3.1.2 数据中心供电环境对UPS的要求

UPS作为电网与负载的中间环节，它不仅要适应当地电网环境，在运行中也不能对电网产生不良影响。研究表明，每台用电设备平均每月受到雷击、浪涌、低压、噪声或断电等电源问题侵害多达120次，如果不能及时地将处在电力故障状态下的系统安全关闭，那么数据中心的用电系统将会全部瘫痪，系统的宝贵数据也将有丢失的危险。使用网络中心的计算机、程控交换机、数据通信处理系统对交流供电系统提出了不停电和可靠性的要求。

UPS对电网的适应能力主要指电网电压的变化范围、频率变化范围、波形失真和各种干扰情况下的运行能力。根据我国电网情况，UPS允许的电压变化范围一般应做到±25%，而且我国电网电压的频率也存在着不稳定的因素，UPS必须在50Hz±5%范围内正常运行，特别是在UPS输入端的波形畸变和干扰也是很复杂的，所以要求UPS的输入端要有较强的滤波和抗干扰功能。UPS电路中的主要功率部件是逆变器，由它产生的高频干扰很有可能反馈到电网中去，所以UPS电路本身应该具有去耦、滤波电路设计。逆变器的前级是整流电路，直接面对电网的污染。针对以上问题，UPS开发技术人员和制造商提出了输入功率因数校正（PowerFactorCorrection）措施。UPS的功能可概括为以下几点。

① 当市电掉电时，不间断地向负载继续供电。

② 具有全面改善供电质量的能力。

③ 当供电系统（包括UPS）有故障时，能给负载（特别是计算机和网络系统）以全面的保护。

根据数据中心供电环境对UPS的功能要求，UPS的性能指标可分为以下5个方面。

1.对电网的适应能力

对电网的适应能力指的是UPS必须能在当地电网条件下正常运行，并且不对电网产生不良影响。这方面的性能指标包括以下几个。

① 允许电网电压变化的范围。

② UPS输入功率因数。

③ UPS输入电流的谐波成分。

④ 允许电网电压频率变化的范围。

⑤ 允许电网的不平衡度（三相）和波形失真度。

①、④是要求UPS能适应电网环境，②、③则要求UPS不干扰和破坏电网。UPS对电网环境适应的能力，包括对柴油发电机的适应能力。UPS输入电压允许变化范围小，会使UPS频繁进入蓄电池供电状态，UPS输入功率因数小，意味着输入端存在较大的非线性电流成分，这不仅会破坏电网环境，还会导致供电设备及传输的容量配置的扩充，浪费电能。UPS的抗干扰性能包括能抑制电网中存在的各种干扰和抑制对电网形成的干扰。

2.UPS满足负载要求的常规输出指标

UPS满足负载要求的常规输出指标指的是UPS要满足负载要求并改善供电质量的一般性输出指标。这方面的指标包括以下几个。

① 输出电压稳定精度。

② 输出电压波形失真度。

③ 输出电压不平衡度。

④ 输出电压频率稳定度。

⑤ 市电掉电时的转换时间。

⑥ 市电掉电后的继续供电维持时间。

⑦ 抗干扰配置和抗干扰功能。

⑧ 频率跟踪能力和跟踪速率。

⑨ 市电恢复后对蓄电池的再充电能力。

这些指标反映的是UPS在一些特殊负载配置下是否能正常运行，如强容性负载、冲击性负载、整流滤波输入负载、带有同功率线性变压器输入的负载。要考查的UPS性能指标有带非线性负载的能力（输出功率因数）、带周期性冲击负载的能力（波峰系断）、带随机性冲击负载的能力（瞬间过载或短路的耐力和保护能力）、带三相不平衡负载的能力等。UPS的各个输出性能指标应不低于或优于电网电压的正常指标。

① 输出电压额定值：我国一般的用电设备是交流单相220V/50Hz、三相380V/50Hz。

② 输出容量：一般用VA（视在功率）表示额定容量，使用时应充分考虑UPS效率和所带负载的功率因数，当负载有非线性成分时，要留有一定的余量。

③输出电压稳定度：一般要求其输出电压稳定度达到3%～5%，多数品牌UPS都优于这个要求，可做到小于±1%。

④输出电压频率稳定度：一般要求其输出电压频率稳定度小于3%，当前多数品牌UPS都能达到±1%。

⑤ 三相输出时，要求UPS在接不平衡负载（100%）工作时，输出电压三相不平衡度应小于2%～3%，相位差（120°）±2°。

⑥ 输出电压波形总谐波失真：一般应限制在3%～5%。

⑦ 过载能力：局部供电配置的UPS，它的容量是有限的，因而过载能力就成为它的一个重要指标。一般UPS可在110%负载下连续工作，125%负载下持续5～10min，200%负载下持续0.1～1s。与电网直接供电比较起来，UPS的过载能力还很差，在选型时应充分考虑这些因素。

⑧ 噪声：小型UPS使用时多数都放置在用电设备（如计算机）的附近，所以一般要求噪声小于55dB。

⑨ 转换时间：一般后备式UPS在电网断电启动并转换到逆变工作时，对负载的供电会出现瞬时断电现象，对于计算机系统，这种断电时间必须小于4ms，在线式UPS的转换时间可小于0.5ms。

3.UPS的输出能力和可靠性

对于由UPS构成的供电系统，要求UPS有高的输出特性和可靠性，否则，会影响负载的运行，甚至构成新的故障源。输出能力指标既是负载的要求，又是可靠性的量化指标，具体包括以下几个。

① 运行效率。

② 输出电流峰值系数（周期性峰值负载）。

③ 输出电流浪涌系数（非周期性峰值负载）。

④ 输出过载能力。

⑤ 输出功率因数。

⑥ 冷启动能力。

UPS的MTBF大多数为几万至十几万小时，但这是对UPS本身各元器件、部件寿命和系统配置进行理论分析后得出的，是一种理想情况。实际上元器件和部件的质量、整机配置、生产工艺、运行环境和维护水平都直接影响它的可靠性。正确使用UPS，可以减小其使用故障率，延长使用寿命，更加安全、可靠地保护用电系统。

4.智能管理和通信功能

随着计算机网络技术的发展，其外设也越发智能化，在完成电源保护任务的同时，UPS还应将其运行情况通知网络监控系统，并在发生故障时及时报警。通信功能包括远程监控、数据存储、故障报警、历史查询、网络广播、电子邮件等。用户应根据自己应用环境的实际需求进行合理选择。UPS的智能化不仅是提高UPS本身功能的技术措施，也是使用维护的需要。一台智能化高的UPS应具有以下功能。

① 高度自动化的自动检测、自动显示、报警、状态记忆功能及运行参数的设置功能。

② 本地智能管理接口（串口RS232或继电器触点接口）。

③ 网络管理，专用电源监控软件，支持SNMP网管理。

④ 网络通信，支持基于TCP/IP之上的网络信息传送。

⑤ 基于公用网通信，支持基于公用电话网的信息传送。

5.对自然环境的适应能力

① 工业品UPS对自然环境的适应能力有5个指标：环境温度、环境湿度、震动冲击、海拔高度及抗雷击能力。

②军用品UPS除以上指标外还要具有防霉菌、防水、防腐蚀、防盐雾、防辐射等功能。

UPS不仅应能向由它直接供电的硬件设备提供保护，在互联网时代，还应该向这些设备所运行的软件及数据传输途径提供安全可靠的保护。这就意味着，UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP管理器，使其有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的监控和数据通信操作。

UPS的智能化和网络保护是一个新的技术，对使用者来说有个逐渐认识和不断扩大使用范围的过程，选用时要注意以下3个问题。

① 软件的功能通常应包括安全关闭系统、状态测试记录系统、UPS自身管理系统，甚至还包括环境监测系统。

② 软件可支持的操作系统的种类（兼容性）和可操作性。

③ 所提供的软件最好得到有关操作系统厂家的检测和认证。例如，美国APC公司，由于他们的软件得到了Novell、Microsoft等多家操作系统厂家的认证，所以该公司的软件在运行中就很容易得到这些操作系统厂家的支持和兼容运行的保证。