UPS不间断电源

概述

核心保障设备

UPS是数据中心的==最后一道电力防线==，关系到整个数据中心的业务连续性。

UPS（Uninterruptible Power Supply）不间断电源是数据中心关键的动力保障设备，主要功能是在市电中断或电压异常时，立即提供稳定、纯净的电力供应，确保服务器、网络设备等关键负载的连续运行。UPS系统由整流器、逆变器、蓄电池和静态开关等核心部件组成，能够实现毫秒级的电源切换，有效防止数据丢失和设备损坏。

在数据中心中，UPS不仅承担着应急供电的任务，还能对市电进行稳压、滤波，消除电网中的浪涌、尖峰等电能质量问题，为IT设备提供高质量的电力环境。根据数据中心等级要求，UPS系统通常采用N+1、2N或2(N+1)等冗余配置，确保在单台设备故障时仍能维持正常供电。

技术特点

系统架构图

graph TD
    A[市电输入] --> B[整流器]
    B --> C[直流母线]
    C --> D[逆变器]
    D --> E[静态开关]
    E --> F[负载输出]

    G[蓄电池组] --> C
    H[BMS电池管理] --> G

    I[监控单元] --> B
    I --> D
    I --> H
    I --> E

    J[市电异常] --> E
    E -.->|切换| K[电池供电]

    classDef component fill:#e1f5fe
    classDef power fill:#fff3e0
    classDef control fill:#f3e5f5

    class A,B,C,D,E,F power
    class G,H control
    class I,J component

在线式双变换技术，输出纯净正弦波
毫秒级切换时间，零中断供电
智能电池管理系统，延长电池寿命
模块化设计，便于扩容和维护
高效率运行，降低能源损耗

🏭 主要品牌厂家

国际品牌

品牌	厂商	特点	主要产品系列
Vertiv	维谛技术(原艾默生网络能源)	高端可靠，技术领先	Liebert EXL, EXM2, PowerUPS 9000
Schneider	施耐德电气	全球能效管理专家	Galaxy VX, Galaxy VM
Eaton	伊顿	电力管理解决方案	9395, 93PM, PowerXpert
APC	美国电力转换公司	中小企业市场领先	Symmetra, Smart-UPS
ABB	ABB集团	工业自动化专家	PCS100, UPS6000

国内品牌

品牌	厂商	特点	主要产品系列
华为	华为数字能源	智能化程度高	UPS2000-G, UPS5000-E
科华	厦门科华数据	国产龙头企业	YMK33, KR33
科士达	深圳科士达	性价比高	GP33, RM33
易事特	广东易事特	新能源集成	EA660, EA990
山特	山特电子	中小市场专家	Castle, 3C3 EX

主流品牌技术参数对比

基本规格对比

品牌型号	伊顿 9395E系列	华为 UPS5000-E系列
功率范围	400-600kVA	350-800kVA
功率模块	整机型设计	50kVA功率模块
效率表现	正常模式≥94%	ECO模式≥97%
拓扑结构	在线双变换	在线双变换
输入电压	380V±15%	380V±15%
输出电压	380V±0.5%	380V±1%

输入电气参数对比

参数项目	伊顿 9395E-600kVA	华为 UPS5000-E-800kVA
输入电压范围	380V±15%	380V±15%
输入频率范围	50/60Hz	50Hz±10%
输入电流(满载)	912A	1210A
输入功率因数	>0.99	>0.99
THDi	<5%	<3%

输出电气参数对比

参数项目	伊顿 9395E-600kVA	华为 UPS5000-E-800kVA
额定输出功率	600kVA/480kW	800kVA/720kW
输出电压精度	±0.5%	±1%
输出频率精度	±0.05%	±0.05%
过载能力	110% 60min	125% 10min
输出功率因数	0.8	0.9

效率参数对比

负载率	伊顿 9395E效率	华为 UPS5000-E效率
25%	94.0%	95.0%
50%	95.5%	96.5%
75%	96.0%	97.0%
100%	95.5%	96.5%
ECO模式	-	97.0%

电池参数对比

参数项目	伊顿 9395E	华为 UPS5000-E
额定电池电压	480V DC	480V DC
最大充电电流	150A	200A
充电方式	均充/浮充	智能充电
电池管理	ABM技术	数字化电池管理
后备时间配置	可配置各种后备时间	可配置各种后备时间

物理参数对比

参数项目	伊顿 9395E-600kVA	华为 UPS5000-E-800kVA
尺寸(宽×深×高)	1600×1100×1950mm	1600×1100×2000mm
重量	约2800kg	约3000kg
安装方式	落地式	落地式
噪音水平	≤65dB/1m	≤68dB/1m
维护空间	前后800mm	前后800mm

通信接口对比

接口类型	伊顿 9395E	华为 UPS5000-E
RS232	支持	支持
RS485	支持	支持
SNMP卡	可选配	内置
Modbus	支持	支持
以太网	可选配	内置
移动APP	不支持	支持

保护功能对比

保护功能	伊顿 9395E	华为 UPS5000-E
输入保护	过压/欠压/缺相	过压/欠压/缺相
输出保护	过载/短路/过温	过载/短路/过温
电池保护	过充/过放/过温	过充/过放/过温
风扇保护	风扇故障保护	风扇故障保护
系统保护	系统过载保护	系统过载保护

选型建议

高能效场景：优先选择华为UPS5000-E系列，ECO模式效率可达97%
模块化需求：华为50kVA功率模块设计，便于扩容和维护
智能监控：华为支持APP远程监控，管理更便捷
性价比考虑：伊顿9395E系列在同等性能下具有竞争优势

📋 行业规范标准

国际标准

IEC 62040-1: 不间断电源系统 - 第1部分：一般和安全要求
IEC 62040-2: 不间断电源系统 - 第2部分：电磁兼容性(EMC)要求
IEC 62040-3: 不间断电源系统 - 第3部分：性能确定和试验要求
TIA-942: 数据中心电信基础设施标准

国内标准

GB/T 7260.1-2023: 不间断电源系统(UPS) 第1部分：安全要求
GB/T 7260.2-2023: 不间断电源系统(UPS) 第2部分：电磁兼容性(EMC)要求
GB/T 7260.3-2023: 不间断电源系统(UPS) 第3部分：性能确定和试验要求
GB/T 7260.4-2020: 不间断电源系统(UPS) 第4部分：环境要求及报告
GB/T 7260.503-2020: 不间断电源系统(UPS) 第5-3部分：直流输出UPS性能和试验要求

数据中心等级要求

数据中心等级	UPS配置要求	可用性	年宕机时间
Tier I	N	99.671%	28.8小时
Tier II	N+1	99.741%	22小时
Tier III	N+1	99.982%	1.6小时
Tier IV	2N或2(N+1)	99.995%	26分钟

📋 选型指南

选型关键因素

选择UPS时需要综合考虑==可靠性==、==效率==、==扩容性==和==总拥有成本==。

选型决策流程

flowchart TD
    A[确定负载功率] --> B{数据中心等级}
    B -->|Tier I/II| C[N+1配置]
    B -->|Tier III| D[N+1配置]
    B -->|Tier IV| E[2N或2(N+1)配置]

    C --> F[确定后备时间]
    D --> F
    E --> F

    F --> G{电池类型选择}
    G -->|经济型| H[铅酸电池]
    G -->|长寿命| I[锂电池]

    H --> J[选择品牌型号]
    I --> J

    J --> K[验证兼容性]
    K --> L[最终确定]

选型参数计算

负载功率计算
- 实际负载 × 1.3（扩容余量）= UPS额定功率
- 考虑功率因数：UPS功率 = 负载功率/0.8
后备时间确定
- 关键设备：≥30分钟
- 重要设备：≥15分钟
- 普通设备：≥10分钟
电池容量计算
- 电池容量(Ah) = 负载功率(W) × 后备时间(h) / 电池电压(V) / 放电深度

🛠️ 安装调试

安装要求

安装注意事项

UPS重量较大，需确保楼板承重足够

通风散热空间≥300mm
远离腐蚀性气体和粉尘

安装步骤

场地准备
- 检查楼板承重（≥1000kg/m²）
- 预留维护空间（前后≥800mm）
- 安装空调或通风系统
设备就位
- 使用专业搬运工具
- 调整水平度（≤5mm/m）
- 连接接地线
电气连接
- 输入输出电缆规格计算
- 紧固扭矩符合规范
- 相序检查确认

调试测试

测试项目	标准要求	测试方法
输入输出电压	±1%	万用表测量
频率稳定度	±0.1%	频率计测量
切换时间	≤4ms	示波器捕捉
电池充放电	符合曲线	电池测试仪
保护功能	正确动作	模拟故障测试

🔧 运维维护

日常巡检

每日巡检项目

检查LCD显示屏状态

听有无异常声音
查看指示灯状态
测量环境温度

定期维护

维护周期	维护内容	注意事项
每月	清洁防尘网、检查风扇	断电操作
每季度	测量电池电压、检查连接	记录数据
每半年	电池充放电测试	安排在业务低峰
每年	校准仪表、检查电容	专业工程师

常见故障处理

故障现象	可能原因	解决方法
市电正常但电池供电	市电超范围或断相	检查输入电源
逆变器故障	过载或短路	减少负载或排除短路
电池无法充电	电池损坏或充电器故障	更换电池或维修充电器
风扇不转	风扇故障或温度正常	更换风扇

📊 工程案例

案例一：某大型金融数据中心

项目概况

建设规模：2000个机柜
等级要求：Tier IV
UPS配置：4×(2N) 1600kVA

解决方案

采用模块化UPS，支持在线扩容
锂电池方案，减少占地60%
集成DCIM系统，智能监控

实施效果

系统可用性：99.999%
运维效率提升：40%
10年TCO降低：25%

案例二：某边缘计算节点

项目概况

分布位置：全国50个节点
单节点功率：50kW
环境条件：无人值守

解决方案

一体化UPS，集成配电和监控
远程管理平台，集中运维
高温电池设计，适应恶劣环境

实施效果

部署时间缩短：70%
运维成本降低：50%
故障响应时间：<2小时

⚙️ 技术参数规格

性能指标

参数类型	技术规格	说明
输入电压	380V±15%(三相) / 220V±15%(单相)	宽电压输入范围
输出电压	380V±1%(三相) / 220V±1%(单相)	高精度稳压输出
频率	50Hz±0.1%	频率稳定度高
效率	≥94%(满载) / ≥96%(最佳负载点)	高效节能
THDi	<3%(线性负载) / <5%(非线性负载)	低输入谐波失真
切换时间	≤4ms(在线式)	零中断切换
功率因数	>0.99(输入) / 0.8-0.9(输出)	高功率因数

电池技术参数

电池类型	铅酸电池	锂电池
寿命	3-5年	10-15年
充电时间	8-10小时	2-3小时
能量密度	30-50Wh/kg	150-250Wh/kg
工作温度	15-25℃	-20-60℃
环保性	含铅，需回收	环保，可回收

性能曲线数据

效率-负载率曲线

负载率(%)	在线模式效率(%)	ECO模式效率(%)	备注
25%	88-90	94-95	低负载效率较低
50%	92-94	96-97	中等负载效率提升
75%	94-95	97-98	接近最佳效率点
100%	93-94	96-97	满载效率略有下降

效率优化建议

UPS最佳效率点通常在60-80%负载率
建议将UPS运行在50-80%负载区间以获得最高效率
ECO模式可提升效率2-3%，但需评估风险

输入电流谐波(THDi)-负载率曲线

负载率(%)	THDi(%)	功率因数(PF)	备注
25%	8-12	0.92-0.95	轻载谐波较大
50%	4-6	0.96-0.98	谐波明显改善
75%	2-4	0.98-0.99	接近理想值
100%	<3	>0.99	最佳性能

输出电压波形畸变率

负载类型	负载率(%)	THDu(%)	波形质量
线性负载	0-100%	<1%	纯正弦波
非线性负载	50%	<2%	轻微畸变
非线性负载	100%	<5%	可接受范围

详细规格对照表

主流品牌技术参数对比

参数项	华为UPS5000-E	维谛Liebert EXL	施耐德Galaxy VX	科华KR33
功率范围	100-600kVA	200-1200kVA	250-1200kVA	10-800kVA
拓扑结构	在线双变换	在线双变换	在线双变换	在线双变换
输入电压范围	380V±25%	380V±20%	380V±25%	380V±20%
输出电压精度	±1%	±1%	±1%	±1%
效率(满载)	96%	96.5%	96%	95%
效率(最佳点)	97%	97.5%	97%	96%
输入PF	>0.99	>0.99	>0.99	>0.98
THDi	<3%	<3%	<3%	<5%
切换时间	0ms	0ms	0ms	0ms
过载能力	110%-60min	110%-60min	110%-60min	110%-30min
工作温度	0-40℃	0-40℃	0-40℃	0-40℃
海拔高度	≤1500m	≤2000m	≤1500m	≤1000m

模块化UPS功率模块规格

模块功率	尺寸(宽×高×深)mm	重量(kg)	效率(%)	功率密度(kW/U)
25kVA	438×130×650	35	95.5	2.5
50kVA	438×177×650	55	96	3.8
100kVA	438×266×750	85	96.5	4.5
125kVA	438×311×750	100	97	5.0

参数关联关系

关键参数影响矩阵

参数A	参数B	关系说明	调整建议
负载率	效率	负载率60-80%效率最高	控制UPS运行在最佳区间
负载率	THDi	负载率越高谐波越小	适当提高负载率改善谐波
输入电压	输入电流	电压降低电流增大	确保输入电压稳定
环境温度	电池寿命	温度每升10℃寿命减半	控制环境温度20-25℃
充电电流	电池寿命	过大电流损伤电池	控制充电电流≤0.1C

📐 计算公式与示例

UPS容量计算

基础计算公式

公式1：视在功率计算 $S = \frac{P}{\cos\phi}$

参数说明：

S：视在功率(kVA)
P：有功功率(kW)
cosφ：负载功率因数(一般取0.8-0.9)

公式2：UPS容量计算 $S_{UPS} = \frac{P_{load} \times K_{exp}}{\cos\phi \times \eta_{UPS}} \times K_{redundancy}$

参数说明：

S_UPS：UPS容量(kVA)
P_load：IT负载功率(kW)
K_exp：扩容系数(一般取1.2-1.3)
cosφ：负载功率因数
η_UPS：UPS效率
K_redundancy：冗余系数(N+1取1.0，2N取2.0)

计算示例1：中型数据中心UPS容量计算

项目背景：

IT负载总功率：500kW
数据中心等级：Tier III（N+1配置）
负载功率因数：0.85
UPS效率：96%
扩容预留：20%

计算过程：

计算视在功率 $S = \frac{500kW}{0.85} = 588.2kVA$
计算UPS所需容量（含扩容） $S_{base} = \frac{500 \times 1.2}{0.85 \times 0.96} = 735.3kVA$
考虑N+1冗余配置
- 选择400kVA模块化UPS
- 配置：400kVA × 2 = 800kVA（实际可用720kVA）
- 单模块故障时仍可支持全部负载
验证负载率 $负载率 = \frac{588.2kVA}{800kVA} = 73.5\%$

计算结论

推荐：2×400kVA模块化UPS，N+1冗余配置

正常运行负载率：73.5%（效率最佳区间）
单机故障负载率：147%（过载能力支持）

计算示例2：大型数据中心UPS容量计算

项目背景：

IT负载总功率：2000kW
数据中心等级：Tier IV（2N配置）
负载功率因数：0.9
UPS效率：96%

计算过程：

单路容量计算 $S_{single} = \frac{2000kW}{0.9 \times 0.96} \times 1.1 = 2546kVA$
2N配置方案
- A路：3×900kVA（共2700kVA）
- B路：3×900kVA（共2700kVA）
负载分配验证

状态 A路负载 B路负载负载率
正常运行 50% 50% 37%
A路故障 0% 100% 74%
B路故障 100% 0% 74%

状态	A路负载	B路负载	负载率
正常运行	50%	50%	37%
A路故障	0%	100%	74%
B路故障	100%	0%	74%

电池容量计算

基础计算公式

公式1：电池容量计算 $C = \frac{P \times T}{U \times \eta_{bat} \times DOD \times n}$

参数说明：

C：单体电池容量(Ah)
P：负载功率(W)
T：后备时间(h)
U：单体电池电压(V)，铅酸电池取2V
η_bat：电池放电效率(一般取0.8-0.9)
DOD：放电深度(铅酸电池取0.7-0.8)
n：电池单体数量

公式2：电池组配置计算 $N_{series} = \frac{U_{bus}}{U_{cell}}$

参数说明：

N_series：串联电池数量
U_bus：直流母线电压(V)
U_cell：单体电池电压(V)

计算示例：UPS电池配置计算

项目背景：

UPS功率：400kVA，功率因数0.9
后备时间：30分钟(0.5h)
直流母线电压：384V
电池类型：12V铅酸电池

计算过程：

计算直流侧功率 $P_{dc} = 400kVA \times 0.9 = 360kW$
计算电池组串联数量 $N_{series} = \frac{384V}{12V} = 32节$
计算所需电池容量 $C = \frac{360000W \times 0.5h}{12V \times 0.85 \times 0.75} \approx 23529Ah$
电池配置方案
- 选用12V/100Ah电池
- 单组32节，容量100Ah
- 需并联组数：23529/100 ≈ 236组（实际取240组）

实际配置优化

推荐12V/150Ah或12V/200Ah电池减少并联组数
采用高倍率放电电池可减少容量配置

效率与能耗计算

效率计算公式

公式：年能耗计算 $E = P_{load} \times 8760 \times \frac{1-\eta}{\eta}$

参数说明：

E：UPS年损耗电能(kWh)
P_load：负载功率(kW)
η：UPS效率
8760：年小时数

计算示例：不同效率UPS能耗对比

对比条件：

负载功率：500kW
年运行时间：8760小时

UPS效率	年损耗(kWh)	年电费(元@0.8元/kWh)	10年电费差异
93%	329,355	263,484	-
95%	231,000	184,800	节省786,840
96%	182,500	146,000	节省1,174,840
97%	135,000	108,000	节省1,554,840

效率重要性

UPS效率每提升1%，10年可节省电费约40-80万元（以500kW负载计）

TCO总拥有成本计算

TCO计算公式

$TCO = C_{capex} + C_{opex} \times n + C_{replace}$

参数说明：

C_capex：初始投资成本
C_opex：年运维成本
n：使用年限
C_replace：电池更换成本

计算示例：铅酸电池vs锂电池TCO对比

对比条件：

UPS容量：500kVA
后备时间：15分钟
使用年限：10年

成本项目	铅酸电池方案	锂电池方案
UPS主机	450,000元	450,000元
电池组	120,000元	360,000元
安装调试	50,000元	40,000元
初始投资	620,000元	850,000元
年电费（96%效率）	150,000元	150,000元
年维护费	30,000元	15,000元
电池更换（第5年）	120,000元	0元
电池更换（第10年）	120,000元	0元
10年运维成本	2,100,000元	1,650,000元
10年TCO	2,720,000元	2,500,000元

TCO结论

虽然锂电池初始投资高240,000元，但10年TCO可节省220,000元且锂电池方案占地减少50%，运维工作量减少40%

📈 行业发展趋势

技术发展趋势

🔋 锂电池化趋势
- 锂电池UPS逐步替代传统铅酸电池
- 体积减小40-60%，重量减轻50-70%
- 寿命延长至10-15年，降低总拥有成本
🧩 模块化设计
- 功率模块化，支持在线扩容
- 故障模块热插拔更换
- 提高系统可用性至99.999%
🤖 智能化管理
- AI预测性维护
- 云平台远程监控
- 大数据分析优化运维
🌿 绿色节能
- 效率提升至97%以上
- ECO模式运行，节能10-15%
- 碳足迹跟踪和优化

市场发展趋势

市场规模：2024年全球UPS市场规模约1176.9亿元，预计2031年达到1836.1亿元，CAGR为6.6%
数据中心驱动：云计算、大数据、AI推动数据中心建设，带动UPS需求增长
新兴应用：5G基站、边缘计算、新能源储能等新应用场景涌现
国产化替代：国内品牌技术提升，市场份额持续增长

未来展望

氢燃料电池UPS：长时备电解决方案
直流UPS系统：适配直流数据中心架构
虚拟电厂集成：UPS参与电网调峰调频
AI驱动的自治系统：全自动运行和故障处理

🔗 相关技术链接

蓄电池组 - UPS储能系统核心组件
PDU电源分配单元 - UPS下游配电设备
柴油发电机组 - UPS upstream备用电源
HVDC高压直流装置 - 未来数据中心供电技术

🔧 故障诊断与选型工具

故障诊断

故障诊断知识库 - 常见故障排查指南

选型工具

UPS容量计算器 - UPS容量配置计算
PDU配置规划 - PDU选型配置工具
空调负荷计算 - 空调负荷计算工具
产品选型决策树 - 产品选型辅助决策

概述​

技术特点​

系统架构图​

🏭 主要品牌厂家​

国际品牌​

国内品牌​

主流品牌技术参数对比​

基本规格对比​

输入电气参数对比​

输出电气参数对比​

效率参数对比​

电池参数对比​

物理参数对比​

通信接口对比​

保护功能对比​

📋 行业规范标准​

国际标准​

国内标准​

数据中心等级要求​

📋 选型指南​

选型决策流程​

选型参数计算​

🛠️ 安装调试​

安装要求​

安装步骤​

调试测试​

🔧 运维维护​

日常巡检​

定期维护​

常见故障处理​

📊 工程案例​

案例一：某大型金融数据中心​

案例二：某边缘计算节点​

⚙️ 技术参数规格​

性能指标​

电池技术参数​

性能曲线数据​

效率-负载率曲线​

输入电流谐波(THDi)-负载率曲线​

输出电压波形畸变率​

详细规格对照表​

主流品牌技术参数对比​

模块化UPS功率模块规格​

参数关联关系​

关键参数影响矩阵​

📐 计算公式与示例​

UPS容量计算​

基础计算公式​

计算示例1：中型数据中心UPS容量计算​

计算示例2：大型数据中心UPS容量计算​

电池容量计算​

基础计算公式​

计算示例：UPS电池配置计算​

效率与能耗计算​

效率计算公式​

计算示例：不同效率UPS能耗对比​

TCO总拥有成本计算​

TCO计算公式​

计算示例：铅酸电池vs锂电池TCO对比​

📈 行业发展趋势​

技术发展趋势​

市场发展趋势​

未来展望​

🔗 相关技术链接​

🔧 故障诊断与选型工具​

故障诊断​

选型工具​

相关方案​

概述

技术特点

系统架构图

🏭 主要品牌厂家

国际品牌

国内品牌

主流品牌技术参数对比

基本规格对比

输入电气参数对比

输出电气参数对比

效率参数对比

电池参数对比

物理参数对比

通信接口对比

保护功能对比

📋 行业规范标准

国际标准

国内标准

数据中心等级要求

📋 选型指南

选型决策流程

选型参数计算

🛠️ 安装调试

安装要求

安装步骤

调试测试

🔧 运维维护

日常巡检

定期维护

常见故障处理

📊 工程案例

案例一：某大型金融数据中心

案例二：某边缘计算节点

⚙️ 技术参数规格

性能指标

电池技术参数

性能曲线数据

效率-负载率曲线

输入电流谐波(THDi)-负载率曲线

输出电压波形畸变率

详细规格对照表

主流品牌技术参数对比

模块化UPS功率模块规格

参数关联关系

关键参数影响矩阵

📐 计算公式与示例

UPS容量计算

基础计算公式

计算示例1：中型数据中心UPS容量计算

计算示例2：大型数据中心UPS容量计算

电池容量计算

基础计算公式

计算示例：UPS电池配置计算

效率与能耗计算

效率计算公式

计算示例：不同效率UPS能耗对比

TCO总拥有成本计算

TCO计算公式

计算示例：铅酸电池vs锂电池TCO对比

📈 行业发展趋势

技术发展趋势

市场发展趋势

未来展望

🔗 相关技术链接

🔧 故障诊断与选型工具

故障诊断

选型工具

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