UPS电源输入输出如何进行UPS选型

通常人们在谈到UPS的选型时，大都首先谈到UPS容量的选择，即：用户可以根据所用设备的负荷量统计值来选择所需的UPS输出功率(KVA值)，如果以KW值计算,就要乘输出功率因数0.8，考虑到用户今后扩容以及负载启动时的冲击，通常推荐设计参数是：用户的负载量仅占UPS输出功率的60%～70%为宜。即XKVA×60%～70%或XKVA×0.8×60%～70%。

但是，在现今的行业运用中，UPS的选型工作，远没有这么简单。它要考虑到UPS的输入和输出介面两方面的影响。即UPS对电网(或备份发电机)的影响，所带负载对UPS的影响。

如下图，是UPS的典型方框图。

一、UPS输入端

对电网而言，UPS的输入端根据GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4∶1998的标准要求:大于16A的电气设备，输入功率因数大于0.92,输入THDI小于8%，这是绿色电源的基本要求。

如果，UPS输入端达不到以上标准，电网或备份发电机，尤其是发电机的容量必须在两倍以上或更高。这是由于谐波电流大量存在，比如三相六脉冲整流器输入谐波电流总含量高达30%--35%。如果是电网，则因电网容量大输出内阻很低，不会对输出电压造成影响。但对于备份发电机组，其容量相对小内阻远比电网大得多，因此，UPS的输入谐波电流就会引起发电机输出的电压畸变，而不能带动UPS工作，使UPS常工作在电池放电状态。

所谓谐波含量，就是各次谐波的平方和开方。

谐波电流总畸变率

第h次谐波电流含有率

设备的输入功率因数和谐波电流的关系如下式：

另外，电网或备份发电机所带的其它设备，如果没有作电磁兼容性(EMC)的要求，可能由于UPS输入端THDI太大，而受到影响。

所以，在UPS的选型时，200KVA及以下的UPS，应首选采用IGBT整流，其输入功率因数大于0.92,输入THDI小于3%的UPS，200KVA及以上也要选用采用十二脉冲整流器，并加了相应谐波处理技术的UPS。

顺便提一下，200KVA及以上UPS的IGBT整流器，目前的欧洲UPS生产厂家，还对1200V，IGBT大电流的并联问题持谨慎态度，如已能批量生产一单元、二单元、四单元、六单元和七单元的IGBT标准型模块，其最高水平已达到1800A/4500V。但是，300A/1700VIGBT模块，它是由4个160A/1700VIGBT芯片和8个100A/1700V快恢复二极管组成。其它技术已经成熟。

二、UPS输出端

UPS的输出特征一般有如下表述：

三相(380/415V可选)±1%，

负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)

过载能力：125%for10分钟，150%for60秒

峰值因数：3：1

电压畸变：小于1%线性负载，小于3%非线性负载

1.三相(380/415V可选)±1%

是指UPS输出的电压精度，条件是所带负载在一定的稳定范围内。UPS一般都能达标。

2、负载变换响应时间(100%+/-2%<5ms)

是指负载由0%--100%，100%--0%的突变中，输出的电压精度，稳定在+/-2%所需要的时间。只有采用SVPWM(空间矢量调制技术)的UPS才能达到，一般采用SPWM的UPS负载变换响应时间为(100%+/-2%<20ms)，有时会使所带负载工作受到影响。

空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通).。

空间矢量PWM技术既可以用在开环控制也可以用在闭环系统中，空间矢量控制可以获得100%的直流母线电压利用率。空间矢量方法把三相逆变桥所有开关状态分为8种，2种状态为0。这8种矢量的合成就产生了空间矢量波形。每一时刻给定的电压矢量都可以由2个非零矢量合成产生，这个二维空间被6个非零矢量分为相等的6个区域，首先计算给定的电压矢量处于哪个区域，然后用该区域相邻的两个矢量合成出所需的电压矢量，为了保证每一个开关器件在一个开关周期中最多只开通关断一次，所以，要根据一定的开关顺序将2个电压矢量发出，中间按一定的原则插入零矢量。

3、过载能力：125%for10分钟，150%for60秒

是指过载125%和150%时，逆变器所能工作的时间，如果在此时间后还是过载将转向旁路供电。

4、峰值因数：3：1

峰值因数(CF)，所谓的CF是指电流瞬时值的峰值与其有效值的比值。由于负载接受正弦波电压会产生CF(如计算机性负载介于2.4-2.6倍的电流)，如果供电设备的峰值因数越高，表明设备抗冲击能力越强。UPS设计时常需能提供CF值为3：1。因此在选择UPS容量时需要考虑负载波动及冲击余量，如果启动性负载多，比如国家奥运会射击馆金卤灯照明灯具。

灯具启动时有较大的冲击电流，最大可达正常工作电流的九倍。结果采用了灯组分时启动，先启动大功率灯具，后启动小功率灯具等方法。UPS总容量不超1.2倍的情况下,解决了原用应急电源EPS供金卤灯照明灯具有中断熄灭，改用UPS供电的问题。

5、电压畸变：小于1%线性负载，小于3%非线性负载

是指UPS带线性负载和非线性负载时，电压畸变率THDV的数值。对负载来说，负载的线性或非线性，是负载本身固有的，UPS作为它的供电方，并不能改变其特征。只能保持输出电压的正弦波形不严重畸变，如逆变器采用空间电压矢量控制SVPWM，就能更好的时刻减小电压畸变率。注意，如果负载的THDI过大，UPS的容量也要相应增加。比如，工厂的一些泵，加装了低压变频器，启动电流减少了，谐波THDI确达到了70%，造成UPS过载。把低压变频器旁路掉后，UPS工作正常，这都说明结合实际负载，选择UPS的重要性和细致性。

所以，在UPS的选型时，最好选用逆变器采用空间电压矢量控制SVPWM的UPS。