如何选择最适合你的UPS

为数据中心选择后备式、在线交互式、双转换式设计（以及新的高效、多模式能力）时应考虑的因素

作者：Chris Loeffler
伊顿分布式电源解决方案分部数据中心应用经理

摘要

以前，数据中心管理人员和设备管理人员可以从三种UPS拓扑结构中选择：后备式、在线交互式和双转换式－它们在效率、性能和保护水平上有很大的区别。

最新一代双转换UPS具有独特的多模式能力，这种UPS在超高效模式下运行，除非电源条件使其有理由切换到较高保护等级，即双转换模式典型的保护等级。

本白皮书介绍各种UPS拓扑的工作原理，研究工作模式对UPS性能的五个关键因素的影响：

将电压维持在允许的范围内

● 无需锁定IT设备就可在各种模式间转换

● 与发电机电力之间平滑过渡

● 可靠性和有效性

● 能效

目录

不同UPS拓扑研究          3

UPS的设计和工作模式如何影响其性能？          5

将电压维持在允许的范围内          6

无需锁定IT设备就可在各种模式间转换          8

与发电机电力之间平滑过渡          10

UPS设计如何影响其可靠性？          11

UPS拓扑如何影响能效？          12

结束语        14 

如何选择最适合您的UPS？

为数据中心选择后备式、在线交互式、双转换式设计（以及新的高效、多模式能力）时应考虑的因素

作者：Chris Loeffler
伊顿分布式电源解决方案分部数据中心应用经理

哪种不间断电源（UPS）设计适合您的数据中心呢？答案取决于一系列因素的组合，这些因素受行业趋势和技术发展影响，而且被广告的大肆宣传复杂化。

从最基本的层面看，UPS执行两个基本和补充功能：

● 调整输入电源，消除公共电网和其它主要电源上最常见的电压骤降和尖峰

● 通过动态地选择从公共电网、电池、备用发电机和其它可用电源上汲取电力，为电压骤降和短时断电（5分钟到1小时）提供过渡电源

用于为数据中心的UPS提供这些功能，以满足行业标准和技术规范中对IT电源装置规定的要求。但是，它们提供的保护等级和提供保护的方式不尽相同。市场上出售的UPS一般有三种保护IT设备的拓扑结构：

● 后备式UPS让设备一直用市电电源工作，直到UPS探测到问题时才切换到电池电源，以保护设备不受电压骤降、浪涌或断电的影响。

● 在线交互式UPS在市电流入被保护的设备前，根据需要将输入市电电压升高或降低，或者使用电池电源。

● 双转换UPS将设备从原市电电源上隔离开－将电源从交流转换到直流，然后再转换为交流，以提供最清洁的电源和最高等级的保护。

最新一代UPS中有一些机型具有多模式行动能力，通常称为“经济模式”或“高效模式”。UPS一般在高效模式下运行，除非电源条件使其有理由切换到保护等级更高的双转换模式。

为特定用途（如工业或苛刻环境）也设计了其它拓扑结构，如铁磁谐振式和旋转式设计。本文讲述多数IT环境中使用的典型的静态UPS拓扑。

哪种设计适合您的数据中心呢？制造商为这些拓扑设计产品的方式对总体电源性能、数据中心的可用性和总拥有成本有很大的影响。本文对根据使用要求选择最佳UPS内部设计时需考虑的一些重要问题提供一个客观的看法。

不同UPS拓扑研究

UPS拓扑可分为两个基本设计类型：双转换式和单转换式。

● 双转换UPS系统将电源处理两次。输入整流器将交流处理成直流，然后送入输出逆变器中，逆变器再将直流处理成交流电源，送给T设备。在正常运行中，UPS通过整流器和逆变器组合不断地对电源进行双重处理。

● 如果交流输入电源超出了预定的限定条件，整流器将切断，UPS从电池汲取电力。电池电源通过输出逆变器后输送到IT设备。
UPS将一直用电池供电，直到交流输入回到正常的容限内（或电池电量用完，以最先发生的为准）。

图1：典型的双转换UPS的内部设计

●  单转换UPS系统在正常运行中用输入交流市电电源为输出负载提供所需的交流电力。有些系统使用感应线圈或变压器调节输出电压。这些设计中也包括某些类型的电池充电电路，以确保电池充足电量。

如果交流输入电源超出了预定的限定条件，UPS会接通其逆变器（在有些设计中，逆变器一直接通，但不加载）。逆变器从电池汲取电流，然后断开交流输入电源，防止从逆变器上将电力反馈到市电电网。UPS将一直用电池供电，直到交流输入回到正常的容限内（或电池电量用完，以最先发生的为准）。

在线交互式和后备式系统是最常用的单转换设计中的两个，过去一般用在功率较低的应用场合。在线交互式系统的输入电压范围通常比后备式系统的宽，不使用电池就可通过电源接口将电压调整到可接受的限制范围内。后备式电源系统只简单地将输入交流电源送给所连接的设备，并在需要时切换到电池电源。有些后备式UPS设计也并入了变压器或其它装置，以提供有限的电源调整。

图2：单转换设备在线交互式UPS的内部设计

图3：单转换设备后备式UPS的内部设计

新的多模式UPS结合了单转换和双转换技术的精华，具有每种技术的优点。每当UPS的高速线路探测电路检测到电力状况的任何变化时，系统将根据情况自动变换模式：

● 正常状况：当电力状况在可接受的限制范围内时，多模式UPS以一种高效节能的系统运行－将电压调整到安全的容限内并解决市电电源中出现的常见异常情况。

● 电力不稳定或短暂扰动：如果交流输入电源超出了为在线交互模式预设的容限，系统将切换到双转换模式。UPS通过整流器和逆变器处理输入电源，使IT设备与输入交流电源完全隔离。

● 停电或持续电力异常：如果交流输入电源超出双转换整流器的容限（或完全断电），UPS使用电池提供电能，使输出负载保持运行。当发电机上线提供备用交流电源时，UPS使用双转换模式，直到发电机充分稳定下来后，才安全地切换回高效模式。

这种多模式新技术可提供即时条件下所需的精确的电源保护等级。除非需要，这种装置不在低效/高保护模式下运行。在IT运营中，能源成本代表了单项最大的构成部分，这种策略的能效收益是相当大的。即使小的数据中心每年也可在电费上节约数万美元。较大的数据中心随着时间的增加可节约数百万美元，而不影响数据中心的性能或可靠性。

图4：Eaton®多模式高效UPS的内部设计