UPS的性能分类与标准化UPS系统结构
摘要 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。
关键词 UPS性能分类 冷备用 市电交互 双变换 并联冗余 分布冗余 双母线 可用度
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。
•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（如果超过规定的极限），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
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：
Powerware 9370 ：VFI-SS-111
Powerware PB4000（BORRI 4000）：VFI-SS-111
Socomec DELPHYS MP：VFI-SS-111
AEG/SAFT SVS Power System：VFI-SS-111
2、UPS 系统结构
2.1 UPS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：
2.1.1、VFI-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。
2.1.2、VI-SX-222，市电交互UPS
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。
关键词 UPS性能分类 冷备用 市电交互 双变换 并联冗余 分布冗余 双母线 可用度
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。
•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（如果超过规定的极限），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
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：
Powerware 9370 ：VFI-SS-111
Powerware PB4000（BORRI 4000）：VFI-SS-111
Socomec DELPHYS MP：VFI-SS-111
AEG/SAFT SVS Power System：VFI-SS-111
2、UPS 系统结构
2.1 UPS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：
2.1.1、VFI-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。
2.1.2、VI-SX-222，市电交互UPS
文章版权归西部工控xbgk所有，未经许可不得转载。
服务咨询