(完整版)UPS双路供电系统

UPS双路供电系统

为了保证UPS机房的供电安全，使用艾默生Hipulse U系列UPS，艾默生Hipulse U系列UPS是对原有7000 Hipulse系列 UPS

的优化和升级机型。该机型除秉承7000 Hipulse系列高可靠性的技术优势外，在DSP全数字控制、谐波治理、并机应用及双总线控制技

术上等有了较大改进。它采用真在线双变换工作原理，正弦脉宽调制及全数字化技术，可向负载提供连续、稳定、纯净的正弦波电源。

1、内部构造及特点

（1）整流器

提供12脉冲全控桥（2组6脉冲SCR可控硅+30度移相变压器）整流器，其作用是将输入交流AC380V整流为直流432V左右。控制特点

为“斜坡”启动，即整流器输出电压在10秒钟内由0V至432V，对电网无冲击。同时可实现多台UPS的延时启动，延时启动时间5—300

秒可调，减小多台UPS同时启动对电网或油机的冲击。再加上专用11次输入谐波滤波器，可将输入谐波含量减小至4.5%以下。12脉冲

整流器还可以有效降低直流母线纹波，延长电池寿命。

（2）逆变器

由6只IBGT大功率管组成的SPWM（正弦脉冲调制）全控桥组成。其作用是将DC432V转换成交流AC208V，经特制的（△/Z）零相移锯齿

型升压隔离变压器，变为负载所需的AC380V；另外，该变压器具有消除来自如计算机类的非线性负载所反射的三倍次谐波电流的能力。

控制特点采用“慢降栅压”保护技术，可大大减少逆变器扰动关断（逆变器与静态开关相互切换），并提高UPS整机过载能力，使其抗

短路和抗过载能力优于一般机型。特别是其抗短路能力是同类设备无法比拟的。

（3）双路静态开关

由12只SCR（可控硅）组成逆变器侧和旁路侧双路无触点电子式静态开关。其作用是确保逆变器供电与旁路供电间的无间断切换，并确

保输出电压波形的连续性和平滑性。控制电路采用了“过零点”切换技术，保证了UPS在同步锁相时切换时间为0ms，在与电网不同步时，

切换时间小于4ms，即电网频率无论怎样变化，均可确保UPS输出电压、频率的稳定与不间断。

（4）控制系统

采用双DSP全数字控制技术，确保整流器、逆变器、静态开关的实时控制，以及各功率部分的协调，其特点是控制时效增加，精度提高，

可靠性加强，最终使UPS整机效率提高，各项输出技术指标均优于一般同容量设备。

（5）专用电池开关

艾默生Hipulse U系列UPS电源所使用的电池开关均为专用“三位”开关，即UPS正常工作时为手动闭合状态，当电池组放电至下限保

护电压值时，此开关自动由闭合状态跳为“0”位置，断开电池组供电，防止电池组因“涓流”小电流放电（对UPS控制电路提供电能）

而影响电池的实际使用寿命，确保电池组的使用年限。

另一方面，此专用开关可以避免由于误操作，即在整流器未启动（无DC电压）时，闭合电池开关（两位开关），而造成电池组正极直流

经滤波电容对负端短路烧断电池保险，以及造成滤波电容或逆变器功率器件（IGBT）损坏。“三位”电池开关可很好地解决一般“两位”

电池开关所造成的以上两个问题。

Hipulse系列UPS采用AC-DC-AC变换器，第一级变换（由AC-DC）采用三相全控SCR 桥式整流器，把三相输入电源变换成稳定的直流电

压。直流母线电压同时为电池充电和逆变器提供电源。电池充电采用温度补偿充电系统，以延长电池寿命。逆变器采用最新IGBT功率开

关器件及PWM（Pluse Width Modulation）技术，把直流母线电压变换成交流。在正常运行时，整流器和逆变器都工作，同时给负载和电

池浮充供电。当市电断电时，整流器停止工作，由电池经逆变器向负载供电；若电池电压下降到放电终止电压，而市电还未恢复供电，

UPS将关机。电池放电终止电压已预先设定（例如：对380VAC供电体制，电池放电终止电压为320VDC）。市电断电，电池维持UPS工作，

直至电池电压降到电池放电终止电压UPS关机的时间，被称作“后备时间”。后备时间的长短取决于电池的容量和所带负载的大小。通

常情况下，在重要场合，市电断电后，由发电机为UPS提供输入电源。一旦发电机为UPS供电后，整流器启动为（电池充电）及逆变器

供电。现在通常采用的发电机在市电停电后，能自动启动，并很快带载这使得电池放电时间很短，相应缩短了电池充电时间。

（6）旁路电源

在下图中注有“静态开关”（STATIC SWITCH）的框的电子控制开关，使负载连接到逆变器的输出或旁路电源上。在正常情况下，负载通

过电子开关K1（受静态开关电路控制）由逆变器供电：但过载或逆变器故障时， 负载自动切换到旁路电源。要实现逆变器与旁路电源间

无中断切换，应先开静态旁路开关，由旁路电源向负载供电，再断开电子开关K1。而当负载从旁路切换回逆变器，首先要闭合电子开关

K1，再关断静态旁路开关。在正常运行状态下，上述操作的实现必须是逆变器输出与旁路电源完全同步。当旁路电源频率在同步窗口内，

逆变器控制电路总是使逆变器频率跟踪旁路电源频率。同步窗口设定为工作频率的2%，即±1Hz。当逆变器输出频率与旁路电源不同步时，

操作显示面板上显示告警信息[INV:UNSYNCHRONIZED]。另外，在UPS设计中，设置了手动维修旁路开关Q3，用于当UPS因维护而需要关

机时，由旁路电源通过旁路开关直接给负载供电。

2、技术特点及性能优势

（1） 双DSP全数字控制

在Hipulse U 系列UPS中，所有的功率变换器（诸如整流器、逆变器等）和系统元件（诸如旁路和逆变器的静态开关）都是由2个32

位40MHz的DSP（数字信号处理器）控制的。DSP的高速和精确控制性能使UPS控制精度大大提高，可靠性进一步得以加强。

（2） UPS双输入检测窗口（电压、频率）大功率UPS电源均有两路输入，即主输入、旁路输入。UPS正常工作时由主输入给整流器提

供能量，当逆变器出现故障或负载出现浪涌电流时，UPS会转旁路，由旁路输入对负载供电。现大部分UPS电源只有主输入电压、频率检

测电路，而旁路同主输入检测窗口相同。一般该窗口检测指标为：电压380V±20%，频率50HZ±5%。这种单检测窗口设置的UPS对负载

的供电会产生一定的问题。如果市电电压在456V时，UPS由于输出浪涌电流的冲击而转旁路对负载供电，此时市电456V就会直接供给负

载，此电压值会造成负载过电压保护，严重时可能会造成负载因过压而烧坏。这种情况在其它单输入检测窗口机型中出现过。而艾默生

Hipulse U系列UPS为双输入检测窗口，主输入检测窗口为：电压380V ±15%~25%，频率50HZ±10%；旁路输入检测窗口：380V±10%~15%，

频率50HZ±2%。从以上电压检测指标可以看出，此指标不是一个恒定值，是可以根据UPS使用电网情况而做适应调整。所以，此功能的

设置不仅可以完全解决对负载供电的安全可靠；而且对单输入检测窗口的机型来说并非输入电压范围越宽越好。

（3） 输出功率因数高达0.9

Hipulse U 系列UPS的输出功率因数提升到0.9（滞后），使得其带负载的能力大大加强，能与新一代的服务器等IT设备更好的相匹配。

目前新一代服务器具有输入PFC功能，其输入功率因数达到0.9以上，这就要求UPS与之有相匹配的更高的输出功率因数，Hipulse U

系列UPS正好满足了这一新的挑战。

（4） 业内独有的UPS防雷技术，标准内置D级防雷器

（5） 输入谐波治理功能更加灵活和高效

Hipulse U系列UPS在谐波治理方面具有更强大和更灵活的配置解决方案。其内置的5次和11次谐波滤波器可以根据现场不同负载

量下的谐波治理需求来灵活地启动或关闭谐波治理系统。

（6） 逆变器抗过载能力和抗短路输出能力极强

UPS逆变器过载能力：

² 110%时可工作60分钟；

² 125%时可工作10分钟；

² 150%时可工作1分钟；

² 200%时可工作30秒（单相）

由于采用独特的限流输出调控技术，所以当用户因不慎造成UPS输出端严重过载或短路时，逆变器的输出电流不会无限增大，从而使该

机型具有极强的抗短路和抗阶跃负载“冲击”的能力（注：每台UPS在出厂前均做过成功的输出短路测试）。所以，该UPS的逆变器的

可靠性极高，一般其它UPS的该项指标仅为过载150%时可工作30秒。

（7） 具有优异的带三相不平衡负载的能力

每台UPS内置独特的△/Z型隔离变压器，实现输出完全电气隔离，并提高了输出三相不平衡能力：△/Z型隔离变压器与传统△/Y型变压

器不同，变压器副边线圈和原边线圈不是一一对应，而是交错缠绕（见下图），也就是说，副边a相的一半线圈和c相的一半线圈（反

相）与原边A相线圈对应。因此，当负载100%不平衡时，对应到原边只有50%不平衡。得益于此项技术，艾默生UPS三相不平衡负载能

力远优于同类产品。优异的三相不平衡能力可使用户配电更加灵活，并有效防止输出电压的不对称性，零线电流过大等故障的发生。

图：艾默生UPS独特的△/Z型输出隔离变压器

100%平衡负载，输出三相电压不平衡度<1％；100%不平衡负载(0-0-100%,0-100%-100%)，输出三相电压不平衡度<2％(典型值)；

带100%不平衡负载时，其三相相电压间的不对称度小于2%，三相相位移不对称度小于120°±1%。有的机型虽然可以带三相不平衡负载，

但并未给出不对称度的指标，或不对称度较大。这种机型在长期带三相不平衡负载时，可能会因电压对称度飘移而造成负载电源故障。

（8） 可自动执行同步切换/不同步切换操作

当UPS电源执行市电交流旁路供电«逆变器供电切换时，可视市电电网频率波动状况，自动执行同步切换/不同步切换操作，决不会出现

像有的公司的UPS那样，不能自动执行不同步切换的弊端。并且在切换时采用了“过零点”切换技术，即在电压、电流为“0”时切换，

从而减少了因切换时造成的对逆变器的反向电流冲击，保证了逆变器的高可靠性。由于该型号UPS的逆变器与市电的同步范围较宽，并

可根据用户要求可调，即0.5-2HZ；可减少设备的不同步运行，减少不同步切换。不同步切换往往会造成UPS输出大于10ms的间断，而

造成负载供电间断。7000 Hipulse系列UPS由于采用过“0”切换技术，其最大间断时间只有4ms，所以不会造成对负载供电的间断。

（9） 采用独特的“母线”并机技术，标准内置并机板，在线扩容更加安全便捷。

Hipulse U系列UPS标准内置并机板，并机系统实现更加方便快捷，并机系统的并机控制线也为环状冗余式的，即如有一条控制线出故障

时，系统依然会正常运行，这就为并机系统运行的可靠性提供了极大保证。

采用全数字控制的Hipulse U 系列UPS所有参数都可通过后台软件进行设置和调整，并机系统内部各UPS间的均流调节也可自动完成。

因此，系统可以非常方便和安全的实现在线扩容，扩容期间负载仍然可以获得逆变供电电源，客户的关键业务不会受到任何影响。

“母线”并机技术即同步频率母线和均流母线调控技术，可将6台UPS直接并联而形成对负载的并机供电系统。由本公司所提供的所有

并机系统，均采用所有各UPS都直接同步跟踪市电的方案，而不是象别的公司所采用的由“导航UPS”首先跟踪市电，再让余下的UPS

跟踪“导航UPS”的串联型同步跟踪系统。显然，对于后者，它势必会造成UPS系统与市电同步跟踪的相位差增大，从而导致瞬态环流增

大的弊端。基于上述原因，处于艾默生并机供电系统中的各台UPS总是处于同频率、同相位和均流供电状态，其环流几乎为零。在可并

联UPS中为“环流”控制最好的技术。

（10） 并机运行时旁路具有“均流”装置

在每台UPS并机运行，如果UPS转旁路时，由于交流旁路通道上的静态开关器件可控硅参数离散必然会造成交流旁路供电不均流，即产

生旁路“环流”，此“环流”严重时，必然会造成旁路静态开关可控硅的损坏，而影响设备的可靠运行，而7000 Hipulse系列UPS机型

在旁路上特设置了“均流”电感，可保证旁路的静态开关的可靠性。

（11） 标准内置双总线同步控制（LBS）功能

Hipulse U系列UPS将双总线同步控制（LBS）功能标准内置于主机内，配置双总线系统时，仅需一根LBS控制电缆即可实现。大大降低

了双总线系统的投资成本和安装的工程量。

（12） 大屏幕LCD显示，最人性化的人机操作界面

Hipulse U系列UPS具有包含中英文的2种语言的操作面板，极佳的操作维护特性。

² UPS工作状态、负载状态、电池状态均独立显示；

² 开关机、消音、翻屏、退出、确认等控制键布局合理，操作简易；

² 大屏幕LCD显示，一屏四行信息显示，配合完善和易于操作的菜单，便捷的设置功能使用户的操作异常轻松；

² Hipulse系列使用了122mm×92mm全新的大屏幕LCD+LED操作界面，可显示14行%19列汉字信息，这一指标优于友商

同类产品。人机对话使用中英文可选、提示性菜单、多达7个的触摸式按键、使用多个LED实时显示UPS的运行状态，使用户能很方便

地对UPS进行操作并对运行状态进行监控。

（13） 完善的电池管理功能

具有微处理器控制的功能完善的电池管理功能：它包括具有温度补偿功能的电池充电系统；电池充电器限流控制，防过压充电和过流

放电自动保护功能；LCD实时显示电池充电容量百分比、放电时的实时后备供电时间，以及利用可编程自动测试软件对电池组执行定期放

电功能。