并联备份:即两台(或多台)UPS的输出端和旁路直接并在一起,同时给负载供电。当一台UPS的逆变器出故障时,立即脱离系统,由另一台(或其余几台)UPS向负载供电,如图5所示。

图5  并联备份系统示意图

双总线备份:即两台UPS同时接入市电,并在其之间增加负载母线同步器(LBS,以确保两台UPS输出相位和频率的一致),两台UPS通过总线与负载相连。双电源负载的两个独立电源分别通过两条独立的总线接到两台UPS系统。单电源负载通过静态转换开关(STS)接到两台UPS系统,并优选其中一路为供电主回路,如图6所示。

图6 双总线备份系统示意图

②备份选择建议

串联备份结构简单,安装方便,价格低廉,对品牌和型号的一致性无要求。但要求两台UPS必须是双变换式,且系统无法扩容,主备机老化不一致,备机电池寿命低,系统转换可靠性低,备机逆变器易损坏(负载存在短路故障时);

并联备份可靠性较高,但效率较低(正常工作时每台UPS均分负载不能超过满负载的50%),且要求每台UPS输出必须同电压、同频率、同相位;

双总线备份由于增加了LBS和STS设备,故可靠性较并联备份低。

鉴于以上分析,短期野外作业情况(如广播电视现场直播)易采用串联备份;其它重要场所(如IDC机房、地市级以上广播电视播出机房、电信中心运行机房、电力调度中心、三级甲等医院设备中心等)应优先选用并联备份;而双总线备份仅适应于有双电源备份的场所。

2   UPS带负载能力的选择

UPS带负载的能力包括正常工作和输入断电两种情况,前一种以UPS的容量来表示,后一种以电池的容量来衡量。

(1)UPS容量的选择

UPS的容量以功率来表示,太大或太小都不行。若选择的容量过小,则因UPS长期处于重载运行状态,使输出波形发生畸变,输出电压幅值抖动过大,易使逆变器驱动元件损坏;若选择的容量过大，则可能造成市电停电时因负载过轻使电池放电时间偏长，一旦电池保护装置发生故障，会使其(电池组)因深度放电而遭永久性损坏。而且UPS的价格也会随容量的增大而增加。建议按如下公式选择:

UPS容量(kVA)≥所有负载功率的总和(kW)÷UPS的负载功率因数÷0.8

(2)蓄电池组的选择

蓄电池组是确保UPS不间断供电的一个重要组件，其容量的选择至关重要，建议按以下公式选择:

蓄电池组的容量(Ah)≥负载电流(A)×持续供电时间(h)+富余量(Ah)

上式中,富余量≤负载电流×持续供电时间×20%

蓄电池组由单体电池通过串、并联组合而成,已形成其工作电压,其总容量为各电池容量之和。选择时应遵循如下原则:不同容量的蓄电池不得串联使用;不同电压的蓄电池不得并联使用;不同容量的蓄电池组不得并联使用,因不同容量的蓄电池组因电阻的不同而使充电电流不同,容易形成不同电池组过充和充电不足,同时电池放电过程中会出现电池组之间互相放电的现象。
目前UPS的蓄电池都是免维护的,选择时应从外观、充/放电特性、耐振/耐冲击性和耐流(大电流)性等方面综合考虑。

3   UPS使用环境的选择

UPS要能正常使用,环境因素不可小视,工作环境、抗干扰等因素都要考虑。

(1)工作环境

UPS是动力设备,因此其工作区域应选择具有较好通风及散热条件的场所。如果UPS与蓄电池组同室安装,而电池组温度过低,活性降低,温度过高寿命缩短。实践表明,电池壳体表面为25℃时能效最高。建议将UPS与电池组单设一室,常年开设空调,使室温保持25℃恒定,有条件的(如省级以上IDC机房、电信系统运行机房、广播电视播出机房等)可采用精密空调系统。

(2)接地环境

UPS涉及到输入、输出和负载,因而其接地环境较为复杂。建议:UPS的输入与输出采用TN-S接地系统(即电池中性接地,负载机架连中性线,中性线与保护地分离)。对灵敏负载(如有些对“电源电压”要求较高的服务器),在采用TN-S的基础上,UPS输出端应采用SDS(独立电源系统),如在UPS输出与负载之间加装隔离变压器,使UPS与负载的中性线独立接地,在有效降低“零地电压”的同时,可有效抑制共模噪声,给负载提供高质量电源;对UPS的蓄电池组,其正、负极不接地,但蓄电池架最好接到UPS接地排上。

(3)防雷系统环境

由于UPS是能源装置,因此其防雷环境必须予以重视。首先是工程用的UPS所在建筑物必须安装接闪器(避雷针等),实施外部防雷。另外，为防止直击雷对UPS的损坏，还应对UPS配电装置加装防雷设施。有两种情况:当UPS前端无配电箱时，可在UPS前端设置一台内部具有两级保护的防雷箱对其进行防雷；当UPS前端有配电箱时，可在配电箱输入端空气开关后加装适当容量的并联式低压避雷器，在输出端再加装防雷插座。但此种情况要注意是两级避雷装置的距离不得小于5m，否则应加装退耦器件，以确保两级防雷的协调配合。

(4)负载要求

负载主要分为线性负载、带容性的非线性负载和带感性的非线性负载三类。一般来说电烙铁、电热毯等是阻性负载,电视机、电脑等是带容性的非线性负载,日光灯、空调等为带感性的非线性负载。严格来说,UPS带线性负载工作是最为理想的情况,因为线性负载电压随着电流成正比变化。在UPS带载试验中往往接大功率电阻器就是这个道理;但实际运行环境下负载多表现为非线性,非线性负载的重要特点是启动时有冲击电流,但容性负载稍小一点,故UPS带电视机、电脑及其容性设备是可以的,但要考虑给UPS留有一定的余量,不能满载;对于某些功率因数较低的带感性的非线性负载(如空调),因其启动电流可达额定值的5～7倍,故一般不宜采用UPS供电,但对于日光灯等带感性的非线性负载时可考虑接一组或两组至UPS,以供停电时的应急照明。

4   基于特大功率UPS的选择

“十二五”期间,随着云计算的应用以及全国信息存储与播发平台的建设与管理,对UPS的容量提出了新的要求。譬如说总容量在100kVA以上的UPS。对于采用这种大功率的UPS建议如下:

(1)选用模块式

因为模块式支持在线热插拔和在线扩容;

(2)选用有源功率因数补偿技术

因为补偿后可使输入功率因数为1,最大限度地避免了对电网的污染;

(3)选用具有综合的报警功能

最好能支持通过无线网络的告警,如可将告警信息通过移动通信网发送到指定的维护人员手持终端(手机)上。维护人员可通过智能终端(如智能手机)进行故障的简单辨别与处置。（御风）