UPS供配电系统的可靠性与可测试性分析

潘立伟 周政 / 上海市计量测试技术研究院

UPS供配电系统的可靠性与可测试性分析

潘立伟 周政 / 上海市计量测试技术研究院

针对UPS系统的可靠性的判定，通过电压、电流、频率、功率因数、电压总谐波、失真度测量、波形的失真度、零地电压、安装质量等各种可测试性的研究，实现对整个UPS系统可靠性的客观评价，结合UPS系统的运行现状，探求改进UPS系统的可测试性的措施。

UPS供配电系统；可靠性；可测试性

0 引言

当前信息系统已经融入日常生活与各行业生产中，在此过程中信息系统的可靠性突显出了其重要价值。信息系统成为信息传输不能缺少的载体。然而在此过程控制系统中，如果突然发生电源故障导致了信息中断，阻断正常的信息传送，将会产生非常大的损失甚至产生社会影响。由此得知，供配电系统可靠性已提升到非常重要的位置，如何使用科学、客观的测试方法来验证供电系统的可靠性，就是我们所要讨论的问题。从本质上讲，UPS在整个系统内部扮演了稳压器与转换器的作用，这是由于UPS既能完成稳压处理，同时又能顺利转换交流与直流电[1]。当前，各地的信息系统等都运用了UPS作为供配电的保障，因此突显了系统可测试性以验证系统的可靠性具有重要意义。针对UPS系统有必要保障可靠性，通过运用实时性测试的措施和手段来提供系统稳定的保障。

1 系统可靠性的基本指标

UPS不间断供电的最基本的功能为服务的应用系统提供稳定的电源，使整个应用系统避免因为供电问题出现不可预期的故障，导致业务、信息的不可预知的中断。UPS正常运行的状况，则进入稳压处理的环节中。然而遇到故障时，UPS就能在较短的时间段内转换交流电与直流电，从而在最大限度内避免了系统损坏[2]。因此可以得知，UPS的供配电系统有助于保证电源可靠性。由于UPS本身具备较强的可靠性特征，因此有助于避免突然中断供电引发的大规模故障，同时也提升了供电防御的基本功能。

1.1 安全性

现阶段的供配电系统不再停留于可用性的层面，而是更加关注了系统安全性。通过分析供电需求可知，UPS系统便于实时性的管理，这种优势也方便了系统维护[3]。一旦突然发生了较大规模故障，UPS还能迅速控制后果。由此可见，如果突然出现了局部失效的现象，那么供配电系统将会迅速阻断局部故障的蔓延，因而也避免了严重的供电中断后果。为了保障配电与供电性能，UPS应当密切关注潜在的系统风险，风险控制与系统结构密切相关。

1.2 可信性

UPS应当具备安全性，而衡量系统是否安全的核心指标就在于可信性。从系统性能判断的角度来讲，系统可信性密切结合了安全性与可用性的两种指标。相比于单独的评价指标，可信性指标具有更全面的特征，因此也符合了最基本的供配电需要。从整个配电体系来看，UPS应当表现为更强的可维护性特征，通过运用多样的措施和手段来提高系统性能。除此以外，UPS系统也不能缺少系统冗余的控制措施[4]。

1.3 可用性

对于各种类型的供配电系统而言，可用性指标都构成了最根本的指标。确保系统本身的可用性，前提在于方便监管与维护。UPS只有符合了上述指标，才能从根源上缩短故障消耗的时间，同时也保障了系统本身的稳定。因此，可用性构成了评价UPS功能的最关键指标。

2 系统的可测试性

UPS系统本身具备可靠性及安全性的特征，同时还要具备可测试性。这是由于，系统一旦暴露了较严重的内部缺陷，那么运用测试或者检测的手段应当能判断出来。确保系统具备优良的可测试性，关键就在于维持正常供电，确保在任何时间段都能通过测试获得系统本身的各项性能。例如针对数据中心系统而言，系统应用需要全天候运行；与之对应，供电系统也应当符合全天运行的要求。在必要的时候，供电系统还要预留必要的维护时间。

UPS系统如果要维持正常的运行，关键就在于保障可测试性。在这其中，系统冗余与系统本身的可测试性具有内在的联系，两者是不可分割的。这是由于系统如果表现为较高的可测试性，那么也代表着系统具备较高的冗余水平。针对供配电系统而言，一旦出现了单机故障，那么UPS就能转换为旁路提供电能，这种状况就代表了系统本身的冗余能力，冗余性指标可以表明故障状态下的系统运行程度。也就是说，如果某个UPS陷入故障，那么其他设备仍然能维持正常的运转，整个供电流程也并不会因此中断。

经过分析可知，相比于其他类型的系统，单机系统通常表现为较差的可测试性，这种现状与系统冗余度密切相关。这是由于，UPS突然出现故障很可能导致负载停电，与之相应的后果也变得更严重。某些情况下，系统冗余可以应对突然性的故障；然而在另外的情况下，高水平的负荷将会造成电源失效，进而引发突发事件。某些系统本身具有较大的系统规模，因此有必要格外关注在线测试中的风险性。遇到极端状态时，系统测试将会被迫中断，这是由于系统本身蕴含了较高的风险性。UPS的单个故障也能迅速蔓延至整个系统，因而带来系统崩溃的严重后果。在此有必要关注UPS本身的可测试性，这种措施有助于保障整个系统的稳定性，因此具有显著的意义。

3 系统可测试性的具体测试方法

相比于传统模式的供配电系统，建立于UPS基础上的供配电系统表现为更强的可靠性以及可信性等。具体在投入运行时，针对系统本身的可测试性也要予以全面考虑。对于UPS的供配电系统而言，系统的可测试性通过以下的测试项目进行验证 ：电压、电流、频率、功率因数、电压总谐波、失真度测量、波形的失真度、零地电压、安装质量测试。

3.1 实验原理

为验证系统的可用性，需要通过取得的各方面数据信息进行验证，在实际工作中需要进行全链路正常运行条件下的主要电气设备的性能及安装质量的检测等。包括系统冗余性测试验证、系统性能测试验证、系统故障应急等。在此主要对UPS本身的技术参数进行测试，实验所需要的仪器主要包括，电能质量分析仪、红外热成像仪、数字钳形表等。

在单台UPS的输出侧接400 kW阻性假负载，采用部署电能质量分析仪进行测试，为客观有效地验证系统的可用性，测试分别从输入端、输出端进行测试验证，监测参数主要包括电压偏移范围、频率偏移范围、波形失真、零地电压以及电流谐波等。

1）UPS输入端

首先对系统UPS的输入端（市电）电源质量进行测试，测试项目主要包括频率偏差、电压偏差、三相电压不平衡度、电压偏差、谐波电压（THDU）。

频率偏差：测试数据如表1所示，根据GB/T 15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差规范》要求，确定合格。

表1 频率偏差测试数据

供电电压偏差：测试数据如表2所示，根据GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差规范》要求，确定合格。

表2 供电电压偏差测试数据

三相电压不平衡：测试数据如表3所示，根据GB/T 15943-2008《电能质量 三相电压不平衡规范》要求，确定合格。

表3 三相电压不平衡测试数据

公用电网谐波电压（THDU）：测试数据如表4所示，根据GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波规范》要求，确定合格。

表4 公用电网谐波电压（THDU）测试数据

谐波电流（THDI）：测试数据如表5所示，根据GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》和GB/T 14549-1993的要求，确定合格。

通过以上的测试，验证将要测试的UPS系统的输入端的条件满足系统要求，由此为接下来的系统测试打下了基础。

2）UPS输出端

UPS输出端测试通过采用分别监测25%负荷、50%负荷、75%负荷、90%负荷、100%负荷状态下各运行30 min的UPS输出电源质量。

电压、电流：测试数据如表6所示，根据 GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差规范》要求，确定合格。

表5 谐波电流（THDI）测试数据

表6 电压、电流：测试数据

稳态电压偏移范围：测试数据如表7所示，根据 GB/T 12325-2008要求，确定合格。

表7 稳态电压偏移范围测试数据

稳态频率偏移范围：测试数据如表8所示，根据 GB/T 15945-2008要求，确定合格。

表8 稳态频率偏移范围测试数据

电压波形失真度：测试数据如表9所示，根据GB/T 15945-2008要求，确定合格。

零地电压：测试数据如表10所示，根据 GB/T 15945-2008要求，确定合格。

表10 零地电压测试数据

3）其他

为进一步验证系统的动态性能和安装质量，采取增加和降低负载的方法来进行测试验证，对于系统各个环节的安装质量，通过红外检测进行直观测试和检查。

UPS负载突加突减测试：测试数据如表11所示，根据 GB/T 12325-2008要求，确定合格。

表11 UPS负载突加突减测试数据

UPS满负荷运行时的电缆与低压配电柜连接处及电缆的温度热成像测试：测试数据如表12、13所示。

表12 电缆与低压配电柜连接处测试数据

表13 电缆测试数据

这些测试法测试的目的是为了能客观科学地验证UPS系统本身可用的方法，可以全方位对UPS系统性能进行评定。

4 结语

针对供配电系统具体在判断性能时，最关键就是要判断可测试性以及可靠性，为了判断UPS本身的可靠性程度，有必要运用试验检测的方式来获得相关结论。截至目前，建立于UPS系统基础上的供配电技术正在逐步获得改进，然而并没有真正达到要求。未来在实践中，有关部门及其人员还需要总结经验，在此前提下确保系统具备更高的可测试性与可靠性，服务于系统供配电性能的全面提升。

[1] 倪冰，胡艳文，许琼，等. UPS供配电系统的可信性与可测试性[J].建筑电气，2012（02）：13-18.

[2] 曹建军，程志勇.播控中心UPS供配电系统的设计与实现[J].广播与电视技术，2012（04）：58-61.

[3] 袁维. UPS供配电系统的可靠性及可测试性[J].科技与创新，2016（02）：112.

[4] 彭鲁兵. UPS配电系统的可靠性探究[J].河南科技，2013（01）：75.

Reliability and testability analysis of UPS power supply and distribution system

Pan Liwei，Zhou Zheng
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

To analyse the reliability of UPS system, researches are performed various testability factors such as voltage, currency, frequency,power factor, total harmonic distortion of voltage, distortion measurement,waveform distortion, zero ground voltage, installation quality and so on in order to achieve a objective evaluation on the whole UPS system.Combined with the running status of UPS system, measures are explored to improve the testability of UPS system.

UPS system; testability; test method