隨著大數據、云計算和5G等技術的快速發展，數據中心也迎來了一個飛速變革的時期。作為數據中心供配電系統的重要組成部分，UPS也開始發生變化。可靠、高效和易用易維護等品質與性能，成為越來越多UPS廠家和數據中心用戶關注的重點。
今天，前海樂成主要向您介紹靜態UPS目前市場應用最多的一種產品——雙變換UPS。
1工作原理
顧名思義，雙變換UPS需要進行兩次電力交換，即市電交流輸入首先要經整流器變換為直流電，然后再經逆變器變換為交流電。與此同時，整流器/充電機或獨立的蓄電池充電機給蓄電池充電。
典型的雙變換UPS結構簡化圖
雙變換UPS常常被稱為“在線UPS”，其本來的意思是“負載總是由逆變器供電，不管市電交流輸入電源的情況如何”。但術語“在線（on line）也表示‘在市電上’的意思”，為了避免定義的混淆，IEC62040明確提出不再使用術語“在線UPS”，而使用術語“雙變換UPS”。當前絕大多數在線式UPS都采用雙變換電路結構。
2性能特點
雙變換UPS的負載始終由逆變器連續供電，無論逆變器是由整流器供電還是由蓄電池供電。UPS的輸出電壓和輸出頻率均不依賴于市電輸入電壓和頻率。輸出波形在正常方式下和儲能方式下均為正弦波。
2.1優點：
（1）市電干擾完全隔離。由于整流器和逆變器使負載與市電電源隔離，抑制了市電的各種干擾，可以保護浪涌/尖峰、線路噪聲、欠壓、過壓、雷電、頻率變化、電壓失真、電壓諧波、電源中斷等市電電源的干擾。逆變器輸出帶有隔離變壓器，可以對負載進行共模噪聲保護。
（2）轉換時間非常短暫。交流輸入電源故障時，可瞬時從正常方式轉換到儲能方式，轉換過程中輸出電源無中斷，或者說轉換時間為零。但是UPS故障時，從正常方式轉換至旁路方式的轉換時間為1～4ms。
（3）蓄電池壽命較長。無論運行在內同步或外同步，逆變器需要的直流電源都來自整流器，一般只有當交流輸入電源電壓超出規定的范圍或故障時，UPS才轉入儲能方式，由蓄電池放電供給逆變器。蓄電池放電的幾率相對較小（比其他任何UPS的蓄電池放電的幾率都小），故可延長蓄電池的壽命。
（4）輸入輸出電壓性能好。雙變換UPS的輸入電源的電壓允許的變動范圍很寬（例如+15%～-20%），輸出電壓的靜態和瞬態精度很高（例如，可達到 1%，0.5%）。輸出頻率穩定度高（內同步時，±0.005Hz），因此，UPS還可用做變頻器。
（5）可靠性最高。雙變換UPS的整流器和旁路輸入一般由兩個獨立的輸入端子接入，這大大提高了UPS的故障容限。目前80%的UPS均采用這種架構，輸出為正弦波，主要對IT負載或其他行業重要負載提供保護。
2.2缺點：
（1）結構復雜成本較高。由輸入斷路器、輸入濾波器、整流器/充電機、逆變器、輸出變壓器、輸出接觸器、蓄電池斷路器、蓄電池、旁路輸入熔斷器、靜態旁路開關/旁路接觸器等所組成，操作和維護較為復雜，一般成本比較高。
（2）能量損耗大效率低。雙變換UPS的整流器和逆變器所進行的整流和逆變兩次變換的功率是100%的負載功率，因為變換過程中的能量損耗與所變換的次數、變換的功率成正比，所以雙變換UPS系統效率較低。
（3）輸入端諧波干擾大。由于雙變換UPS輸入端一般都采用相控整流器，相控整流器產生的輸入諧波電流對交流輸入電源造成嚴重干擾。特別在由備用發電機組供電時影響大，需要配置至少2～3倍UPS容量的柴油發電機組。這個問題可以通過在UPS輸入端增加濾波器或采用12脈沖整流器加以解決。
2.3應用：
目前市場上應用最多的就是雙變換UPS，此類型的UPS功率從小到大都有，跨度比較大，1kVA~1200kVA。
3工作模式
雙變換UPS的工作狀態有很多種，主要有正常模式、旁路模式、蓄電池模式、維修旁路模式。
●當市電正常時，負載只從市電獲取電能，交流電源的電壓、波形由UPS本身控制
●當市電中斷時，由蓄電池通過逆變器向負載供給電能
●當UPS自動或人工干預轉至旁路時，由旁路電源向負載進行供電
●當UPS需要進行檢修、維修、清潔時，人工將UPS轉入維修旁路，由市電直接向負載供電
3.1正常模式
在正常模式下，市電提供給負載的所有電力都經過整流/充電機和逆變器的雙重變換，即整流器將市電交流電變換為直流電，供給逆變器，逆變器將直流電變換為交流電，供給負載，雙變換UPS因此而得名。
此時，整流器輸入斷路器閉合，蓄電池斷路器閉合，逆變器輸出接觸器閉合。經過濾波和整流-逆變兩級電力變換，輸出與旁路電源同步的高質量交流電源。整流器還為蓄電池提供充電電流，以保持電池處于滿充狀態。
3.2旁路模式
在正常模式下，如果UPS檢測到過載、負載故障或UPS內部故障，將自動轉換到旁路模式。在旁路模式下，逆變器輸出接觸器斷開，旁路電源（市電）經熔斷器、靜態開關直接為負載供電。
從正常模式轉換到旁路模式的過程是先接通靜態開關，然后接通與靜態開關并聯的接觸器，接觸器一旦接通，靜態開關就自然關斷。所以，在旁路模式運行時，是通過旁路接觸器供電的，靜態開關只是短時接通。因此，轉換到旁路模式供電的過程即迅速又可靠。
從正常模式轉換到旁路模式也可以手動實現。如果從正常模式轉換到旁路模式不是手動完成的而是因故障轉換的，則UPS將會自動試圖返回正常模式以確認自動轉換到旁路模式的原因，一般在1分鐘內轉回3次，當第4次被轉換到旁路時，即認為故障確實存在，UPS將鎖定到旁路模式，并告警。
3.3蓄電池模式
當UPS工作在正常模式時，如果市電中斷或市電的指標超出規定的指標，UPS將自動轉換到蓄電池模式。在蓄電池模式下，蓄電池斷路器閉合，逆變器輸出接觸器閉合。蓄電池供給逆變器直流電，逆變器繼續運行，不間斷地為負載供電。UPS系統在蓄電池模式下運行的時間取決于蓄電池的容量和負載的大小。
當蓄電池放電即將終止時，如果旁路電源可用，則轉換到旁路電源供電。如果此時旁路電源不可用，則UPS系統給出“即將關機”的警告，大約在運行約2分鐘后負載就會斷電。如果市電電源恢復到規定的指標，UPS將自動轉換到正常模式。返回正常模式不是瞬時完成的，整流器承擔的負載功率是逐漸增加的，直到達到正常模式的狀況。
3.4維護旁路模式
當UPS需要進行維護時，通過手動的方式將負載無間斷的切換到維修旁路模式，這樣可以將UPS的內部進行隔離，在不中斷負載運行的情況下對UPS進行維護和檢修。
此時，整流器/充電機，逆變器和靜態開關處于閉合狀態，并從主電源隔離出來。蓄電池被其保護性斷路器隔離。
4日常維護與檢修
4.1檢查內容
●清潔并檢測電池兩端電壓、溫度
●連接處有無松動情況，腐蝕現象，檢測連接條壓降
●電池外觀是否良好，有無殼變形和滲漏
●極柱、安全閥周圍是否有酸霧溢出
●主機設備、各運行模式是否運行正常
●······
4.2注意事項
●電池的測試時間為3-6個月
●檢查UPS的歷史曲線，特別要檢查電池的使用情況
●3-4個月要對電池進行一次放電，放電時要放掉電池容量的10%，放電時間據電流的具體情況而定
●檢查時注意電壓情況，若低于360V以下就要注意檢查電池是否有損壞
●必要時要使用專業的檢測儀器進行檢查，如電阻儀等
●如果電池有損壞，則要一個一個進行排查，找出損壞源并及時更換電池
●檢修過程中要特別注意用電安全，保障人員和設備都能完好無損
●······
對于大型數據中心來說，發生宕機事件是不可接受的，特別是一些關鍵設備必須受到保護，不能受任何電源質量問題的影響，而備用UPS甚至是互動式UPS由于自身性能問題，是不能夠滿足大型或復雜的敏感型負載的要求。在這種情況下，雙變換UPS至關重要的。
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