3. 几种高频机UPS的结构的种类

（1）在线互动式

图5.3（a）和（b）所示的两个电路就是在线互动式电原理图，从图中可以看出它们是后备式的工作方式在线的效果。

图5.3（a）所示的电路所以是在线的效果，其标志就是在任何时候它的输出电压波形都是正弦波，其继电器的切换时间也很短，只有2ms.尽管其输出电压稳定度只有±12%，这对一般电子负载已足够了。

图5.3（b）所示的是通过两个原始电压的交叉供电使输出电压达到一定稳定度的电源。这里的两个“原始电压”一个是输入电压，一个是由双向变换器产生的输出变压器电压。其结构是带数个抽头的输出变压器，其交叉工作原理是：当输入或输出电压范围超出规定要求时，为了稳压抽头继电器就会自动切换抽头位置，当即电器触点离开原来抽头但还没有接触到下一个抽头时，双向变换器启动产生一个输出电压以填补抽头换接过程的断电时间。抽头换接过程完毕后双向变换器自动关闭，重新回到市电供电模式。

（a） 两个原始电压加减互动方式原理图

（b） 两个原始电压交叉互动方式原理图

图5.3 互动式UPS原理电路图

（2）串并联调整式

串并联调整式也称Delta变换式，这是一种由电流源（Delta变换器）与电压源（主变换器）构成并联连续补偿向负载供电的一种在线式UPS，属高频机范畴。其输出电压稳定度是1%，如图5.4所示。在市电正常范围供电时作为电流源的Delta变换器主要向负载提供有功功率，而与其并联供电的主变换器只提供无功功率和负载突变式的补偿功率。当市电异常时，Delta变换器关闭而改由主变换器提供全部负载功率。在这里Delta变换器和主变换器均具双向变换的功能。主变换器给电池充电，而充电的时机和充电电平则由Delta变换器控制。该电路最大的特点就是用20%的功率去控制100%的负载功率。

上文中提到，打造节能的数据中心供电系统，第一步就是要选择节能的产品，在当今选择UPS产品时只有高频机型UPS能够满足这一要求。除此之外，如果再规划简洁的配电系统，加之设计节能的运行模式，就能够达到更好的节能效果。

规划简洁的配电系统

有了节能的供电设备，如果没有很好地规划设备的连接和配置也得不到好的节能效果。

图9 高频机型UPS供电的“臃肿”系统

尤其是有的用户认为可靠性是用钱堆起来的，认为设备越多可靠性越高。实际上设备越多增加的串联环节就越多，相应地可靠性也越低！如图9所示就是高频机型UPS供电臃肿系统的一个例子，说它臃肿是因为这本来是一个很节能的供电系统，两台高频机型UPS冗余并联后给负载供电，简单明了。可单单设计者又给UPS后面串联了大功率变压器，又串入了两台大容量STS，致使效率至少损失了4%~5%，不但投资增加很多，占地面积也大为增加。为什么会这样规划呢？原因是设计者机械地理解了美国的G4标准，认为只有做成所谓的双总线，系统才可靠，这就陷入了用过多设备堆积可靠性的误区。实际上图9的每一路供电路径上多了两个故障点：变压器和STS.可靠性下降了数倍。世界上十全十美的东西太少了，就是说，增加了这方面的功能却牺牲了另一方面的功能，这就是有得有失的道理。

图10 用1+2结构模式提高可靠性的方法

如果改用图10的方案，采用1+2结构模式，这里虽多了一台UPS，但却少了两台变压器和两台STS，要知道一台STS要比同容量的UPS贵得多。而且第三台UPS的引入，不但使系统可靠性大为增加，而且也是系统的过载能力又增加了一倍。

当然，多台UPS冗余并联虽是提高了可靠性，但也带来了负面影响，那就是使系统效率降低了，因为原来两台工作时各为50%负载，当3台工作时，每台的带载量才仅有三分之一。为此可采用图1 1的改良式1+2节能供电方式。在这里高频机3UPS在正常时处在转换开关ZS的中间空档位置，其他两台UPS按50%方式供电，处于效率最高点。任一台UPS故障，3UPS就接通到故障设备的一方。提高了可靠性也提高了运行效率。

图11 1+2节能工作方式

另外，双总线采用STS还有另一层意思，那就是当一台UPS故障时就可以利用STS将另一台UPS转接过来，如图12双机双总线1所示。但为了这一点功能就采用两台STS未免小题大做。

图12 双总线结构方式两台UPS互相转换方案

可以采用图12双机双总线2的方法，用一只母联开关即可。在两路UPS正常工作时，母联开关是断开状态。当其中一台UPS故障时，母联开关闭合，也达到了上述目的。这一改变也并非无足轻重。如果母联开关采用电子式，即静态开关，其设备量大为减少，如图13所示。

图13 母联开关与两台STS设备量的比较

从图中可以看出，同样的大功率可控硅，两台STS就用了24支，而一个母联开关只用了6只，节约了18支的设备量和功耗，也极大地减小了占地面积。

设计节能的运行模式

有了节能的产品，设计了简洁的供配电系统，如果再规划出节能的运行模式，这样步步为营、步步节能的供配电方式就可得出很好的节能效果。图14所示为一个500kVA的负载用双总线供电的例子。这里采用了2台550kVA的模块化UPS，每台550kVA的模块化UPS机壳中有两台275 kVA的模块化UPS，为了提高效率，在正常供电时就可以令其中一台275 kVA的模块化UPS休眠，形成2+1工作模式。而且随着负载的减小还可以工作在1+1模式。

图14 模块化UPS节能运行模式

图15的节能运行方式是在电网电压稳定在指定范围时接通旁路开关，和ECO工作方式不同的是，此时逆变器并不关机，而是出于一种类似休眠地等待状态，它的功能类似于无功功率补偿，能把电网中突变之类的干扰抑制掉。这时的效率可达97%以上，又进一步节约了能量。

好多IT设备都是双电源供电，所以往往双总线供电方式有不少是采用两套塔式单机供电，如图15所示。在此情况下大都采用两台UPS各供50%的配电方式，这样做的结果不能使效率达到最高点。一般效率最高点往往不是在100%功率，而是在70%~100%之间。如果两台UPS均分负载，那么各自的负载量均小于50%，这样一来，效率就更低了。这就可以改变一下供电分配方式。比如令图15中的UPS1全额供电，一般都小于额定负载量。而令UPS2休眠，但处于热备份状态。这样一来，UPS1此时几乎处于效率最高点。当然会有的提出这样的问题，将原来的一般负载改成全额负载岂不是UPS的寿命降低了？非也。任何一台UPS的寿命都是设计在全额负载情况下的选定的，全额负载运行是UPS的本分，如果UPS没有这个能力，那就是这台UPS不合格。

图15 塔式UPS节能运行模式

又有的人可能提出第二个问题，如果UPS1过载时UPS2接续不上怎么办？首先在选择UPS容量时，一般都选择UPS的容量要大于额定负载一定量，所以一般不会过载；另一方面，可设定UPS2在UPS1带载量超过90%时苏醒，这只是一个设置问题。况且UPS2是休眠而不是关机，是在热备份，所以投入工作很快。第三，任何一台UPS都有过载到125%额定负载可坚持10min和过载到150%坚持30s的能力，这对于UPS2的投入运行速度打开方便之门。

当然，节能运行方式很多。总之，实现节能供电的要点就是：

要具有正确的节能意识，那种用种种借口拒绝使用节能设备的做法应该慎重。

选择节能的供电设备，不要听外界的一些贬低节能设备的说法，自己要有主意或请专家咨询，当然这里指的是真正的专家。

规划简洁（而不是臃肿）的供配电方式。慎重听取各方面的意见，一般厂家作的方案要慎重考虑，结合自己的应用特点，以简洁为佳。

设计节能的运行方式。并不是所有设备都有这种节能运行方式，节能运行方式一般是设计在UPS上的，是标配的功能。（御风）