UPS通信行业标准与测试方法

吴京文
信息产业部邮电工业产品质量监督检验中心

　　摘要 YD/T 1095-2000《通信用不间断电源-UPS》适应通信技术和市场的飞速发展，对一些指标进行了强调和补充，本文将简要介绍，并讨论试验方法。

　　关键词 UPS 通信行业标准 试验方法

　　随着通信技术的飞速发展，各种通信设备对不间断电源的供电质量提出了更高的要求，通信行业标准YD/T 1095-2000《通信用不间断电源-UPS》的制定与实施促进并指导企业提高UPS产品质量以适应市场的需求。

　　该标准考虑到电网环境的差别,负载设备对供电要求的差别,UPS不同功率等级和不同结构形式在功能上的差别,以及UPS电路技术的进步与发展,改变了过去以功率等级和结构形式分类的习惯,而以主要性能指标的不同等级来反映以上各种差别。这样既可以真实且全面地反映各种结构类型UPS的优点和缺点,又可以为使用者对综合评价UPS产品时提供客观和清晰的标准。

　　结合我国电网环境和使用要求，本标准将电气性能指标划分为3类，各类指标的划分与GB/T 12707《工业产品质量分等导则》无关，而是按实际使用范围和各种型号产品的具体要求进行制定的，Ⅰ级为最高级, Ⅲ级是判定产品是否合格的最低要求。任何UPS不可能全是第Ⅰ类指标，也不可能全是第Ⅲ类指标，在实际选用和配置UPS时，用户可根据安装UPS的电网环境、负载性质和特殊要求、使用维护条件等，确定选择的重点项目。

　　随着UPS电路技术的不断更新,性能指标的提高以及应用环境和使用要求的变化,本标准对一些指标进行了强调和补充，将在下面逐一介绍。另外，将讨论试验方法，以期在标准的实施贯彻中做到更科学、更统一、更完善。

1 输入电压可变范围

　　输入电压可变范围宽，相对来说可以减少电池供电的机会，延长电池使用寿命，适用范围也广，但并非越宽越好，对于在线式UPS，输入电压可变范围越宽，成本越高，输入电压下限过低时，往往不能做到满载输出。后备式及互动式UPS的电路结构决定其输入电压范围不能过宽，否则输出稳压精度较差。

　　本标准未明确规定输入电压过压和欠压保护的具体要求，可理解为隐含在此项指标中。超出可变范围时，UPS应告警并保护，保障UPS本身和负载设备的安全，尤其是输入电压过压时更应有完备的保护措施。当输入电压超过上限值时，应报警并转换到电池供电，整流器自动关闭，当输入电压恢复到允许范围内时，退出电池逆变模式，转为市电供电工作状态。当输入电压低于下限值时，UPS应报警并转换到电池供电。做这项试验时，要准确观察UPS的工作状态，当电池投入工作时，就应该记取限值，而不是UPS关断时再记取限值。而且，比较准确的方法是接额定负载，因为有的UPS在低压状态降额使用，但并不报警或转换，采用相同的试验方法增加了可比性。

2 输入功率因数

　　输入功率因数低，意味着从电网吸取有功功率的同时还要吸收大量无功功率，其结果是增大系统配电容量，输入无功功率大还将造成电力公害，输入谐波电流污染市电，UPS以脉动的断续方式向电网索取电流，由于电网系统中存在着传输阻抗，谐波电流在传输阻抗上形成脉动电压叠加在电网电压上，造成电压波形失真，使由同一电网供电的变压器、电动机等产生附加谐波损耗、过热、加速绝缘老化，高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电表计算精度。

　　后备式及互动式UPS本身不产生谐波电流，其带线性负载时，输入功率因数是很高的，但实际使用中，负载通常是PC机等整流/容性的非线性负载，UPS没有功率因数，校正电路会将负载的低功率因数传递给UPS的输入端，从而污染电网。

　　在线式UPS双变换的第一级整流采用可控硅整流或二极管整流桥加滤波电路，UPS向市电吸收非正弦电流，采用无源校正方法，单相UPS的输入功率因数可达0.8，三相UPS的输入功率因数可达0.9，而采用有源校正方法，UPS的输入功率因数可达0.98以上。

3 输入电流谐波成份

　　输入电流谐波成份（TDHA）是指输入电流中非基次电流成份占总电流的百分比，该指标越低，说明UPS从市电吸收的谐波电流相对越小，对市电造成的污染越轻，机器性能越好。输入电流谐波成份形成的输入功率是无功的，是造成输入功率因数低的重要原因，输入电流谐波成份对电网电压的污染比由基波电压电流相移形成的低功率因数的危害更大。

　　测试前应充分了解所用仪表的使用说明，根据不同的计算方法得出正确的数值。某些仪表直接给出输入电流谐波成份占总电流的百分比，而某些仪表直接给出非基次电流成份，还需进行换算，这在测试中应予以注意。

4 输入频率变化范围

　　输入频率变化范围越宽，由电池逆变供电的机会相对要少，从而延长电池的使用寿命，尤其是输入为油机供电时，油机的频率变化范围很宽，若UPS输入频率变化范围宽，适应能力就强。UPS由发电机或频率不稳定的专用电源系统供电时，在输出突然加载和负载电流中有高次谐波成份时，其输出电压频率和幅度会发生较大变化，若UPS的输入频率变化范围过窄，UPS与发电机就容易失去匹配，造成UPS无法稳定工作。有的产品的变化范围可达±5Hz，还能适应输入频率60Hz的场合。

5 频率跟踪范围

　　交流供电时，UPS输出频率跟踪输入交流频率的范围就是频率跟踪范围。转换开关只有在同步时才能顺利转换，否则，瞬时的环路电流将损坏机器，或存在较大的转换时间，另外，随时保持同步使输出电压不至于在逆变/旁路转换过程中发生较大的相位变化。跟踪状态时，UPS的输出频率与输入频率一致，频率跟踪范围宽，意味着输出频率的变化范围也宽，计算机对频率不很敏感，选用频率跟踪范围宽的UPS较好。

6 频率跟踪速率

　　UPS输出频率与输入交流频率存在偏差时，UPS输出频率跟踪输入交流频率变化的速度，以Hz/s表示，输入频率由跟踪频率范围下限至上限突变时，输入频率突变范围与输出频率跟踪至输入频率上限时，所用的时间比值即为频率跟踪速率。制定该指标的目的是为了保证输出频率变化平稳，不应出现很大的瞬变现象。频率跟踪速率过大时，逆变器对市电频率的变化过于敏感，当市电电压波形高次谐波成份过大，或波形失真严重时，逆变器都可能误认为市电频率变化而盲目跟踪，从而造成逆变器工作频率不稳定或抖动，反之，如果频率跟踪速率过小，则在市电频率发生变化的过程中，逆变器工作频率大部分时间处于与市电频率不同步的状态，一旦输出过载或逆变器故障，逆变向旁路转换的可靠性就会受影响。本标准的1Hz/s是根据UPS的实际运行情况的经验数据确定的。

7 输出电压稳压精度与输出频率

　　UPS的稳压精度高对负载设备是大有好处的，对于计算机，如果UPS的稳压精度高，计算机内的开关电源承受的应力变化小，可靠性就会提高。输出电压稳压精度与电路结构、控制方式、技术及成本等因素都有关，一般来说，在线式的UPS都有较高的稳压精度。

　　UPS不论何种电路结构在市电供电状态下都不具备稳频功能，而是跟踪输入频率，所以强调该项试验是在电池逆变工作时。

8 动态电压瞬变范围和瞬变响应恢复时间

　　输出动态响应恢复时间的定义是：在输入电压为额定值，输出为线性负载，输出电流由零至额定电流或由额定电流至零突变时，输出电压恢复到输出稳压精度范围内所需要的时间。这里取稳压精度为±5%，因为这是稳压精度合格的最低要求。瞬变电压过大，会产生较大的浪涌电流，对负载和UPS本身都很不利。

标准中未对电流变化率做出规定，测试时有以下情况：

（1） 子负载

　　负载可周期性地从零突变到额定电流并从额定电流突变到零，试验波形也成周期性变化，可用一般的记忆示波器显示波形就可读出数值，而不必强调负载突变与锁定波形时机的配合，也不必把示波器设置为单次触发，有时单次触发时抓到的波形不一定是负载突变时的波形。

（2） 气开关或电子开关

　　通过空气开关或电子开关的通断，负载一次性地从零突变到额定电流或从额定电流突变到零。可记录多幅画面、类似于记录仪的示波器，可以比较准确地记录突变波形。

做这项试验时，不宜用灯泡做负载，因为灯泡的冷态电阻很小，突然加电时瞬间电流很大，可能远远超过UPS的额定电流，造成试验数据的不准确。

9 市电、电池切换时间

　　市电中断时，UPS从市电供电转为电池供电，在这个转换过程中，UPS输出可能会出现短暂的断电时间，称为输出电压切换时间。但本标准未对断电时间给出明确定义，有几种理解：1、电压完全为0的时间；2、电压降至超出负载允许的下限值的时间；3、电压降至超出标准规定的第Ⅲ类稳压精度指标的时间。从产品是否合格的角度考虑， UPS只有满足第Ⅲ类稳压精度指标才是合格产品，因此，检测方法统一为第三种可以增加可比性。在线式UPS在市电供电和电池供电情况下，都将电压转换成一个中间直流电压，有较大的电解电容，因此一般市电、电池切换时间为0。后备式和互动式在市电不佳时通过继电器切换，一般存在几毫秒的切换时间。

10 旁路逆变切换时间

　　该项试验未规定负载状况，标准中强调是逆变器故障时的逆变转旁路的切换时间，但一般UPS输出过载或过温时，都会从逆变工作方式转为旁路工作，可用记忆示波器记录此瞬时的UPS输出电压波形，由示波器上读出切换时间。在线式UPS一般不会有断点，但波形幅度会有瞬时变化，当旁路转逆变时，相当于UPS的逆变器突然加载，输出波形可能会有±10%的变化。测试该项指标时, 不应采用关断逆变器的方法, 应用超载或手动控制切换置旁路。

　　一般情况，UPS开机瞬间是旁路工作，之后转向逆变工作，用记忆示波器记录此瞬时的UPS输出电压波形，由示波器上可读出旁路转逆变的切换时间。

11 输出功率因数

　　这个指标是对UPS带载能力的考察。现在UPS在实际使用中均向PC、服务器这类非线性负载供电，其输入功率因数一般是0.7左右，所以对于10kVA的负载，除了7kW有功功率以外，还需7W的无功功率，若UPS的输出功率因数只能达到0.8，那只能提供6kW的无功功率，无法满足需要，而只能增大UPS的输出容量至11.7kVA。因此，仅看UPS的输出容量和带有功功率的能力，而不考察其输出功率因数是不够的。

12 输出电流峰值系数

　　当输出电流中存在着周期性非正弦波电流峰值时，UPS所允许的最大非正弦波电流峰值与输出电流有效值之比就是输出电流峰值系数。这个指标越大，说明带负载能力越强。正弦波的峰值系数是1.414，PC、服务器这类非线性负载的电流峰值系数在2.5～3.0之间。

----《电信工程技术与标准化》