)”术语。
   
    “在线UPS(on line UPS)”,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)。为了防止定义的混淆,IEC62040-3明确提出,应避免使用 “在线UPS”这一术语,而只使用“双变换UPS”术语。
   
    在线互动UPS(line interactive UPS)的汉语名称与英语名称不符,因为line 不是on line ,所以不是“在线”。实际上line 是指市电(the mains)。因此,“line interactive UPS” 应译为“与市电交互UPS”,或“与市电互动UPS” 。
   
    此外,由于双变换UPS (double conversion UPS)(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(quasi online ups)”、“半在线UPS(semi online ups)”、“真在线UPS(true online ups)”、“在线均分技术(online-sharing technology)”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,不能提供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提供一个共同的基础,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。用户一般应避免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。
   
    1、UPS 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。

  1. 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 。
  2. 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(如果超过规定的极限),其总谐波失真因数 D大于0.08 。
  3. 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1 1类输出动态性能


图2 2类输出动态性能


图3 3类输出动态性能

责任编辑:江琦
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