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数据中心UPS供电系统的运行方式及优缺点

来源:机房360 作者:董延广 更新时间:2010/9/3 3:42:29

摘要:本文根据IEC62040—3(1999)标准(对应我国GB/T 7260.3—2003)阐述了数据中心供电系统的三种标准化UPS类型的运行方式、优缺点及应用场合。文中提出了对容易使人误解的专业名词不再使用的建议。


2、后备式UPS
  后备式UPS的逆变器是并联连接到市电与负载之间的,仅简单地作为备用电源使用(见图3)。


  (1)正常运行方式
负载由市电输入供电,一般地说是通过一个滤波器或调节器,它可以消除某些干扰,还可以提供一定的电压调整。IEC标准并不关注这个滤波器而只将这个滤波器简称作"UPS开关"(UPSSwitch)。然而IEC标准规定"附加的装置可以包括具有电源调整作用的设备,例如:铁磁谐振变压器或自动调节抽头的变压器"。这种UPS中的逆变器处于被动后备状态。
(2)后备方式
当交流输入电压超过规定的容限范围或故障时,电池和逆变器保证在很短的转换时间内(一般小于l0ms)继续供电给负载。IEC标准并不规定这种转换的时间,但是限定"负载直接地转换到逆变器或UPS开关(UPS开关可以是电子的或电子-机械式的)"在后备时间内UPS继续运行在电池供电状态,直到交流输入电压恢复到规定的容限范围之内,这时UPS又恢复到其正常方式运行。
(3)优点
设计简单;成本低;体积小。
(4)缺点
负载同上线供电系统没有真正隔离;较长的转换时间,缺少真正的静态开关,这意味着把负载转换到逆变器所需要的时间相对较长。虽然某些应用场合下这种转换时间是可以接受的(例如单独的计算机等),但这种性能是不能满足大型或复杂的敏感型负载的要求(例如大型计算机中心,电话交换机等),输出电压不能调整;输出频率取决于交流输入电源的频率,也不能调整。
(5)应用
这种UPS结构是将电源干扰降低到可接受的程度与设备成本之间的折衷。事实上这正是前面所表述的"离线式"结构。详细地说,由于上述缺点,这种结构的UPS仅用于小额定功率(<2kVA),并且它不能用于频率转换器方式工作。
IEC标准宣布不再使用"离线式"这一专业名词,而推荐使用专业名词"被动后备式",因为它能更准确地描述这种结构UPS的运行原理。
3、在线互动式UPS
在线互动式UPS的逆变器是并联连接到市电与负载之间的(见图4),仅起到后备电源的作用,它同时还为电池充电。通过其可逆运行方式,它与市电相互作用,因此被称作"互动式"。所谓的"升压/补偿式"(Boost/Buck)、"自动电压调整式"(AutomaticVoltageRegulation)和"Delta变换式"等都属于在线互动式结构。


  (1)正常运行方式
负载通过与交流市电并联连接的逆变器提供"经调压的市电电源"。逆变器运行在调整输出电压或给电池充电的状态。输出频率取决于主交流输入电源的频率。
(2)后备方式
如果交流输入电压超过UPS预设的容限范围或故障,电池通过逆变器继续供电给负载。静态开关断开交流输入电源以防止从逆变器倒送到交流输入。
在后备时间之内,UPS运行在电池放电方式直到交流输入电源恢复到UPS预设的容限范围之内,这时UPS恢复到正常运行方式。
(3)旁路方式
这种类型的UPS可以包括一个维修旁路。在UPS发生内部故障时,负载可以通过维修旁路转换到旁路电源上。
(4)优点
同样的额定功率,在线互动式UPS的成本要比双变换式UPS低。
(5)缺点
负载同上线供电系统之间没有真正的隔离;输出频率未经调整,它取决于交流输入市电的频率;对尖峰脉冲和过电压缺乏保护;输出电压的调节作用是中等水平的,因为逆变器并不是串联连接到交流输入电源上的,所谓的通过逆变器并联连接到交流市电的"调压"作用,由于逆变器可以逆向运行,而限制了调节作用;如果运行在非线性负载上,其效率很低。
(6)应用
这种结构的UPS对于中大额定功率的敏感型负载是不适用的,因为不能调整频率。由于这种理由,它几乎没有在大中功率UPS中被采用。

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