UPS的性能分類與標準化UPS系統結構
摘要 IEC62040-3提出了UPS 按性能分類的方法，其目的是使用戶可以在相同的基礎上，對功率相近的不同廠家的UPS 產品進行比較。
UPS廠家應按IEC62040-3規定對其產品進行性能分類代碼的標識；用戶應選用已標識性能分類代碼的UPS 產品。
本文闡述了IEC62040-3規定的UPS 性能分類方法和標準化的UPS 系統結構，并介紹了高可用度的并聯冗余UPS和分布冗余UPS系統。
關鍵詞 UPS性能分類 冷備用 市電交互 雙變換 并聯冗余 分布冗余 雙母線 可用度
0、引言
不間斷電源設備(UPS)是一種電子電源系統，其基本功能是當市電電源發生故障時，不間斷地為用戶設備提供符合規定的交流電源。當市電電源停電時，UPS將轉換為由蓄電池供電的工作方式，在規定時間內向用戶設備供電。當市電電源較長時間停電時，UPS需要由備用發電機組供電，繼續不間斷地為負載供電。此外，在市電正常的情況下，UPS將市電電源進行適當的變換和調節，從而抑制市電電源的各種干擾；為負載提供高質量的交流電源。因此，UPS還具有改善市電質量的功能。
UPS的負載是被視為關鍵性的或重點保護的設備。這些關鍵性負載包括數據處理、計算機和通信系統之類的設備等等。 為滿足不同類型的負載對供電連續性和供電質量要求，現已開發出功率范圍從不足百瓦至數兆瓦的各種型式的靜態UPS。
靜態UPS主要有三種典型的電路結構，長期以來被稱為：在線UPS （on line UPS）、離線UPS（off line UPS）和在線互動UPS（line interactive UPS）。但是，這些UPS名稱對其工作原理的表述是不準確的，很容易引起混淆。為了避免混淆，國際標準IEC62040-3 重新規定了UPS新的名稱：雙變換UPS （double conversion UPS）、冷備用UPS（passive standby UPS）、市電交互UPS（line interactive UPS）。
“離線UPS（off line UPS）”，其本來的含義是：逆變器在正常情況下，不向負載供電，而是由市電電源向負載供電。只有當市電交流輸入電壓超出允差時，逆變器才向負載供電。然而，術語“離線（off-line）”也有“不在市電電源上（not-on-the-mains）”之意，即正常情況下市電不向負載供電。而實際上，在正常情況下，負載是由市電電源供電的。為了防止這種定義的混淆，IEC62040-3明確提出，不使用“離線UPS（off line UPS）”這一術語，而使用“冷備用UPS（passive standby UPS）”術語。
“在線UPS（on line UPS）”，意思是不論市電交流輸入電源情況如何，負載始終由逆變器供電。但是，術語“在線（on-line）”也可以理解為"在市電電源上（on-the-mains）"，即負載由市電供電（這與實際情況相反）。為了防止定義的混淆，IEC62040-3明確提出，應避免使用 “在線UPS”這一術語，而只使用“雙變換UPS”術語。
在線互動UPS（line interactive UPS）的漢語名稱與英語名稱不符，因為line 不是on line ，所以不是“在線”。實際上line 是指市電（the mains）。因此，“line interactive UPS” 應譯為“與市電交互UPS”，或“與市電互動UPS” 。
此外，由于雙變換UPS （double conversion UPS）（即老名稱“在線UPS”）被公認為實際性能最好的UPS 系統。在市場競爭中，出現了一些奇怪UPS的名稱，例如，“準在線UPS（quasi online ups）”、“半在線UPS（semi online ups）”、“真在線UPS（true online ups）”、“在線均分技術（online-sharing technology）”等等。相關UPS廠家提出這些UPS名稱的目的是試圖讓用戶相信其UPS產品是雙變換UPS。實際上，這些產品并不是雙變換UPS，不能提供用戶所希望的性能和可靠性。
針對這種情況，IEC62040-3 除了廢除不科學、不適當的老的UPS名稱、規定了新的UPS名稱外，還提出了UPS 按性能分類的方法。這個分類方法基于UPS輸出電壓和輸出頻率與UPS 輸入電源的參數的關系，提出了UPS 性能分類代碼。按性能分類的目的是提供一個共同的基礎，使用戶可以在相同條件下，對額定功率相近的不同廠家的UPS產品進行比較。
符合IEC62040-3國際標準的UPS將由廠家按規定進行性能分類代碼的標識。用戶一般應避免采用未標識性能分類代碼的UPS產品。
我國國標GB7260 已等效采用IEC62040-3國際標準，今后國產UPS 產品也應標識UPS 性能分類代碼。在進行UPS 選型時應注意選用已標識UPS 性能分類代碼的UPS。
本文闡述IEC62040-3（和GB7260）規定的UPS 的性能分類方法和標準化的UPS 系統結構。并介紹高可用度的并聯冗余UPS 和分布冗余UPS。
1、UPS 性能分類代碼
UPS 性能分類代碼由三部分組成。（例如 VFI-SS-123 ，這是分類代碼的一個例子）
最前面的三個字符規定在正常工作方式下的電源質量。表示UPS輸出電壓和頻率與交流輸入電源（市電）電壓和頻率的關系。
中間的兩個字符規定在正常工作方式（包括暫時的靜態旁路工作）和儲能方式下的輸出電壓波形。表示是正弦波或非正弦波。
最后三個字符規定在不同條件下UPS瞬態輸出電壓性能。表示是否符合標準規定的瞬態電壓性能。
1.1 電源質量的分類選項(三個字符或兩個字符）
以下各選項均表示在正常工作方式下的電源質量?？梢詾閂FI，VFD，VI。
•VFI： 表示這種UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關。
•VFD： 表示這種UPS的輸出取決于與市電電源的電壓和頻率變化。
•VI： 表示這種UPS的輸出（頻率）取決于市電電源的頻率變化。輸出電壓與市電電壓無關
1.2 輸出電壓波形的分類選項（兩個字符）
第一個字符表示在正常和旁路方式下的輸出電壓波形。可以為S，X，Y。
第二個字符表示在儲能方式下的輸出電壓波形?？梢詾镾，X，Y。
•S： 表示在所有線性和基準非線性負載條件下，輸出波形均為正弦波，其總諧波失真因數 D小于0.08 。
•X： 表示在線性負載條件下，輸出波形均為正弦波（與S相同），在非線性負載條件下（如果超過規定的極限），其總諧波失真因數 D大于0.08 。
•Y： 輸出波形是非正弦波。
1.3 瞬態電壓性能的分類選項（三個字符）
第一個字符表示改變工作方式時的輸出電壓瞬態性能?？梢詾?，2，3。
第二個字符表示在正常/儲能方式下，帶線性階躍負載時的輸出電壓瞬態性能（最不利的情況） ?？梢詾?，2，3。
第三個字符表示正常/儲能方式下，帶基準非線性階躍負載時的輸出電壓瞬態性能（最不利的情況） ?？梢詾?，2，3。
•1： 表示瞬態電壓≤ 圖 1 的1類輸出動態性能數據（無中斷或無零電壓出現）。
•2： 表示瞬態電壓≤ 圖2 的2類輸出動態性能數據（輸出電壓為零持續1ms）。
•3： 表示瞬態電壓≤ 圖3 的3類輸出動態性能數據（輸出電壓為零持續10ms）。
圖1 1類輸出動態性能
圖2 2類輸出動態性能
圖3 3類輸出動態性能
1.4 完整的UPS分類代碼
下面是典型的UPS完整的分類代碼：
電源質量 輸出波形 輸出動態性能
VFI — SS — 111
VI — SX — 222
VFD — SY — 333
實際的UPS產品的性能分類代碼舉例：
Powerware 9370 ：VFI-SS-111
Powerware PB4000（BORRI 4000）：VFI-SS-111
Socomec DELPHYS MP：VFI-SS-111
AEG/SAFT SVS Power System：VFI-SS-111
2、UPS 系統結構
2.1 UPS性能分類代碼與UPS內部結構
綜上所述，UPS 按性能分類，可分為三類，用代碼表示為：
VFI （UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關）
VFD （UPS的輸出電壓和頻率取決于與市電電源的電壓和頻率）。
VI （UPS的輸出（頻率）取決于市電電源的頻率變化。輸出電壓與市電電壓無關）
然而，實際上，UPS按性能分類的VFI、VI、VFD與按UPS內部電路結構分類的雙變換、市電交互、冷備用單機UPS系統是密切相關的。
UPS性能分類代碼表示的是UPS輸出電壓和頻率與市電電源的關系、輸出波形和動態性能，這些性能和功能指標都是與UPS單機系統結構有關的。
在前面給出的完整UPS性能分類代碼的例子中 ，VFI-SS-111，VI-SX-222，VFD-SY-333和單機UPS系統的對應關系如下：
2.1.1、VFI-SS-111，雙變換UPS
性能分類代碼VFI-SS-111表示UPS輸出電壓和頻率與市電電壓、頻率無關。要達到這個要求，必須在正常方式下，通過直流中間環節再生一個交流電源。這種UPS技術就是雙變換UPS，它也能滿足對正弦波輸出波形和1類輸出動態性能（圖1）的要求。
2.1.2、VI-SX-222，市電交互UPS
UPS廠家應按IEC62040-3規定對其產品進行性能分類代碼的標識；用戶應選用已標識性能分類代碼的UPS 產品。
本文闡述了IEC62040-3規定的UPS 性能分類方法和標準化的UPS 系統結構，并介紹了高可用度的并聯冗余UPS和分布冗余UPS系統。
關鍵詞 UPS性能分類 冷備用 市電交互 雙變換 并聯冗余 分布冗余 雙母線 可用度
0、引言
不間斷電源設備(UPS)是一種電子電源系統，其基本功能是當市電電源發生故障時，不間斷地為用戶設備提供符合規定的交流電源。當市電電源停電時，UPS將轉換為由蓄電池供電的工作方式，在規定時間內向用戶設備供電。當市電電源較長時間停電時，UPS需要由備用發電機組供電，繼續不間斷地為負載供電。此外，在市電正常的情況下，UPS將市電電源進行適當的變換和調節，從而抑制市電電源的各種干擾；為負載提供高質量的交流電源。因此，UPS還具有改善市電質量的功能。
UPS的負載是被視為關鍵性的或重點保護的設備。這些關鍵性負載包括數據處理、計算機和通信系統之類的設備等等。 為滿足不同類型的負載對供電連續性和供電質量要求，現已開發出功率范圍從不足百瓦至數兆瓦的各種型式的靜態UPS。
靜態UPS主要有三種典型的電路結構，長期以來被稱為：在線UPS （on line UPS）、離線UPS（off line UPS）和在線互動UPS（line interactive UPS）。但是，這些UPS名稱對其工作原理的表述是不準確的，很容易引起混淆。為了避免混淆，國際標準IEC62040-3 重新規定了UPS新的名稱：雙變換UPS （double conversion UPS）、冷備用UPS（passive standby UPS）、市電交互UPS（line interactive UPS）。
“離線UPS（off line UPS）”，其本來的含義是：逆變器在正常情況下，不向負載供電，而是由市電電源向負載供電。只有當市電交流輸入電壓超出允差時，逆變器才向負載供電。然而，術語“離線（off-line）”也有“不在市電電源上（not-on-the-mains）”之意，即正常情況下市電不向負載供電。而實際上，在正常情況下，負載是由市電電源供電的。為了防止這種定義的混淆，IEC62040-3明確提出，不使用“離線UPS（off line UPS）”這一術語，而使用“冷備用UPS（passive standby UPS）”術語。
“在線UPS（on line UPS）”，意思是不論市電交流輸入電源情況如何，負載始終由逆變器供電。但是，術語“在線（on-line）”也可以理解為"在市電電源上（on-the-mains）"，即負載由市電供電（這與實際情況相反）。為了防止定義的混淆，IEC62040-3明確提出，應避免使用 “在線UPS”這一術語，而只使用“雙變換UPS”術語。
在線互動UPS（line interactive UPS）的漢語名稱與英語名稱不符，因為line 不是on line ，所以不是“在線”。實際上line 是指市電（the mains）。因此，“line interactive UPS” 應譯為“與市電交互UPS”，或“與市電互動UPS” 。
此外，由于雙變換UPS （double conversion UPS）（即老名稱“在線UPS”）被公認為實際性能最好的UPS 系統。在市場競爭中，出現了一些奇怪UPS的名稱，例如，“準在線UPS（quasi online ups）”、“半在線UPS（semi online ups）”、“真在線UPS（true online ups）”、“在線均分技術（online-sharing technology）”等等。相關UPS廠家提出這些UPS名稱的目的是試圖讓用戶相信其UPS產品是雙變換UPS。實際上，這些產品并不是雙變換UPS，不能提供用戶所希望的性能和可靠性。
針對這種情況，IEC62040-3 除了廢除不科學、不適當的老的UPS名稱、規定了新的UPS名稱外，還提出了UPS 按性能分類的方法。這個分類方法基于UPS輸出電壓和輸出頻率與UPS 輸入電源的參數的關系，提出了UPS 性能分類代碼。按性能分類的目的是提供一個共同的基礎，使用戶可以在相同條件下，對額定功率相近的不同廠家的UPS產品進行比較。
符合IEC62040-3國際標準的UPS將由廠家按規定進行性能分類代碼的標識。用戶一般應避免采用未標識性能分類代碼的UPS產品。
我國國標GB7260 已等效采用IEC62040-3國際標準，今后國產UPS 產品也應標識UPS 性能分類代碼。在進行UPS 選型時應注意選用已標識UPS 性能分類代碼的UPS。
本文闡述IEC62040-3（和GB7260）規定的UPS 的性能分類方法和標準化的UPS 系統結構。并介紹高可用度的并聯冗余UPS 和分布冗余UPS。
1、UPS 性能分類代碼
UPS 性能分類代碼由三部分組成。（例如 VFI-SS-123 ，這是分類代碼的一個例子）
最前面的三個字符規定在正常工作方式下的電源質量。表示UPS輸出電壓和頻率與交流輸入電源（市電）電壓和頻率的關系。
中間的兩個字符規定在正常工作方式（包括暫時的靜態旁路工作）和儲能方式下的輸出電壓波形。表示是正弦波或非正弦波。
最后三個字符規定在不同條件下UPS瞬態輸出電壓性能。表示是否符合標準規定的瞬態電壓性能。
1.1 電源質量的分類選項(三個字符或兩個字符）
以下各選項均表示在正常工作方式下的電源質量?？梢詾閂FI，VFD，VI。
•VFI： 表示這種UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關。
•VFD： 表示這種UPS的輸出取決于與市電電源的電壓和頻率變化。
•VI： 表示這種UPS的輸出（頻率）取決于市電電源的頻率變化。輸出電壓與市電電壓無關
1.2 輸出電壓波形的分類選項（兩個字符）
第一個字符表示在正常和旁路方式下的輸出電壓波形。可以為S，X，Y。
第二個字符表示在儲能方式下的輸出電壓波形?？梢詾镾，X，Y。
•S： 表示在所有線性和基準非線性負載條件下，輸出波形均為正弦波，其總諧波失真因數 D小于0.08 。
•X： 表示在線性負載條件下，輸出波形均為正弦波（與S相同），在非線性負載條件下（如果超過規定的極限），其總諧波失真因數 D大于0.08 。
•Y： 輸出波形是非正弦波。
1.3 瞬態電壓性能的分類選項（三個字符）
第一個字符表示改變工作方式時的輸出電壓瞬態性能?？梢詾?，2，3。
第二個字符表示在正常/儲能方式下，帶線性階躍負載時的輸出電壓瞬態性能（最不利的情況） ?？梢詾?，2，3。
第三個字符表示正常/儲能方式下，帶基準非線性階躍負載時的輸出電壓瞬態性能（最不利的情況） ?？梢詾?，2，3。
•1： 表示瞬態電壓≤ 圖 1 的1類輸出動態性能數據（無中斷或無零電壓出現）。
•2： 表示瞬態電壓≤ 圖2 的2類輸出動態性能數據（輸出電壓為零持續1ms）。
•3： 表示瞬態電壓≤ 圖3 的3類輸出動態性能數據（輸出電壓為零持續10ms）。
圖1 1類輸出動態性能
圖2 2類輸出動態性能
圖3 3類輸出動態性能
1.4 完整的UPS分類代碼
下面是典型的UPS完整的分類代碼：
電源質量 輸出波形 輸出動態性能
VFI — SS — 111
VI — SX — 222
VFD — SY — 333
實際的UPS產品的性能分類代碼舉例：
Powerware 9370 ：VFI-SS-111
Powerware PB4000（BORRI 4000）：VFI-SS-111
Socomec DELPHYS MP：VFI-SS-111
AEG/SAFT SVS Power System：VFI-SS-111
2、UPS 系統結構
2.1 UPS性能分類代碼與UPS內部結構
綜上所述，UPS 按性能分類，可分為三類，用代碼表示為：
VFI （UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關）
VFD （UPS的輸出電壓和頻率取決于與市電電源的電壓和頻率）。
VI （UPS的輸出（頻率）取決于市電電源的頻率變化。輸出電壓與市電電壓無關）
然而，實際上，UPS按性能分類的VFI、VI、VFD與按UPS內部電路結構分類的雙變換、市電交互、冷備用單機UPS系統是密切相關的。
UPS性能分類代碼表示的是UPS輸出電壓和頻率與市電電源的關系、輸出波形和動態性能，這些性能和功能指標都是與UPS單機系統結構有關的。
在前面給出的完整UPS性能分類代碼的例子中 ，VFI-SS-111，VI-SX-222，VFD-SY-333和單機UPS系統的對應關系如下：
2.1.1、VFI-SS-111，雙變換UPS
性能分類代碼VFI-SS-111表示UPS輸出電壓和頻率與市電電壓、頻率無關。要達到這個要求，必須在正常方式下，通過直流中間環節再生一個交流電源。這種UPS技術就是雙變換UPS，它也能滿足對正弦波輸出波形和1類輸出動態性能（圖1）的要求。
2.1.2、VI-SX-222，市電交互UPS
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