1.4　UPS的技術(shù)指標(biāo)

UPS的技術(shù)指標(biāo)主要包括輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)，這兩類指標(biāo)反映了UPS的性能優(yōu)劣，也是影響UPS價格的重要因素。

1.4.1　輸入指標(biāo)

1．電壓范圍

電壓范圍說明UPS適應(yīng)什么樣的供電制式及其對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)能力，一般為-15%～+10%。UPS輸入電壓的上下限表示市電電壓超出此范圍時，UPS就斷開市電而由蓄電池供電。一般來講，我們希望UPS能適應(yīng)的輸入電壓的范圍盡量大，這樣可以在市電質(zhì)量較差時為負(fù)載提供更好的供電保障。但實際上，這個指標(biāo)并不是越大越好，因為UPS整流濾波電容的耐壓值一般為450V，如果輸入電壓范圍過大，例如輸入電壓升高20%，則輸出電壓會遠(yuǎn)高于電容的耐壓值，很容易使電容擊穿而導(dǎo)致整流器失控，造成嚴(yán)重?fù)p失。

2．頻率范圍

頻率范圍說明UPS所能適應(yīng)的輸入交流電頻率及其允許的變化范圍，一般設(shè)為（50±（2.5～3））Hz比較合適。同樣，這個變化范圍也不是越大越好，因為在正常工作的情況下，UPS的輸出電壓頻率總是跟蹤輸入電壓頻率，當(dāng)市電頻率在變化范圍內(nèi)時，UPS逆變器的輸出與市電保持同步；當(dāng)市電頻率超出該范圍時，逆變器的輸出不再與市電同步，此時，當(dāng)UPS逆變器故障或過載時，將不能切換到旁路工作模式。

此外，輸入頻率范圍越寬，對輸出特性影響也越大，對負(fù)載是沒有好處的，尤其是頻率下移時對負(fù)載的影響就更大。有很多負(fù)載是非阻性的，即不是感性就是容性。

對于感性負(fù)載，比如有的負(fù)載有輸入變壓器，而一般用途的變壓器都是按照額定頻率（50Hz）設(shè)計的，如果輸入頻率太高，則由于鐵芯內(nèi)渦流的增大會使變壓器的鐵損增加、溫度升高、絕緣下降，從而加速變壓器的老化。感抗XL與頻率f成正比，而電感多用于濾波環(huán)節(jié)，所以輸入頻率高一點(diǎn)對濾波有好處，但不能太大，因為太大了會使電感上的電壓降增大。

對于整流濾波負(fù)載，濾波電容容量的選擇是按照額定頻率（50Hz）設(shè)計的，容抗XC與頻率f成反比。如果頻率降低太多，例如降低20%，則容抗會相應(yīng)增大20%，這就等效于電容的容量降低了20%，會使電容濾波后的電壓紋波增大，影響后面負(fù)載的使用質(zhì)量。

3．輸入功率因數(shù)

輸入功率因數(shù)是指UPS中整流充電器的輸入功率因數(shù)和輸入電流質(zhì)量，用于表征UPS對電網(wǎng)的有效利用能力、對電網(wǎng)和周圍空間的干擾能力以及對前面配置的發(fā)電機(jī)組的要求等。輸入功率因數(shù)越高，輸入電流諧波成分含量越小，表示該UPS對電網(wǎng)的污染越小。一般來說，采用晶閘管整流（12脈沖）的UPS的功率因數(shù)為0.9～0.95（滯后），輸入電流諧波含量在25%左右。采用輸入功率因數(shù)校正技術(shù)，輸入功率因數(shù)可達(dá)0.96～0.99（滯后），輸入電流諧波含量可達(dá)到5%以下。現(xiàn)在高頻機(jī)型UPS的輸入功率因數(shù)一般可做到0.99以上。

1.4.2　輸出指標(biāo)

1．容量

容量是UPS的首要指標(biāo)，是UPS向負(fù)載提供的可以長期工作的額定功率，其數(shù)值等于輸出電壓的有效值與輸出最大電流有效值的乘積，也稱為視在功率，單位是kVA。作為電源，不僅要向負(fù)載提供有功功率，也要提供無功功率，因此UPS的容量用視在功率表示。

由于負(fù)載大部分是非線性的，因此在選擇UPS確定其容量時，最好留有20%的余量。

2．負(fù)載功率因數(shù)

UPS的輸出是容性的，UPS的負(fù)載功率因數(shù)表征UPS帶線性負(fù)載和非線性負(fù)載的能力，這一指標(biāo)不一定越大越好。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)匹配時，UPS的輸出能力達(dá)到最佳。例如，一臺UPS的負(fù)載功率因數(shù)為-0.9，表明UPS是專門為輸入功率因數(shù)為-0.9的感性負(fù)載設(shè)計的。工頻機(jī)型UPS的負(fù)載功率因數(shù)一般為0.8，由于現(xiàn)在服務(wù)器的輸入功率因數(shù)都做到了0.95以上，所以目前主流的高頻機(jī)型UPS的負(fù)載功率因數(shù)一般都在0.9以上，有的UPS廠商在產(chǎn)品介紹中將自己的UPS的負(fù)載功率因數(shù)標(biāo)為1。

在實際工作中，有些用戶和一些資料上常把UPS的負(fù)載功率因數(shù)稱為“UPS的輸出功率因數(shù)”，這是一種錯誤的稱謂。對于UPS來講，它只有一個功率因數(shù)，即輸入功率因數(shù)。因為功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)的一個參數(shù)，一個電路或設(shè)備定型以后，其性質(zhì)也就確定了，因此其功率因數(shù)（即輸入功率因數(shù)）也就定了。這個功率因數(shù)決定了電路和設(shè)備的性質(zhì)，任何電源和任何電路都是如此。電路有輸入阻抗和輸出阻抗，但沒有輸出功率因數(shù)。

認(rèn)為UPS有“輸出功率因數(shù)”并把負(fù)載功率因數(shù)稱為“輸出功率因數(shù)”的錯誤之處在于以下幾點(diǎn)。

首先，這個所謂的“輸出功率因數(shù)”不是唯一的，因為帶什么負(fù)載就是什么功率因數(shù)。例如帶電阻性負(fù)載，這個功率因數(shù)就是1；帶老的IT設(shè)備，這個功率因數(shù)就是0.6～0.7；帶新的IT設(shè)備，這個功率因數(shù)可能是0.95以上。這是因為這個功率因數(shù)是負(fù)載的輸入功率因數(shù)，如圖1-13所示。

其次，如果將其稱為UPS的輸出功率因數(shù)，則根據(jù)功率因數(shù)的定義，有，式中Fo表示輸出功率因數(shù)，Po表示有功功率，So表示視在功率。由于這個所謂的“輸出功率因數(shù)”是UPS的參數(shù)，是一個與負(fù)載無關(guān)的參數(shù)，因此需在不帶負(fù)載（空載）時計算和測量。在空載時，Po和So均為零，因此，而這是一個沒有意義的數(shù)。實際上，這個“輸出功率因數(shù)”也是無法用功率因數(shù)表去測量的。

之所以把負(fù)載功率因數(shù)作為UPS的一個指標(biāo)，是因為這個參數(shù)是制造UPS的依據(jù)，這和制造其他商品一樣，制造商必須做出一些常用規(guī)格的商品讓顧客挑選。比如制造衣服時，服裝廠需事先做出一批針對不同性別和不同型號的衣服，比如男裝、女裝，這就相當(dāng)于UPS的負(fù)載功率因數(shù)，衣服的型號（例如S、M、L、XL等）就相當(dāng)于UPS的容量規(guī)格（例如10kVA、100kVA等）。UPS的制造與此類似，為了規(guī)模生產(chǎn)，UPS廠商也要根據(jù)當(dāng)前用電設(shè)備（例如IT設(shè)備）的形式、規(guī)模和特點(diǎn)，預(yù)先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的UPS，以備市場現(xiàn)貨銷售。預(yù)選制造出一批或幾批UPS的依據(jù)就是負(fù)載功率因數(shù)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時，稱為完全匹配，此時UPS可輸出全部功率。遇到不匹配負(fù)載時，就必須降額使用。

有人認(rèn)為計算機(jī)是容性負(fù)載，因為計算機(jī)電源的輸入整流器后面有大容量的電容器，如圖1-14所示。

實際上，如果沒有整流器，那么計算機(jī)就是名副其實的容性負(fù)載，因為整流器的存在而改變了電流波形，從而破壞了電壓波形，所以計算機(jī)呈現(xiàn)出電感性負(fù)載的特征。所以以往凡是使用220V的電子設(shè)備都是典型的電感性負(fù)載。UPS的輸出阻抗是容性的，其負(fù)載功率因數(shù)的符號應(yīng)該是“+”。但早期進(jìn)入我國的所有UPS的負(fù)載功率因數(shù)都是-0.8，其含義就是這臺UPS是專為輸入功率因數(shù)為-0.8的負(fù)載設(shè)計的。因為感性負(fù)載的功率因數(shù)是負(fù)值，所以UPS是按負(fù)載為感性而設(shè)計的，UPS容性輸出的無功功率正好補(bǔ)償負(fù)載的感性無功功率。

3．效率

效率是負(fù)載性質(zhì)和負(fù)載量的函數(shù)，是滿載（阻性）情況下UPS輸出的有功功率與輸入的有功功率之比。一般來說，UPS的標(biāo)稱輸出功率越大，其系統(tǒng)效率也越高。小容量雙變換在線式UPS（1～10kVA）的效率為85%～89%，中容量雙變換在線式UPS（10～100kVA）的效率為89%～92%，大容量雙變換在線式UPS（50～800kVA）的效率為91%～95%。目前高頻機(jī)型UPS的效率可以達(dá)到95%以上，Delta變換式UPS的效率可達(dá)到96%左右。后備式UPS和在線互動式UPS在市電供電正常時，其效率可達(dá)95%～96%，但處于電池提供能量支持逆變器向負(fù)載供電時，其效率與小容量雙變換在線式UPS處于同一水平。

UPS的效率高，意味著它的損耗小，機(jī)內(nèi)溫度低。帶載率不同，UPS的效率也不一樣。

4．電流峰值系數(shù)

電流峰值系數(shù)是非線性電流峰值與其均方根值（有效值）之比，常用來說明一個交流電源能夠在不失真的情況下輸出峰值負(fù)載電流的能力。比如正弦波形的峰值系數(shù)為1.414，線性負(fù)載一般為1.41：1，計算機(jī)負(fù)載一般為2.4：1～2.7：1。

對于UPS來講，電流峰值系數(shù)主要用于表征UPS帶脈沖負(fù)載的能力，這個系數(shù)主要反映該UPS在帶脈沖負(fù)載時的反應(yīng)速度和調(diào)整速度，是UPS選型時要考慮的一個指標(biāo)。這個比值越大越好，一般要求大于3：1。一般傳統(tǒng)雙變換在線式大功率UPS的電流峰值系數(shù)為3：1，高頻機(jī)型UPS可以做到5：1。目前市面上的UPS基本上都能滿足這一指標(biāo)要求。

帶非線性負(fù)載能力強(qiáng)的UPS帶脈沖負(fù)載的能力不一定強(qiáng)。

5．輸出過載能力

UPS后端的負(fù)載設(shè)備啟動時，一般都有瞬時過載現(xiàn)象發(fā)生。輸出過載能力表示UPS在整流逆變工作模式下可承受瞬時過載的能力與時間。超過UPS允許的過載量或允許的過載時間，UPS一般會轉(zhuǎn)到旁路工作模式，否則容易導(dǎo)致UPS損壞。UPS的過載能力因UPS生產(chǎn)廠家與容量的不同而不同：對于大、中容量UPS而言，典型值為125%負(fù)載時10min，150%負(fù)載時30～60s；對于小容量UPS而言，典型值為110%負(fù)載時10min，130%負(fù)載時10s。

6．切換時間

切換時間是指UPS從整流逆變模式切換到旁路工作模式或從旁路工作模式切換到整流逆變模式的時間。對于采用快速繼電器或接觸器作為切換裝置的小容量UPS（額定容量小于10kVA）來說，切換時間的典型值為4ms，波動范圍為2～6ms。對于采用靜態(tài)開關(guān)的大、中容量UPS來說，由交流旁路供電切換到逆變器供電的時間幾乎為零，由逆變器供電切換到交流旁路供電的時間一般小于2ms，這個時間是非常短的，不會對用電設(shè)備造成斷電。

7．抗三相不平衡負(fù)載能力

帶三相平衡非線性負(fù)載時，三相輸出電壓幅值差小于±1%，相位差小于±1°；帶三相不平衡非線性負(fù)載時，三相輸出電壓幅值差小于±3%，相位差小于±2.5°。

8．并機(jī)負(fù)載電流不均衡度

并機(jī)負(fù)載電流不均衡度是當(dāng)兩臺及兩臺以上具有并機(jī)功能的UPS輸出端并聯(lián)供電時，并聯(lián)的各臺UPS電流值中與平均電流偏差最大的偏差電流值與平均電流值之比，其典型值為2%～5%。此值越小，說明并機(jī)系統(tǒng)中每臺UPS所輸出的負(fù)載電流的均衡度越好。

9． 輸出電壓

與輸出電壓有關(guān)的指標(biāo)包括以下幾種：

■　標(biāo)稱輸出值：單相輸入單相輸出（單進(jìn)單出）或三相輸入單相輸出（三進(jìn)單出）UPS為220V；三相輸入三相輸出（三進(jìn)三出）UPS為380V，采用三相三線制或三相四線制輸出方式。

■　輸出電壓可調(diào)范圍：從額定值起最小可調(diào)范圍。對大、中容量UPS而言，為±5%；對小容量單相UPS而言，為208/220/230/240V。

■　輸出電壓靜態(tài)穩(wěn)定度：UPS在穩(wěn)態(tài)工作時受輸入電壓變壓、負(fù)載改變及溫度影響造成的輸出電壓大小的變化。對于中、大容量UPS而言，典型值為±1%；對于中、小容量UPS而言，典型值為±2%或±3%。

■　輸出電壓動態(tài)穩(wěn)定度：UPS在100%突然加、減載或者執(zhí)行市電旁路與逆變器供電的切換時輸出電壓的波動值。對于中、大容量UPS而言，瞬態(tài)電壓波動值應(yīng)小于±5%；對于小容量UPS而言，瞬態(tài)電壓波動值應(yīng)在±6%～±8%。

■　總諧波失真度（Total Harmonic Distortion，THD）：根據(jù)用途不同，輸出電壓不一定是正弦波，也可以是方波或梯形波。后備式UPS輸出波形多為方波，在線式UPS的輸出波形一般為正弦波。總諧波失真度一般是對正弦波輸出UPS來說的，指輸出電壓諧波有效值的平方和的根與基波有效值的比值。帶線性負(fù)載時，大、中容量UPS的電壓總諧波失真度小于2%，小容量UPS的電壓總諧波失真度小于3%。帶峰值系數(shù)為3：1的非線性負(fù)載時，大、中容量UPS的電壓總諧波失真度小于5%，小容量UPS的電壓總諧波失真度小于7%。

■　輸出電壓動態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間：在輸入電壓為額定值、輸出為線性負(fù)載、輸出電流由零至額定電流（或相反）時，UPS輸出電壓恢復(fù)到穩(wěn)壓精度范圍內(nèi)所需的時間。對于大多數(shù)UPS來說，此值應(yīng)該在10～30ms。

■　輸出電壓頻率：UPS所允許的市電同步跟蹤范圍。對于大、中容量UPS，通常為50Hz±（0.5～2）Hz；對于小容量UPS，通常為50Hz±（0.5～3）Hz。UPS所允許的市電同步跟蹤速率，對于大容量UPS，通常為0.l～1Hz/s；對于中、小容量UPS，通常為0.1～3Hz/s。工作在逆變器輸出狀態(tài)時的頻率穩(wěn)定度，對于小容量UPS，通常為50Hz±0.1Hz；對于大、中容量UPS，通常為50Hz±（0.5～0.005）Hz。

1.4.3　其他指標(biāo)

1．保護(hù)功能

與保護(hù)功能有關(guān)的指標(biāo)包括以下幾種：

■　輸出短路保護(hù)：負(fù)載短路時，UPS應(yīng)立即自動關(guān)閉輸出，同時發(fā)出聲光報警。

■　輸出過載保護(hù)：當(dāng)輸出負(fù)載超過UPS的額定負(fù)載時，應(yīng)發(fā)出聲光報警；超過帶載能力時，轉(zhuǎn)為旁路供電。

■　過熱保護(hù)：UPS機(jī)內(nèi)運(yùn)行溫度過高時，應(yīng)發(fā)出聲光報警，并自動轉(zhuǎn)為旁路供電。

■　電池電壓低保護(hù)：當(dāng)UPS工作在電池逆變模式時，電池電壓降至保護(hù)點(diǎn)時，發(fā)出聲光報警，如果市電旁路有電，則轉(zhuǎn)為旁路供電，否則UPS停止供電。

■　輸出過/欠電壓保護(hù)：當(dāng)UPS輸出電壓超過設(shè)定的過電壓閥值或低于設(shè)定的欠電壓閥值時，發(fā)出聲光報警，并轉(zhuǎn)為旁路供電。

■　抗雷擊浪涌能力：UPS應(yīng)具備一定的防雷擊和電壓浪涌的能力。

2．工作條件

與工作條件有關(guān)的指標(biāo)包括以下幾種：

■　工作溫度：指UPS工作時應(yīng)滿足的環(huán)境溫度條件，一般為0～40℃。工作溫度過高，不但會使半導(dǎo)體器件、電解電容的漏電流增加，還會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的老化加速、電解電容及蓄電池壽命縮短；工作溫度過低，則會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件性能變差、蓄電池充放電困難且容量下降等一系列嚴(yán)重后果。

■　工作濕度：濕度是指空氣內(nèi)所含水分的多少，有絕對濕度（空氣中所含水蒸氣的壓力強(qiáng)度）和相對濕度（空氣中實際所含水蒸氣與同溫下飽和水蒸氣壓強(qiáng)的百分比）兩種表示方法。UPS說明書給出的一般是相對濕度，通常為10%～95%，典型值為50%。

■　海拔高度：UPS說明書中所注明的海拔高度是保證UPS安全工作的重要條件，UPS滿載運(yùn)行時海拔高度的典型值為1000m，某些高檔UPS可達(dá)1500m。

3．集中監(jiān)控和網(wǎng)管功能

為滿足對UPS運(yùn)行情況的實時監(jiān)測要求，當(dāng)今的UPS一般都有如下控制功能。

1）配置通信接口

小容量的UPS應(yīng)配置RS-232接口/SNMP適配器通信接口，中、大容量的UPS應(yīng)配置RS-232、RS-485接口/SNMP適配器通信接口。利用RS-232、RS-485接口/SNMP適配器通信接口，可在UPS和監(jiān)控平臺之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。具體包括：

■　遙測信號：輸入電壓、電流、頻率、有功功率、視在功率和功率因數(shù)；輸出電壓、電流、頻率、有功功率、視在功率和功率因數(shù)；交流旁路電壓、電流和頻率；蓄電池的充放電電壓和電流等。

■　遙信信號：輸入電源故障、整流器故障、逆變器故障、交流旁路電源過/欠電壓、直流總線電源過/欠電壓、逆變器電源與市電電源同步/不同步、整流器/逆變器/變壓器溫升過高以及各種繼電器開關(guān)的工作狀態(tài)等信號。

■　遙控信號：可編程的定時“自檢測”電池管理、緊急停機(jī)、定時開/關(guān)機(jī)、自動撥號/短信/微信等信號。

2）提供配套的電源管理軟件

用戶在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理平臺上、個人計算機(jī)或手機(jī)上安裝相應(yīng)的電源管理軟件或App后，就可以組成功能強(qiáng)大的網(wǎng)管智能化UPS系統(tǒng)。在此條件下，用戶就能在終端上執(zhí)行下述操作：

■　調(diào)閱在UPS監(jiān)控顯示屏上觀察到的所有信息；

■　如UPS本身發(fā)生故障，可自動執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)廣播報警、電話撥號、自動發(fā)短信或微信等操作，以便通知值班人員到現(xiàn)場維修；

■　當(dāng)遇到市電長時間供電中斷時，按照用戶預(yù)定的時序，對位于同一網(wǎng)管系統(tǒng)下的計算機(jī)/服務(wù)器分批執(zhí)行有序的數(shù)據(jù)自動存盤和安全關(guān)閉操作系統(tǒng)；

■　專業(yè)人員可重新調(diào)節(jié)、設(shè)置/校正UPS的運(yùn)行參數(shù)和報警閥值；

■　將“用戶自定義”報警信號經(jīng)UPS的通信接口傳送到用戶的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。