1.4　UPS的技术指标

UPS的技术指标主要包括输入指标和输出指标，这两类指标反映了UPS的性能优劣，也是影响UPS价格的重要因素。

1.4.1　输入指标

1．电压范围

电压范围说明UPS适应什么样的供电制式及其对电网电压的适应能力，一般为-15%～+10%。UPS输入电压的上下限表示市电电压超出此范围时，UPS就断开市电而由蓄电池供电。一般来讲，我们希望UPS能适应的输入电压的范围尽量大，这样可以在市电质量较差时为负载提供更好的供电保障。但实际上，这个指标并不是越大越好，因为UPS整流滤波电容的耐压值一般为450V，如果输入电压范围过大，例如输入电压升高20%，则输出电压会远高于电容的耐压值，很容易使电容击穿而导致整流器失控，造成严重损失。

2．频率范围

频率范围说明UPS所能适应的输入交流电频率及其允许的变化范围，一般设为（50±（2.5～3））Hz比较合适。同样，这个变化范围也不是越大越好，因为在正常工作的情况下，UPS的输出电压频率总是跟踪输入电压频率，当市电频率在变化范围内时，UPS逆变器的输出与市电保持同步；当市电频率超出该范围时，逆变器的输出不再与市电同步，此时，当UPS逆变器故障或过载时，将不能切换到旁路工作模式。

此外，输入频率范围越宽，对输出特性影响也越大，对负载是没有好处的，尤其是频率下移时对负载的影响就更大。有很多负载是非阻性的，即不是感性就是容性。

对于感性负载，比如有的负载有输入变压器，而一般用途的变压器都是按照额定频率（50Hz）设计的，如果输入频率太高，则由于铁芯内涡流的增大会使变压器的铁损增加、温度升高、绝缘下降，从而加速变压器的老化。感抗XL与频率f成正比，而电感多用于滤波环节，所以输入频率高一点对滤波有好处，但不能太大，因为太大了会使电感上的电压降增大。

对于整流滤波负载，滤波电容容量的选择是按照额定频率（50Hz）设计的，容抗XC与频率f成反比。如果频率降低太多，例如降低20%，则容抗会相应增大20%，这就等效于电容的容量降低了20%，会使电容滤波后的电压纹波增大，影响后面负载的使用质量。

3．输入功率因数

输入功率因数是指UPS中整流充电器的输入功率因数和输入电流质量，用于表征UPS对电网的有效利用能力、对电网和周围空间的干扰能力以及对前面配置的发电机组的要求等。输入功率因数越高，输入电流谐波成分含量越小，表示该UPS对电网的污染越小。一般来说，采用晶闸管整流（12脉冲）的UPS的功率因数为0.9～0.95（滞后），输入电流谐波含量在25%左右。采用输入功率因数校正技术，输入功率因数可达0.96～0.99（滞后），输入电流谐波含量可达到5%以下。现在高频机型UPS的输入功率因数一般可做到0.99以上。

1.4.2　输出指标

1．容量

容量是UPS的首要指标，是UPS向负载提供的可以长期工作的额定功率，其数值等于输出电压的有效值与输出最大电流有效值的乘积，也称为视在功率，单位是kVA。作为电源，不仅要向负载提供有功功率，也要提供无功功率，因此UPS的容量用视在功率表示。

由于负载大部分是非线性的，因此在选择UPS确定其容量时，最好留有20%的余量。

2．负载功率因数

UPS的输出是容性的，UPS的负载功率因数表征UPS带线性负载和非线性负载的能力，这一指标不一定越大越好。当UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数匹配时，UPS的输出能力达到最佳。例如，一台UPS的负载功率因数为-0.9，表明UPS是专门为输入功率因数为-0.9的感性负载设计的。工频机型UPS的负载功率因数一般为0.8，由于现在服务器的输入功率因数都做到了0.95以上，所以目前主流的高频机型UPS的负载功率因数一般都在0.9以上，有的UPS厂商在产品介绍中将自己的UPS的负载功率因数标为1。

在实际工作中，有些用户和一些资料上常把UPS的负载功率因数称为“UPS的输出功率因数”，这是一种错误的称谓。对于UPS来讲，它只有一个功率因数，即输入功率因数。因为功率因数是表征负载性质的一个参数，一个电路或设备定型以后，其性质也就确定了，因此其功率因数（即输入功率因数）也就定了。这个功率因数决定了电路和设备的性质，任何电源和任何电路都是如此。电路有输入阻抗和输出阻抗，但没有输出功率因数。

认为UPS有“输出功率因数”并把负载功率因数称为“输出功率因数”的错误之处在于以下几点。

首先，这个所谓的“输出功率因数”不是唯一的，因为带什么负载就是什么功率因数。例如带电阻性负载，这个功率因数就是1；带老的IT设备，这个功率因数就是0.6～0.7；带新的IT设备，这个功率因数可能是0.95以上。这是因为这个功率因数是负载的输入功率因数，如图1-13所示。

其次，如果将其称为UPS的输出功率因数，则根据功率因数的定义，有，式中Fo表示输出功率因数，Po表示有功功率，So表示视在功率。由于这个所谓的“输出功率因数”是UPS的参数，是一个与负载无关的参数，因此需在不带负载（空载）时计算和测量。在空载时，Po和So均为零，因此，而这是一个没有意义的数。实际上，这个“输出功率因数”也是无法用功率因数表去测量的。

之所以把负载功率因数作为UPS的一个指标，是因为这个参数是制造UPS的依据，这和制造其他商品一样，制造商必须做出一些常用规格的商品让顾客挑选。比如制造衣服时，服装厂需事先做出一批针对不同性别和不同型号的衣服，比如男装、女装，这就相当于UPS的负载功率因数，衣服的型号（例如S、M、L、XL等）就相当于UPS的容量规格（例如10kVA、100kVA等）。UPS的制造与此类似，为了规模生产，UPS厂商也要根据当前用电设备（例如IT设备）的形式、规模和特点，预先制造出一批或几批不同功率因数和功率规格的UPS，以备市场现货销售。预选制造出一批或几批UPS的依据就是负载功率因数。当UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数相等时，称为完全匹配，此时UPS可输出全部功率。遇到不匹配负载时，就必须降额使用。

有人认为计算机是容性负载，因为计算机电源的输入整流器后面有大容量的电容器，如图1-14所示。

实际上，如果没有整流器，那么计算机就是名副其实的容性负载，因为整流器的存在而改变了电流波形，从而破坏了电压波形，所以计算机呈现出电感性负载的特征。所以以往凡是使用220V的电子设备都是典型的电感性负载。UPS的输出阻抗是容性的，其负载功率因数的符号应该是“+”。但早期进入我国的所有UPS的负载功率因数都是-0.8，其含义就是这台UPS是专为输入功率因数为-0.8的负载设计的。因为感性负载的功率因数是负值，所以UPS是按负载为感性而设计的，UPS容性输出的无功功率正好补偿负载的感性无功功率。

3．效率

效率是负载性质和负载量的函数，是满载（阻性）情况下UPS输出的有功功率与输入的有功功率之比。一般来说，UPS的标称输出功率越大，其系统效率也越高。小容量双变换在线式UPS（1～10kVA）的效率为85%～89%，中容量双变换在线式UPS（10～100kVA）的效率为89%～92%，大容量双变换在线式UPS（50～800kVA）的效率为91%～95%。目前高频机型UPS的效率可以达到95%以上，Delta变换式UPS的效率可达到96%左右。后备式UPS和在线互动式UPS在市电供电正常时，其效率可达95%～96%，但处于电池提供能量支持逆变器向负载供电时，其效率与小容量双变换在线式UPS处于同一水平。

UPS的效率高，意味着它的损耗小，机内温度低。带载率不同，UPS的效率也不一样。

4．电流峰值系数

电流峰值系数是非线性电流峰值与其均方根值（有效值）之比，常用来说明一个交流电源能够在不失真的情况下输出峰值负载电流的能力。比如正弦波形的峰值系数为1.414，线性负载一般为1.41：1，计算机负载一般为2.4：1～2.7：1。

对于UPS来讲，电流峰值系数主要用于表征UPS带脉冲负载的能力，这个系数主要反映该UPS在带脉冲负载时的反应速度和调整速度，是UPS选型时要考虑的一个指标。这个比值越大越好，一般要求大于3：1。一般传统双变换在线式大功率UPS的电流峰值系数为3：1，高频机型UPS可以做到5：1。目前市面上的UPS基本上都能满足这一指标要求。

带非线性负载能力强的UPS带脉冲负载的能力不一定强。

5．输出过载能力

UPS后端的负载设备启动时，一般都有瞬时过载现象发生。输出过载能力表示UPS在整流逆变工作模式下可承受瞬时过载的能力与时间。超过UPS允许的过载量或允许的过载时间，UPS一般会转到旁路工作模式，否则容易导致UPS损坏。UPS的过载能力因UPS生产厂家与容量的不同而不同：对于大、中容量UPS而言，典型值为125%负载时10min，150%负载时30～60s；对于小容量UPS而言，典型值为110%负载时10min，130%负载时10s。

6．切换时间

切换时间是指UPS从整流逆变模式切换到旁路工作模式或从旁路工作模式切换到整流逆变模式的时间。对于采用快速继电器或接触器作为切换装置的小容量UPS（额定容量小于10kVA）来说，切换时间的典型值为4ms，波动范围为2～6ms。对于采用静态开关的大、中容量UPS来说，由交流旁路供电切换到逆变器供电的时间几乎为零，由逆变器供电切换到交流旁路供电的时间一般小于2ms，这个时间是非常短的，不会对用电设备造成断电。

7．抗三相不平衡负载能力

带三相平衡非线性负载时，三相输出电压幅值差小于±1%，相位差小于±1°；带三相不平衡非线性负载时，三相输出电压幅值差小于±3%，相位差小于±2.5°。

8．并机负载电流不均衡度

并机负载电流不均衡度是当两台及两台以上具有并机功能的UPS输出端并联供电时，并联的各台UPS电流值中与平均电流偏差最大的偏差电流值与平均电流值之比，其典型值为2%～5%。此值越小，说明并机系统中每台UPS所输出的负载电流的均衡度越好。

9． 输出电压

与输出电压有关的指标包括以下几种：

■　标称输出值：单相输入单相输出（单进单出）或三相输入单相输出（三进单出）UPS为220V；三相输入三相输出（三进三出）UPS为380V，采用三相三线制或三相四线制输出方式。

■　输出电压可调范围：从额定值起最小可调范围。对大、中容量UPS而言，为±5%；对小容量单相UPS而言，为208/220/230/240V。

■　输出电压静态稳定度：UPS在稳态工作时受输入电压变压、负载改变及温度影响造成的输出电压大小的变化。对于中、大容量UPS而言，典型值为±1%；对于中、小容量UPS而言，典型值为±2%或±3%。

■　输出电压动态稳定度：UPS在100%突然加、减载或者执行市电旁路与逆变器供电的切换时输出电压的波动值。对于中、大容量UPS而言，瞬态电压波动值应小于±5%；对于小容量UPS而言，瞬态电压波动值应在±6%～±8%。

■　总谐波失真度（Total Harmonic Distortion，THD）：根据用途不同，输出电压不一定是正弦波，也可以是方波或梯形波。后备式UPS输出波形多为方波，在线式UPS的输出波形一般为正弦波。总谐波失真度一般是对正弦波输出UPS来说的，指输出电压谐波有效值的平方和的根与基波有效值的比值。带线性负载时，大、中容量UPS的电压总谐波失真度小于2%，小容量UPS的电压总谐波失真度小于3%。带峰值系数为3：1的非线性负载时，大、中容量UPS的电压总谐波失真度小于5%，小容量UPS的电压总谐波失真度小于7%。

■　输出电压动态响应恢复时间：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（或相反）时，UPS输出电压恢复到稳压精度范围内所需的时间。对于大多数UPS来说，此值应该在10～30ms。

■　输出电压频率：UPS所允许的市电同步跟踪范围。对于大、中容量UPS，通常为50Hz±（0.5～2）Hz；对于小容量UPS，通常为50Hz±（0.5～3）Hz。UPS所允许的市电同步跟踪速率，对于大容量UPS，通常为0.l～1Hz/s；对于中、小容量UPS，通常为0.1～3Hz/s。工作在逆变器输出状态时的频率稳定度，对于小容量UPS，通常为50Hz±0.1Hz；对于大、中容量UPS，通常为50Hz±（0.5～0.005）Hz。

1.4.3　其他指标

1．保护功能

与保护功能有关的指标包括以下几种：

■　输出短路保护：负载短路时，UPS应立即自动关闭输出，同时发出声光报警。

■　输出过载保护：当输出负载超过UPS的额定负载时，应发出声光报警；超过带载能力时，转为旁路供电。

■　过热保护：UPS机内运行温度过高时，应发出声光报警，并自动转为旁路供电。

■　电池电压低保护：当UPS工作在电池逆变模式时，电池电压降至保护点时，发出声光报警，如果市电旁路有电，则转为旁路供电，否则UPS停止供电。

■　输出过/欠电压保护：当UPS输出电压超过设定的过电压阀值或低于设定的欠电压阀值时，发出声光报警，并转为旁路供电。

■　抗雷击浪涌能力：UPS应具备一定的防雷击和电压浪涌的能力。

2．工作条件

与工作条件有关的指标包括以下几种：

■　工作温度：指UPS工作时应满足的环境温度条件，一般为0～40℃。工作温度过高，不但会使半导体器件、电解电容的漏电流增加，还会导致半导体器件的老化加速、电解电容及蓄电池寿命缩短；工作温度过低，则会导致半导体器件性能变差、蓄电池充放电困难且容量下降等一系列严重后果。

■　工作湿度：湿度是指空气内所含水分的多少，有绝对湿度（空气中所含水蒸气的压力强度）和相对湿度（空气中实际所含水蒸气与同温下饱和水蒸气压强的百分比）两种表示方法。UPS说明书给出的一般是相对湿度，通常为10%～95%，典型值为50%。

■　海拔高度：UPS说明书中所注明的海拔高度是保证UPS安全工作的重要条件，UPS满载运行时海拔高度的典型值为1000m，某些高档UPS可达1500m。

3．集中监控和网管功能

为满足对UPS运行情况的实时监测要求，当今的UPS一般都有如下控制功能。

1）配置通信接口

小容量的UPS应配置RS-232接口/SNMP适配器通信接口，中、大容量的UPS应配置RS-232、RS-485接口/SNMP适配器通信接口。利用RS-232、RS-485接口/SNMP适配器通信接口，可在UPS和监控平台之间实现数据通信。具体包括：

■　遥测信号：输入电压、电流、频率、有功功率、视在功率和功率因数；输出电压、电流、频率、有功功率、视在功率和功率因数；交流旁路电压、电流和频率；蓄电池的充放电电压和电流等。

■　遥信信号：输入电源故障、整流器故障、逆变器故障、交流旁路电源过/欠电压、直流总线电源过/欠电压、逆变器电源与市电电源同步/不同步、整流器/逆变器/变压器温升过高以及各种继电器开关的工作状态等信号。

■　遥控信号：可编程的定时“自检测”电池管理、紧急停机、定时开/关机、自动拨号/短信/微信等信号。

2）提供配套的电源管理软件

用户在相应的网络管理平台上、个人计算机或手机上安装相应的电源管理软件或App后，就可以组成功能强大的网管智能化UPS系统。在此条件下，用户就能在终端上执行下述操作：

■　调阅在UPS监控显示屏上观察到的所有信息；

■　如UPS本身发生故障，可自动执行网络广播报警、电话拨号、自动发短信或微信等操作，以便通知值班人员到现场维修；

■　当遇到市电长时间供电中断时，按照用户预定的时序，对位于同一网管系统下的计算机/服务器分批执行有序的数据自动存盘和安全关闭操作系统；

■　专业人员可重新调节、设置/校正UPS的运行参数和报警阀值；

■　将“用户自定义”报警信号经UPS的通信接口传送到用户的远程集中监控系统。