UPS应对负载提供符合要求的常规电性能指标

UPS应对负载提供符合要求的常规电性能指标

这里指的是能满足负载要求的、必备的常规电性能指标，这些指标并非越高越好，因为任何性能指标的提高都是以增加复杂性、提高成本和降低可靠性为代价的。

(1)输出电压稳定精度

输出电压稳定精度的定义是当输入电压在设计要求范围内、负载在满载范围内100%变化时，UPS输出电压的变化量的稳定值与额定值的百分比。事实上负载对此项指标的要求并不高，以计算机类的负载为例，因为机内大多是配置了开关型的直流电源，它容许输入电压在很大范围内变化，如图2-2所示。

图2-2是摘自IEC标准62040-3，它表示计算机负载可接受的交流电压异常的大小和持续时间关系。显然，在输入电压在+10%和@20%范围内，计算机可以连续正常工作。

不同叨S产品在这项指标上的差别很大，后备式和线交互式等小功率叨冶在士5%~士10%，而在线式特别是大功率UPS，此项指标可达到士1%。

UPS控制电路对输出电压稳定性的调节同样是有差过程，稳定性要求过高时，会增加控制电路的复杂性和系统不稳定性，对负载来说这却是多此一举。

这里值得讨论的一个问题是，对于计算机负载(输入AC/DC整流)而言，方波或准方波输出的后备式UPS，在电池一逆变工作状态时其输出是不稳压的。

在UPS设备中，方波输出的后备式UPS占有相当大的比例，以我国UPS应用情况为

例，自20世纪80年代至今的二十几年中，生产销售并对计算机供电的方波输出的后备式UPS何止千万台。被人们长期忽视的一个事实是，市电停电后，方波输出的后备式UPS并没有稳压功能，实际上是变化的电池电压经输出变压器按不变的匝比升压后向负载供电的，参见图1-12。

在方波输出后备式UPS供电系统中，市电故障后由电池通过逆变器供电，此时UPS输出方波，方波最大幅值与电池浮充电压对应，逆变器通过调整方波宽度使输出电压有效值等于设计额定值220V;在电池放电过程中，电池电压逐渐下降，同时输出方波幅值也同比例地降低，此时逆变器增大输出方波宽度，以保持输出电压有效值稳定不变，这就是所谓的稳压功能。对于计算机负载输入开关电源而言，整流后的直流电压只与输入电压的峰值有关，而与有效值无关。电池电压下降到下限时，UPS关机。所以在电池供电的整个过程中，相当于电池直接对负载供电，电压变化范围对应于电池浮充电压和放电下限电压，即额定电压的士11•25%，只不过这个电压范围小于IT负载设备允许的输入电压变化范围，没有影响设备的正常工作而已。

(2)输出电压波形失真度

电压波形失真度是指UPS输出正弦波交流电压中所有高次谐波有效值之和与基波有效值的百分比。

各种电路结构UPS的输出波形失真度的差别是很大的，双转换(在线)式UPS在线性负载时3%，在非线性负载时可控制在5%以内，而后备式UPS在电池逆变工作状态下的波形失真度可高达30%以上(方波或者准正弦波)。

实际上，由于计算机类负载的机内电源大多是AC/DC开关型电源，它的输入端实际

上是整流电路，交流输入后首先变换成直流电压，然后供给开关型电源的DC/DC变换器，所以对输入电压的波形失真度要求并不高。交流供电电压的几个要素是电压幅度(峰值和有效值)、频率和相位。电压峰值幅度是影响计算机AC/DC开关电源输入整流后直流电压最关键的参数，而电压有效值、频率和相位则影响很小，所以UPS输出电压波形失真度对计算机开关电源来说并不重要。

(3)输出电压的频率稳定精度

确切地讲，应该是电池供电时的输出电压的频率稳定精度，它是UPS输出电压频率的变化量与额定频率(50H2)的百分比。

首先要说明的是，在电池逆变供电的情况下，所有电路结构形式的UPS都是稳频的，都可以达到同样高(例如土0•5%)的频率稳定精度，没有什么可比性。在主交流市电一逆变工作状态下，UPS输出电压的频率并不存在稳定度问题，后备式、线交互式、Delta变换式UPS的输出频率注定是要跟踪市电频率的，它的输出电压与输入电压之间不存在频差和相差问题，因此没有频率稳定精度的说法。只有传统双变换UPS的逆变器可以在自振频率下工作，输出

电压才有较高的频率稳定度，但是，因为此时逆变器工作频率没有跟踪市电频率，一旦有负载过载、逆变器故障、机内温度过高等故障发生，皿?S只能停机而不能转旁路。实际上，所有的UPS在市电供电情况下，逆变器的工作频率都必须跟踪市电频率，否则UPS就进入异常运行状态。

是不是UPS输出电压的频率跟踪市电频率时就会影响计算机类负载的工作呢?不会，由于计算机类负载的输入机内电源大多是AC/DC开关型电源，输入整流滤波电路的电容

时间常数很大，即使输入电压频率变化4%，甚至6%或8%，也不会影响计算机的正常工作，何况市电频率是相当稳定的，最大偏差不过士1%。

总之，所有的UPS在市电供电的情况下，逆变器工作频率都必须跟踪市电频率，根本不存在是否稳频的说法，谈到UPS频率稳定性时一定要说明是在电池供电的情况下。

(4)输出电压幅值的三相不平衡度

当UPS输出的三相电压因为负载不平衡或逆变器工作状态等原因而不相等时，其输出电压会影响负载的正常工作。对于计算机类负载，它会影响输入端AC仰C开关电源直流电压的设计值和纹波;对于多台使用不同相的单相负载，由于三相电压不平衡，无异于这些单相负载的输入电压极端不稳定，不是欠压就是过压;对于使用三相输入的负载而言，由于三相输入中的一相过高，一相过低，必然会影响ACDC变换器的工作状态，并造成UPS输出三相电流不平衡，严重时会变成单相工作。

输出电压幅值三相不平衡度的表达方法已在国家有关标准中结合测量方法给了严格的定义，YD/T1095-2000《通信用不间断电源一二皿喇中是这样定义的:将UPS输入电压和频率调至UPS的输入额定值，UPS输出接平衡(或不平衡)负载，用交流电压表测量叨冶输出的线(或相)电压，然后结合图2-3所示方法，再应用公式(2-1)计算出不平衡度. Yv=(Un/Up)%

式中:Yn为电压不平衡度;坤为电压的正序分量，单位为V:Un为电压的负序分量，单位为V。

当前，三相双转换(在线)式U昭的输出电压幅值不平衡度视逆变器的电路形式不同而不同，当UPS由一个三相输出的全桥逆变器对三相负载供电时，在平衡负载情况下可达到1%，在不平衡负载情况下可达到3%。哑S由三个单相逆变器对三相负载分别供电时，在三相平衡负载和三相不平衡负载情况下部可达到1%。

在YD/T1095-2000《通信用不间断电源一一UPS》标准中，规定UPS输出电压幅值的三相不平衡度≤5%。

(5)三相负载不平衡能力

负载的平衡度是由负载决定的，而能不能带动不平衡负载和能带动多大程度的不平衡负载，则是叨B的三相负载不平衡的能力。三相负载不平衡能力差的UPS，当负载不平衡

时，三相输出电压不平衡度也必然差。

UPS输出三相负载不平衡的情况是经常出现的，特别是三相大功率UPS供电系统，由于系统中有多台单相供电设备，每相所带的负载设备的种类和数量都是不同的，因此三相负载不平衡是绝对的。即使经过对负载配电调整，UPS供电系统输出的三相负载基本上达到平衡状态，但是多台设备的上下电和工作过程中动态负载变化都是随机的，在短时间内仍可能使UPS的三相负载进入严重的不平衡状态。这就要求三相UPS首先要具备带100%三相负载不平衡的能力。

衡量UPS三相负载不平衡能力的标准是看三相负载100%不平衡时的输出电压幅值的三相不平衡度。不同电路结构形式的逆变器，决定了其输出电压幅值三相不平衡的能力:对于输出逆变器是由一个三相全桥电路组成的UPS，当三相负载电流不平衡时，全桥电路的三个桥臂也进入不平衡状态，所以带三相不平衡负载的能力差，当三相负载100%不平衡时，其输出电压的三相不平衡度在5%以上，尽管可以采用三相统调和三相分调(微调)的双重调控措施，当负载三相100%不平衡时，输出电压幅值的三相不平衡度也仅能控制在3%以内;对于三相UPS的三个相电压是由三个半桥逆变器独立调整的UPS，其三相负载不平衡能力就很强，当三相负载100%不平衡时，其输出电压幅值三相不平衡度仍可控制在1%以内。