如何选择可靠性高的UPS

目前在中国的UPS行业中，品牌种类繁多，有进口品牌、国产品牌、贴牌等，在性能上也是各有千秋，良莠不齐。这就给用户提出了一个问题：什么样的UPS最好？什么样的UPS在性价比上最优秀？什么样的UPS可靠性最高？是否有一个客观标准呢？当然，客观标准是有的，那就是UPS的性能指标。但是，由于UPS是一个专业性极强的领域，不少用户虽然使用UPS多年，对UPS的这些指标还是不清楚。
因国内市场目前较为混乱，对于要求选用可靠性高UPS的用户来说，在选择UPS之前必须清楚两个情况：

1. 高频机与工频机的区别

目前市场上高频机与工频机并存，对于用户来说无法准确判断UPS供应商提供的是高频机或是工频机。高频机的可靠性较工频机差，一般用于不太重要的场合，但因成本较低，出于竞争的需要，会有一些不负责任的供应商向工业用户提供高频机，因此若能了解工频机与高频机的区别，对使用者至关重要。详细描述可见附件1。

1. 工业级UPS与商业UPS的区别

     选用工业级UPS系统,还是选用商业级UPS系统,需要考虑的因素很多。首先就是可靠性要求。高可靠是以系统的设计、工艺、配置来体现的。采用工业级甚至是军用级元器件,同时还要加大关键元器件的冗余度,以增强系统的抗冲击力。生产工艺上,对逻辑¬电路和通讯电路有更严格的屏蔽措施。配置隔离变压器以增强系统的电气隔离性能,内置电池保护开关、输入和输出开关、静态和维修旁路开关等各种保护开关。以上种种,都对工业级UPS系统的高可靠性做出重大贡献。
　　除了高可靠性,对环境的超强适应性、产品的设计寿命等也是选择工业级UPS系统的原¬因之一。

　　环 境
　　全球范围内,工业级UPS对环境的适应能力都是最强的。UPS系统必须能够应对高温与高湿。其安装的地方也通常空间不大,很难达到空气流通。正因如此,UPS的设计均有一个特别大的关键半导体组件,例如IGBT、整流器及散热片。

　　除了温度与湿度问题外,还要考虑周围的空气。周围的空气可能含有腐蚀性因素,时间长了可能会降低变压器、电路板及合闸的性能。工业级UPS的元器件和配线,或是涂有一层电抗胶以防御UPS的元器件及配线免遭恶劣环境破坏,或是配有专用的空气过滤器。当然,这些细节增加了工业级UPS系统的成本。另外，工业级UPS产品的IP等级比商业级UPS高（其IP等级一般仅为IP20）。这么大的差异主要是因为工业级UPS需要放置在车间、生产线等严重粉尘污染环境，而商业级UPS只需放置在数据中心、服务器机房等环境整洁、温湿度和洁净度受控的地方。
　　与工业级UPS对环境高适应性的能力相反,商业级UPS通常放置于环境受控的空间中,对环境的适应能力相当弱。但是它具备系统监控的功能,利于保证UPS、以及关键的服务器、路由器、存储器等处于最佳的性能状态。如果工业级UPS系统也具备相关的性能,以适应IT应用的所需,如系统监控、为提高冗余性能的模块并联、或是为提高效率而降低总体运行成本的能力,通常都意味着更高的成本。
　　制 冷
　　工业级UPS需要对高温环境下的运行能力给予特别的设计考虑。元器件的设计必须适应工业环境的运行要求、还应能够承受各种关键负载的变化需求。正因如此,大部分工业级UPS都配备了可监控的冗余的风扇系统,与此相反,商业级UPS则必须运行在有空调的环境下。
　　　　操 作
　　工业级UPS系统通常是由现场的技术人员来维护的。所以需要能够做到模块级维修、对关键部件的隔离能力、以及帮助维修的说明文档等。维修本身不仅需要时间,还要求在维修时转到旁路的工业级UPS具有比应用于机房环境的商业级UPS的更强的承受能力。
　　工作寿命
　　工业级UPS系统在设计时会加大元器件的设计余量,这样UPS系统在典型的工业环境运行中将有超过200,000小时的MTBF。但有一些元件如制冷风扇、DC电容等会降低使用时间,甚至会低于保守设计。工业级UPS的用户,像发电厂等,通常会将UPS的使用寿命确定在20～30年。石化行业的UPS的工作寿命大约为10～15年。

　　在商业级UPS市场上,UPS的型号会在5年内过时。而现代数据技术的变化也会使数据中心的寿命少于5年。对市场非常了解的供应商,会将设计投入更多的集中在如何使商业级UPS价格更便宜、体积更小,效率更高上。

　　服务方式
　　不论是工业级还是商用级UPS,设备的服务访问方式都很重要。在工业环境中,UPS会根据车间的布局摆放在不同的地点。一些设备经¬理喜欢分布式UPS(UPS位于保护设备的附近),另外一些人会喜欢集中式UPS(UPS位于保护设备的输助设施中)。在这两种情况下,大部分设备维护人员都喜欢前端访问的服务方式。维护人员不用拆除侧板或背板就能够进行维修、检查和预见性维护。

　　商业级UPS通常会安置在专用房间中。这种构成有助于制冷和电源分配。大部分的商业级UPS系统倾向于集中式UPS的概念,这样维护人员需要可从正面或背面对设备进行维护。
　运 输
　　工业和商业的设备都是很大的资本支出,都要进行特别的规划和周密的场地准备。UPS设备在到达客户的现场时通常是装在运输用的板条箱中。将设备部署入位通常需要叉车,吊车或起重机。
　　　
　　物理设计
　　工业级UPS是由质量好而且至少2mm厚的钢板制成。为更好的保护装于其中的UPS,还会在机箱表面刷上一层厚厚的专用防护喷涂。通常工业级UPS的电源及控制组件在防湿及防污染方面都可以达到IP40或IP42标准,更高性能的甚至可以做到IP51,而商业级UPS,采用塑料机箱,内部无特殊防湿防污处理,防护等级只能达到IP20。

　　工业EMI/RFI
　　数据中心的交流电分配系统的设计可保护UPS免受来自交流干线和旁路输入馈线的EMI/RFI的影响。专用输入电源馈线与绝缘变压器的使用不仅减少了EMI/RFI,同时也减少了交流干线上的有效漏电电流。

　　在一些工业应用中, UPS的交流输入电源来自开关设备或电机控制中心(MCC),并且通常与一些电动噪音大的负载像变速驱动装置等共享母线连接。 对于这一类应用,输入隔离变压器是完全必要的。

　　通 信
　　在IT行业中,通信功能在UPS系统的选择中是非常重要的。SNMP及以太网是收集UPS系统信息最常用的方式。

　　商业级UPS通信功能可能受到场所及环境的限制。正因如此,Modbus通讯协¬议、以太网、或继电器输入输出接口在工业应用中受到欢迎¬。

　　总 结
　　总之,工业级UPS与商业级UPS有着明显不同的设计思路。在投资初期,一一对照研究其具体应用中的差异可能不会有结果,经过一段时间后预估UPS的性能将可以得到明确的收获。应该考虑的因素包括环境状况、运营期望值、稳定性要求、通信能力以及使用寿命期限。工业级UPS的各类装备附件表明其初期成本更大,然而从整体成本并与其20～30年的产品寿命相比,初期成本的投入保障了长期的投资回报。
 
 
 
 
 
 
   了解了以上两个情况后，用户对于如何选择可靠性较高的UPS机型有了初步的判断，但这还不足以完全判断其可靠性。用户可再通过了解UPS的一些指标来判断其可靠性的高低。
1、价格低并不意味性价比高。
价格与产品质量
多年来用户对UPS的价格一压再压，迫使UPS的价格一降再降，于是有些用户形成了一种压价的习惯：不论什么产品，不论在什么条件下，好像不压价就会吃亏，而且还认为既使将价格压得再低，供应商也照样盈利。这在小功率产品上显得特别突出。而另一方面，UPS供应商为了开辟市场，对用户的压价“政策”也习以为常，在不赔本的情况下也就步步退让，这似乎是一种比较“融洽”的状态。但价格总是有底线的，一旦产品的价格被压到一定程度，在供应商无法承受的情况下，局面就有了变化。
UPS供应商为了中标或进入某一行业，虽然会接受较低的价格，但由于价格确实已压到无法承受的程度，只好“另辟捷径”，这就给用户埋下了隐患。
厂商会有哪些应对办法呢？厂商最常见的手段是从UPS主机上打主意，使原来的价格大幅度降价，但却给用户埋下了隐患。比如, 已往UPS的过载能力普遍为: 过载到 125%，可坚持10分钟,过载到150%，可坚持30秒。但这些降价后的产品过载能力大大降低(参见下表)，由此可以看出机器降价的原因。机器价格下来了，事故隐患上去了。
选择廉价的电池上以及降低服务质量也是厂商常常采取的办法。由于采用质量差的电池，常有电池需要更换，这就牵涉到UPS停机问题，在那些UPS一天24小时连续服务的地方，就给用户出了难题，停机会给用户带来损失。
因此，用户对产品的过分压价，一般不会带来什么好的效果，从长远看，这种方法更要三思而后行。
由于电容的耐压能力不足，实际使用时常常达不到标称的输入电压范围。
 
2、过载能力是UPS的最关键指标之一。
UPS的过载能力
过载能力是UPS的关键性能，因为在市电和负载正常时，UPS只是起稳压器和滤波器的作用，而这个功能用一台廉价的交流稳压器就完全可以实现。因此，如果UPS只起这么一点点作用那就不值了。所以UPS要点就在: 市电异常时UPS要能不间断地接续上去，负载异常时UPS要能酌情处理，即对于一般的过载要能经受得住，不要一过载就轻易转旁路，因为旁路属于应急供电方式，“应急”含有“仓促应付”的意思，既然“仓促应付”，就是说质量和可靠性是没有保障的。因此，尽量减少切换到旁路供电的几率是保证可靠供电的关键，其中过载能力就是一个重要指标。
过载能力降低是如何造成的呢?主要是由于降低了价格昂贵的功率器件等级而造成。因为过载能力的大小直接受制于功率器件模块的温升，温度太高是导致功率器件失效的主要原因。如图6所示，功率器件模块大，其热容量就大，如果模块（a）度达到150℃需10 分钟，而功率模块（b）由于器件功率等级低，热容量小，在和（a）同等过载量的情况下，只要1分钟就可使模块温度达到150℃，这时如不及时切换到旁路就有烧毁器件的危险。如同样是进口名牌40kVA的UPS，有的采用了300A的IGBT模块，也有的只采用了150A的IGBT模块，在功率上就差了一倍！随之造价也就降下来了。同样的产品，用户当然不会要150A的这种，但又无法知道内部功率器件的规格，尤其是机器未买之前，这时只有通过产品介绍中的过载能力来判断内部功率器件的规格，而且这种方法非常准确。
这种利用降低功率器件规格来达到降价目的的做法，一来降低了机器的可靠性，二来也给用户的工作埋下了隐患。

 
3、UPS的切换时间。
系统切换时间
UPS的转换分几种情况：市电异常时、负载异常时、电路异常时、负载异常和电路异常消除时。但不论在哪一种异常的情况下，都希望UPS不能间断供电，下面就分别进行讨论。
市电异常时 不少用户最关心的是市电异常时的切换时间要保证为零。对于在线式UPS来说，在市电异常时电路的相应开关并未进行任何切换动作，所以也就不存在任何切换时间，那为什么有些用户还非常担心这个指标呢？这不得不追溯到后备式UPS，在早期的PC机使用中，很少有需要大容量UPS的场合，而用得最多的几乎都是小于1kVA的后备式UPS。在市电故障时，后备式UPS必须通过转换开关由市电供电切换到逆变器供电，如图2所示。而这个切换开关是用中间继电器充当，原来的产品都将这个切换时间限制在3ms以内，但实际上在测试中的切换时间有的就达到了45ms之长。一般也很少有小于10ms切换时间的产品。因此在这些用户的意识中不管是在线式还是后备式，只要是UPS都是这样的。由于没分清在线式和后备式电路结构的区别，所以市电断电时的切换时间也就成了一个虽然重点关注的问题。

负载异常时 当负载过流或短路时，由于逆变器再也无法承担这样的重负就需要切换到旁路供电。由于过载有一个时间限制，在这个过载时限内除了原来的频率跟踪锁相外，电压的幅度也开始跟踪市电，目的是为了使同相切换时的电压幅度尽可能地接近，电压幅度越接近，切换越平滑。UPS过载的能力越强，就会使幅度跟踪的时间越充裕，跟踪的效果就越好，也就越能保证零切换。切换有两种方式：一种是逆变器后面的静态开关撤销触发信号的同时触发旁路静态开关，这种方式有时会出现环流；另一种是逆变器后面的静态开关撤销触发信号后还要延迟一段时间，以保证该静态开关完全截止后再去触发旁路静态开关，以避免环流的出现。但这个延时一定要恰当，延时短了仍会出现环流，延时长了又会出现间断现象。
电路异常时 包括电路元器件在内的电路故障是一种比较严重的情况，尤其是导致逆变器突然停止工作的故障，使电压幅度来不及跟踪调整。如果再遇上市电电压频率的瞬变，破坏了频率和电压的跟踪调整，使切换不能进行，但为了供电的继续，有的UPS有一个强迫切换环节，这时就会有一个间断时间，一般将这个时间控制在5ms以内。
负载异常和电路异常消除时 这是一个由市电向逆变器切换的过程。逆变器恢复正常后: 负载异常消除或电路故障排除后，逆变器重新启动（自动或手动启动），也存在两电压波形不同步而需跟踪一段时间的问题。一般这个时间都比较富裕，容易实现零切换。