工业用UPS的设计与选型要点

陈志彬

（科华数据股份有限公司 福建省厦门市 361006）

不间断电源（简称 UPS）属于工业交流电源系统，该系统具有一定的优质性和可靠性。UPS系统随着科学技术的不断发展，以及计算机的广泛应用，而有了更加广泛的应用范围，目前在金融行业以及航天航空等行业，都应用到了UPS，该种电源系统的市场需求量也在不断的增加。

1 UPS 供电系统作用

部分供电系统在具体应用过程中，需要把UPS设备作为相应的核心，其主要的功能是改善负载供电的质量，保证供电不间断。通信设备自身的性能以及技术标准，在很大程度上与交流输入不间断性有一定的关系，除此之外，与整个系统的设计方案也有一定的联系。供电设备如果应用UPS电源系统，那么能够保证供电的稳定性，在具体使用过程中不会出现瞬变的情况，除此之外还能够保护用电设备。UPS能够在断电的情况下发挥相应的作用，为负载供电，电源负载，在电力不稳定的情况下，可能会受到相应的冲击危害，而UPS系统能够很好的改善供电的质量。供电系统的短路故障以及过载故障等都能够通过UPS来进行防护，确保负载的工作环境良好。

2 UPS供电系统设计

UPS技术随着电子电力行业的快速发展，而涌现出了很多的新品，UPS供电系统的可靠性在很大程度上取决于本身的可靠性以及供电方案的科学性。在对UPS供电系统进行设计时，要考虑到以下内容。

2.1 UPS负载特性与容量的确定

首先要考虑到UPS负载的特性，在此基础上对负载装置的影响状况进行分析，然后选择科学合理的UPS供电系统。除此之外也要对负载的功率有所了解，这样才能够确定UPS的容量。

2.1.1 UPS负载特性

UPS在很多领域都得到广泛的应用，有着比较多的负载类型，能够按照负载的特性进行分类，包含非线性复杂以及冲击性负载等。以下针对常见的负载特性进行了介绍：

（1）整流性负载。该种负载是以计算机为代表的。整流性负载在启动过程中具有比较大的非正弦冲击电流，与此同时还会存在高次谐波，UPS的输出电压会受到该种特性的影响。在选择整流性负载的UPS时，要考虑到以下内容，首先，在UPS的规定范围内启动瞬时冲击电流。其次，需要对UPS允许的峰值因素进行考虑，正弦波的视在功率是UPS的额定功率，在单向状态下，正弦波峰值要比整流性负载的电流峰值要小。在对UPS输出功率进行选择时，要按照负载的恒定视在功率，如果功率值超出规定的范围，那么在选择UPS时，要考虑到更大的容量。

（2）要考虑到电感性以及电容性负载等，在判断产品所提供的负载最大功率时，要参照UPS电源的额定输出功率，厂家在标识输出功率时，所给出的视在功率值是因数为-0.8的条件下。 UPS的实际允许输出功率会在功率因数为负载条件下，存在一定的差异性。如果是纯阻性负载，UPS的实际允许输出功率为额定的80%，如果是电容性负载，允许输出功率会有所增加。如果是感性负载，那么不具有较强的驱动能力。如果感性负载为正0.8，那么仅为额定输出功率的50%左右。

（3）冲击性负载包含了电动机以及变压器等。变压器在挂接负载的过程中会流经相应的额定电流，电流在电机启动过程中是非常大的，远远大于额定电流。电信发射机的瞬时功率远大于额定值，但是平均功率比较小。UPS不具有较强的过电流承受能力，所以要采取科学合理的措施，对冲击电流的大小进行减少，并且要考虑到UPS的容量。如果插入了启动电阻，那么在选择UPS时，要具备相应的旁路功能，启动之后确保逆变回路供电。

2.1.2 UPS容量确定

用户在选择UPS容量时，要考虑到是否能够根据负载所需功率大小进行选择，这与整个系统的供电质量以及故障率有很大的联系。如果容量比较小，那么系统在工作过程中往往会出现故障，如果容量比较大，那么会加大相应的投资成本。功率因数为0.8时，其视在功率能够表示UPS的输出功率。可以通过负载设备的功率和来对所需的功率进行估算，除此之外还要考虑到设备的增额容量。

2.2 UPS规格的选择

UPS的规格能够按照输入电压和输出电压进行分类，一共有三种状态，包含了三进三出以及三进单出等。在归纳过程中，如果按照逆变器的工作状态，那么可以分为后备式和在线式，后备式UPS又可以分为普通式和三端口。在选择UPS的类型时，要根据实际情况考虑到负载的要求以及经济状况。在负载装置中，如果同时存在多种负载，那么也要科学合理的进行分析，然后选择UPS装置。

2.3 UPS电源系统的选择

在对UPS电源系统进行选择和设计时，要考虑到下列内容。

2.3.1 采用集中式供电还是分布式供电

用户在对UPS供电方案进行选择和确定时，要考虑到集中式供电以及分布式供电，在此过程中，用户要根据实际情况，来对UPS的供电形势进行判断。首先要考虑到现场的负载分布，集中式供电可以应用到负载比较集中的场合中，与此同时，电力线布线比较方便的场合也可以使用集中式供电。分布式供电会用到负载分散的场合，与此同时，布线困难的场合也可以应用该种供电方式。另外，需要对负载间的关联状况进行相应的分析，冗余并联供电可以应用到系统本身采用冗余方式的工作系统中。在各负载间相互关联的系统中，可以使用集中式供电，这样能够避免整个系统受到一个负载的影响。

2.3.2 采用双路供电还是单路供电

要想保证系统具有一定的可靠性，可以应用双路供电，在该种供电场合下，可以使用旁路功能的UPS。如果具备双路电网自动切换装置，那么能够保证系统的可靠性得到提高。

2.3.3 系统可靠性与多机并联形式

多机并联的方式，一般情况下会被应用到重要场合的供电中。在应急时可以采用热备份串并联或者是直接并机的方法，如果需要使用并联方法，那么要考虑到整个系统的经济性以及可靠性，按照实际负载的大小情况，选择科学合理的并联方法。如果选择的是直接并机方法，那么并联台数的增加会对系统的可靠性有一定的影响。

2.4 UPS供电系统的外围设备设计

UPS系统的外围设备的设计，在整个UPS的设计过程中，起到了非常重要的作用。

2.4.1 自备发电设备

在判断是否需要自备发电设备时，要考虑到负载要求的停电补偿时间。按照下列公式进行计算：发电机容量=UPS容量×（2.5～3）。

2.4.2 输入，输出配电柜

输入断路器盘和变压器盘，一般情况下会被应用到特殊高电压的输入中。输入分配电盘会被应用到输入电源分配给各电源装置的过程中。输出分配电盘会被应用到UPS输出分支为很多个系统时。输出切换盘会被应用到旁路电源的切换。旁路盘会被应用到维修切换过程中。输出母线盘会被应用到UPS并联过程中。

2.4.3 远程操作监视装置

UPS的运行和停止能够通过远程操作监视装置进行操作，在此过程中也能够对UPS运行过程中的关键信息进行显示。

3 UPS设置环境设计

3.1 设置场所

在对UPS进行设置时，一般情况下会选择标准的室内环境，室内环境会出现吸湿的情况而降低装置的稳定性。在对UPS进行设置时，尽量的选择不易燃烧的房间，并且要与负载的距离比较近。在设置蓄电池时，要有专用的房间。如果蓄电池是密封的，那么可以设置在UPS装置房间中。在选择设计的环境和场所时，要考虑到空间问题以及维护问题等。

3.2 接地系统

UPS输出装置以及旁路供电电路，一般情况下是非接地的，如果供电电路是接地系统，那么在选择变压器时要使用隔离变压器。如果UPS装置为接地系统那么旁路同样要接地系统。UPS装置与旁路供电电路一般情况下是相同的，可以是接地系统，也可以是非接地系统。

3.3 配线设计

输入电源系统一般情况下会产生浪涌电压等噪声，而UPS装置能够对这种噪声吸收，但是UPS的输入和输出线是接触的，如果有其他的线靠近，那么装置输出线上会有噪声混入，最终会影响到整个系统，所以UPS装置输出线要与其它线保持距离。工程在具体建设过程中，如果需要使用平行配线，那么会采用屏蔽电缆的方法。在进行电磁屏蔽时可以使用金属管，这样能够保证屏蔽的效果。除此之外，还要保护UPS装置不会有噪声入侵，屏蔽电缆一般情况下是要用到UPS装置的信号线与动力线分离的状态下，除此之外也要保证其他装置不会受到UPS装置的影响。如果UPS装置的线路有其他装置的信号线靠近，那么其他装置的信号线就会受到UPS的开关噪声影响。

4 工业UPS改进设计应用

4.1 工业场站UPS现有情况

针对当前两台互为冗余的意大利公司所生产的UPS进行技术分析后发现，该设备的供电线路采用单回路的接线方式进行连接，但其设备中仍然保留有双电源接线。其中所涉及到的变频控制系统以及润滑油泵通过独立的UPS进行电力供给。设备中包含的UPS以及exe系统也安装有单独的小型UPS保证其电力输送。针对这种供电方式的UPS涉及数量较多，质量水平不平均，因为线路较为复杂，所以一旦出现问题，不仅维修困难大，而且可能会因为一处故障引发其他设备故障。

4.2 改进设计策略

改进型的UPS设备已经支持了模块化的设计以及热插拔功能，大大提高了改进型UPS的运行稳定程度，并且因为模块化的设计使其维护保养的难度大大降低，且能够在模块化的基础上进行设备扩充。在对其进行技术分析后可以发现单台UPS采用大于2种模块完成了UPS整合工作，如果容量不足可以通过增加模块来进行扩容。如果其中的某一台模块出现问题，会快速的通过模块更换来保障系统的正常运行。当UPS具备了这种可靠的组合方式后，便可以通过合理的方式来完成通过UPS进行供电的设想。这种设想能够有效的降低设备使用的数量，使得后期维护的难度大大降低，有效的提升了供电设备的安全性以及稳定性。模块化和热插拔能够使得在不超过最大功率的前提下采用单台模块化UPS进行电源供给，这不仅能够有效的提升扩展容量，而且无需再增添多台UPS设备，通过UPS与设备之间的双回路供电方式，通过不同的配电箱给设备提供电源，这个有效的提升设备运行过程中的可靠程度。针对采用单回路供电的电源设备，可以采用两台电源设备来保证电源供给的可靠性。

5 UPS 供电系统发展趋势

随着科学技术的不断发展和进步，UPS系统得到了广泛的推广和应用，并且市场需求也在不断的扩大，其设计理念以及配置方法也在随着市场需求的变化而改变。通信企业一般情况下会使用UPS产品，该行业在设备和技术方面都有着比较快的更新速度，所以在对UPS系统进行方案设计时，要满足相应的变化需求。除此之外，其他行业在使用UPS系统时，也要考虑到未来的发展情况。目前UPS产品在发展过程中逐渐趋于智能化和小型化，结构的可用性也得到了人们的重视，整个系统结构会更加的标准和统一，确保UPS在未来应用过程中更加的实用和可靠。

6 结束语

该文章对UPS进行了全面的阐述，并且针对相应的设计方案进行了分析，希望能够给行业的发展带来帮助。