華為：UPS智能在線技術白皮書2022（40頁）.pdf

1、可靠節能兼備的UPS創新技術UPS智能在線技術白 皮 書華為數字能源技術有限公司“智領 DC 計劃”第302號本報告感謝以下起草單位、人員聯合主編單位（按單位名稱拼音排序）華為數字能源技術有限公司、中國移動通信集團公司、中國信息通信研究院云計算與大數據研究所主編人員（按姓氏拼音排序）安真、曹國水、費珍福、郭亮、李寶宇、李會永、李俊林、梁海峰、梁賢光、萬欣、王建軍、王駿飛、陽必飛、張春濤、張帆、張廣河、張展凡參編單位（按單位名稱拼音排序）北京電信規劃設計院有限公司、北京中金云網科技有限公司、北京中科合盈數據科技有限公司、廣東省電信規劃設計院有限公司、恒華數字科技集團有限公司、華信咨詢設計研究院有

2、限公司、捷通智慧科技股份有限公司、鵬博士大數據有限公司、山東國為云計算有限責任公司、山東科普電源系統有限公司、上海建筑設計研究院有限公司、上海藍色帛締智能工程有限公司、上海郵電設計咨詢研究院有限公司、同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司、香江科技股份有限公司、信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司、中國電子系統工程第四建設有限公司、中國航空規劃設計研究總院有限公司、中國建筑標準設計研究院有限公司、中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司、中國移動通信集團設計院有限公司、中國中元國際工程有限公司、中聯云港數據科技股份有限公司、中通服咨詢設計研究院有限公司、中訊郵電咨詢設計院有限公

3、司參編人員（按姓氏拼音排序）包順強、陳興華、杜麗娜、高翔、高曉明、胡杰、李亞、李玉昇、連杰、劉波、劉健信、劉葉語、浦廷民、沈巍、王建新、吳勁松、劉敬偉、徐岢、滕達、楊威、葉向陽、張麗娟、張文利、張學德、鐘歆01UPS智能在線技術白皮書目錄1.前言2.術語和縮寫3.發展現狀3.1.雙碳背景下，低PUE是數據中心的政策導向和標準要求3.2.數據中心供電行業現狀3.3.UPS主流模式介紹和優劣勢對比3.3.1.在線雙變換模式3.3.2.ECO模式4.智能在線模式價值和技術原理4.1.智能在線模式價值4.1.1.運行條件：中國電網質量均滿足運行條件4.1.2.供電架構：數據中心主流架構均可使用智能在線

4、模式4.2.智能在線技術原理4.2.1.高低壓箝位技術確保全模式0ms切換和高壓浪涌抑制4.2.2.零電流熱備份技術實現全負載范圍高效率4.2.3.主動諧波補償技術，實現等同于雙變換模式的輸入功率因數04050606081010111212151516161719-02UPS智能在線技術白皮書035.華為積極實踐智能在線模式，全面驗證運行可靠性6.常見問題FAQ7.總結附錄11-1 設置和運行狀態驗證1-2 輸入適應性驗證1-3 輸出適應性驗證20262728283236-UPS智能在線技術白皮書隨著碳中和已成全球共識，各國均頒布節能政策，對產業發展提出新要求，中國對能源綠色轉型提出了“306

5、0”雙碳政策，力爭實現2030年碳達峰和2060年碳中和兩個目標，該政策現已在各行業落地。數據中心作為耗能大戶，其節能降耗迫在眉睫，數據中心內供電系統損耗占總體電費近10%，亟需加快向綠色節能方向邁進，UPS作為供電系統核心，是系統中損耗最大的設備。當前降低UPS損耗的方法一般為提升在線模式效率或使UPS運行在ECO節能模式下，當前業界最高在線模式效率97%左右，再向上提升會引起造價大幅提升，而ECO模式采用市電直供，效率可輕松達到99%以上，但當市電出現異常時，切換至電池有數毫秒中斷，供電可靠性受影響，用戶一般不使用。推出一種既能保障可靠供電又可實現超高效率的工作模式是UPS行業發展方向，本

6、白皮書旨在介紹UPS智能在線技術和華為UPS5000-H產品實踐，闡述其核心價值、技術原理、使用場景以及全方位驗證過程，目的是幫助讀者進一步深入了解智能在線模式，為設計高可靠性和高效率的數據中心或行業關鍵供電方案提供思路和方法。1.前言04圖片更新UPS智能在線技術白皮書2.術語和縮寫ECO：economic control operation 節能模式DC:data center 數據中心PUE：power usage effectiveness 能源利用效率S-ECO：super economic control operation 智能在線模式VFI：voltage frequency

7、independent UPS輸入輸出電壓頻率獨立VFD:voltage frequency dependent UPS輸入輸出電壓頻率一致VI:voltage independent UPS輸入輸出電壓獨立，頻率一致SiC:silicon carbide 碳化硅THDi：total harmonic distortion of current 總電流畸變率THDv：total harmonic distortion of voltage 總電壓畸變率APFC:active power factor Compensator 主動功率因數補償器SVG：static Var generator 無

8、功發生器MTBF：mean time between failures 平均故障間隔時間MTTR：mean time to repair 平均故障維修時間05UPS智能在線技術白皮書人類活動帶來的碳排放持續加速氣候變暖，成為全球的共同威脅，應對氣候變化是全球責任，2016生效的巴黎協定提出控制全球變暖與碳中和目標，1.5C成為全球升溫控制目標，2C是底線，針對該目標目前已經有137個國家進行了碳中和的政策宣示或承諾，多個主要經濟體發布綠色數據中心政策，構建綠色數據中心成為趨勢。中國低碳發展的基礎薄弱，任務最艱巨，但目標宏偉、決心堅定，在2020年第75屆聯合國大會一般性辯論中國提出2030年前

9、CO2排放量達峰，2060年爭取實現碳中和，提出新時代能源革命發展戰略，用電側實行消費總量和強度雙控制，法規標準和激勵政策雙管齊下。目前國家低碳政策已落地到各個行業，在數據中心領域頒布了多項政策，指導綠色數據中心發展并限定PUE到具體數值。2020年12月 關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見要求：東西部數據中心實現結構性平衡，大型、超大型數據中心運行電能利用效率降到1.3以下，八大節點對PUE要求是不同的，即使在同一個地點，又有區域內平均PUE，集群內平均PUE之分。3.發展現狀3.1.雙碳背景下，低PUE是數據中心的政策導向和標準要求京津冀長三角粵港澳成渝甘肅貴州寧夏內蒙

10、古區域內平均PUE1.31.31.31.31.21.31.21.3集群內平均PUE1.251.251.251.251.21.21.21.206表1 八大節點數據中心能效限定值及能效等級標準UPS智能在線技術白皮書數據中心行業標準對PUE提出了具體要求，例如GB40879-2021數據中心能效限定值及能效等級標準，規定了數據中心的能效等級與技術要求，統計范圍，測試與計算方法。該標準將數據中心能效等級分為3級，1級表示能效最高，其要求如下表。能效等級指 標1級2級3級數據中心電能比1.201.301.5007表2 GB40879-2021數據中心能效限定值及能效等級標準UPS智能在線技術白皮書數據

11、中心供電核心系統主要包含市電引入、高/中壓配電、低壓配電、不間斷電源、備電系統、機架配電、油機以及管理系統等。08本文聚焦在交流不間斷電源系統，提升供電系統的效率可以有效降低PUE，以10MVA的數據中心為例，UPS每提升1%效率，可降低PUE約0.01，下表顯示UPS產品主要國家/行業標準以及行業旗艦機型效率，一方面可以看出UPS的效率不是固定值，而是隨負載率變化而變化，UPS行業相關標準定義的效率值如下表。圖1 數據中心供電核心系統負載率系統效率當前行業旗艦機型效率YD/T 1095-2018 通信用交流不間斷電源行業標準100%阻性負載95%96%50%阻性負載93%97%30%阻性負載

12、91%97%YD/T 2165-2017 通信用模塊化交流不間斷電源行業標準100%阻性負載94%96%50%阻性負載94%97%30%阻性負載90%97%GB/T 14715-2017信息技術設備用不間斷電源通用規范100%阻性負載一級：93.7%二級：93%三級：91.3%96%75%阻性負載一級：93.7%二級：93%三級：91.3%96%25%阻性負載一級：92.8%二級：92%三級：90.1%96%15%阻性負載一級：90.1%二級：89%三級：86.4%95%3.2.數據中心供電行業現狀表3 UPS標準中的效率要求UPS智能在線技術白皮書圖2列出了近些年UPS效率發展歷程，可以看出

13、UPS近十多年效率突飛猛進，但受拓撲、器件和工藝限制，未來UPS的在線模式效率會在97%以上艱難前行，表現為：拓撲方面：三電平IGBT雙變換架構已應用多年，考慮產品可靠性和器件適配性，該拓撲短期內會繼續沿用。器件方面：目前業界旗艦產品已經批量使用了SiC（碳化硅）部件，器件損耗已降至最低，因此通過升級器件進一步提升在線模式效率難上加難。線路損耗：受歐姆定律限制，大功率UPS內部線路損耗難以降低。受以上影響，UPS需要探索新模式，突破效率瓶頸，達到更優節能收益。1980-2005：工頻UPS85%-90%2005-2010：高頻塔式UPS90%-94%2010-2015：高頻塔式/模塊化UPS9

14、4%-96%2015-2022：全模塊化UPS95%-97%09圖2 UPS效率發展歷程UPS智能在線技術白皮書數據中心使用的UPS產品均為在線雙變換式UPS，其核心單元包括整流器、逆變器、充放電器和靜態旁路，分為以下兩大類：在線雙變換模式和ECO模式。10在線雙變換模式主路供電交流電輸入經過整流器和逆變器的交流-直流-交流轉換，同時通過充電器為電池充電，經由兩級變換以后，能得到精度和質量都較好的輸出電壓，可以防止輸入諧波、毛刺、電壓瞬變等干擾影響負載。3.3.UPS主流工作模式和優劣勢對比3.3.1.在線雙變換模式在線雙變換模式旁路供電當UPS檢測到功率模塊過溫、過載或者其它會關閉逆變器的故

15、障，會自動轉到旁路，同時整流器處于開啟狀態并通過充電器為電池充電。旁路電源會直接給負載提供能量，旁路模式下負載供電質量不受UPS保護，容易受到停電、交流市電電壓或頻率異常等狀況的影響。在線雙變換模式電池供電當市電輸入異?；蛘哒髌靼l生異常時，UPS轉電池模式工作，此時功率模塊從電池獲取能量，經逆變器變換成交流電壓輸出。圖3 在線雙變換模式-主路供電示意圖圖4 在線雙變換模式-旁路供電示意圖在線雙變換模式是UPS最常用的模式，根據不同輸入源的狀態分為主路供電、旁路供電和電池供電。UPS智能在線技術白皮書當對UPS效率要求更高時，在線雙變換模塊無法滿足要求，此時ECO模式可以被采用，是UPS經濟運

16、行模式，當旁路輸入在ECO電壓和頻率范圍內，且滿足其他ECO供電條件時，UPS優先旁路輸出，逆變待機。當旁路源電壓不在ECO電壓范圍內時，負載將由旁路轉向逆變供電。無論是旁路還是逆變供電，整流器都將處于開啟狀態并通過充電器為電池充電。這種工作模式，可以獲得更高的效率。3.3.2.ECO模式ECO模式下負載從旁路切換回逆變時存在最大10ms的間斷，造成負載掉電，同時對負載諧波無補償能力，雖然有高達99%的效率，但在數據中心使用較少。綜上所述，UPS主流工作模式間的對應關系如下：IEC62040標準定義UPS模式效率特點IEC62040切換動態響應電網要求應用場景VFI在線模式高達97%可靠供電，

17、模式間0ms切換Class1電網質量中等或較差超過95%的場景和幾乎全部的數據中心場景VFDECO模式（類阻性負載）高達99%切換至電池有最大10ms的間斷，負載諧波會反饋至電網Class3電網質量優，負載諧波含量低負載接受間斷時間10ms的場景VIECO模式（非阻性負載）高達98.5%切換至電池有最大10ms的間斷，負載諧波會經過逆變器濾波Class3電網質量優，負載諧波含量高負載接受間斷時間10ms的場景綜上所述，我們發現每個模式都有缺點，比如在線模式效率偏低，ECO模式效率高但切換有間斷，如果融合兩者的優勢，使UPS默認工作在ECO模式，解決其切換間斷和諧波補償問題，這種創新模式就是智能

18、在線模式（英文：S-ECO），接下來本文將會對該模式的價值和原理進行詳細介紹。11圖5 在線雙變換模式-電池供電示意圖圖6 ECO模式示意圖表4 UPS各工作模式主要特性UPS智能在線技術白皮書124.智能在線模式價值和技術原理4.1.智能在線模式價值和推薦架構智能在線模式是基于智能在線技術的UPS新型工作模式，通過硬件架構和控制邏輯的優化，解決在線雙變換模式的系統效率低，ECO模式輸出有間斷、諧波大、輸入浪涌電壓干擾的問題，具備四大核心價值：全模式0ms切換+全負載范圍高效+高壓浪涌抑制+主動諧波補償。4.1.1 全模式0ms切換當系統工作在智能在線模式時，UPS自動檢測旁路輸入電網質量，當

19、旁路輸入正常時，優先由旁路直供，當旁路電網異常時，0ms切換至逆變器供電（若此時主路正常，則為主路逆變供電，若此時主路旁路都異常，則為電池逆變供電），滿足IEC62040-3定義的CLASS1動態響應等級，當旁路恢復后可自動返回旁路供電。4.1.2 全負載范圍高效旁路直接供電時，UPS損耗極低，系統最高效率99.1%，20%以上負載率效率98.5%。圖7 智能在線模式示意圖圖8 智能在線模式效率曲線UPS智能在線技術白皮書由于數據中心負載變化率較小，如下為某數據中心一天內不同時段負載率，峰值和谷值的變化率只有9.9%，這種情況下智能在線模式還支持功率模塊休眠功能。該功能可自動檢測負載率并休眠一

20、定數量的功率模塊，降低這部分模塊損耗，同時模塊僅休眠逆變器，而整流器和充電器均在運行，保障負載突變、模式變化或其他異常時從休眠狀態快速喚醒，最快喚醒時間5ms，保障供電可靠性。以上圖為例，若配置1200kVA UPS，在6:44:08時刻，負載791kW，負載率66%，休眠4個模塊，在14:04:09時刻，負載率為869kW，負載率72%，休眠3個模塊，表明休眠模塊數量可根據負載率自動調節。圖9 某數據中心一天的負載率變化曲線4.1.3 高壓浪涌抑制旁路直接供電時，旁路輸入的浪涌電壓很容易傳到負載端口，針對浪涌高壓，智能在線模式通過高低壓箝位技術，電壓降低時補償，電壓升高時吸收，經過驗證輸出電

21、壓可滿足IEC61000-4-5對浪涌電壓的要求。13圖10 IEC61000-4-5標準中浪涌電壓測試要求UPS智能在線技術白皮書4.1.4 主動諧波補償IT設備內部電源帶有功率因數矯正（PFC），對外呈現的功率因數較好（0.9），可直接由旁路供電，但部分動力和工藝設備并沒有功率因數矯正功能，如空調、風機、水泵等設備，傳統ECO的旁路直供工作時會產生無功能量和高次諧波流入電網中，引起線路損耗增大、絕緣老化加速、設備壽命減少等問題。當運行在智能在線模式時，系統可自動檢測實際諧波，超過設定值可自動開啟逆變器補償負載中的諧波分量，保障系統輸入諧波含量少，功率因數高，以100%非阻性負載為例，傳統E

22、CO模式的輸入功率因數只能達到0.7-0.8，而補償后可到輸入PF0.99，傳統ECO下需要額外增加APF或者SVG補償裝置，智能在線模式可節省這部分支出。14圖11 主動諧波補償示意圖旁路模塊逆變器主動補償高功率因數低諧波分量低功率因數高諧波分量輸入側負載側UPS智能在線技術白皮書UPS可按電網質量選擇工作在在線模式或智能在線模式，這一過程在設計階段和初次上電時設置，調試運行后無需再進行設置。4.1.5.運行條件：中國電網質量均滿足運行條件智能在線模式對電網掉電頻率無要求，但推薦在電網較穩定的環境下運行，其電壓、頻率和諧波的參考值如下：電壓范圍380V10%以內；頻率范圍50Hz2%以內；電

23、網電壓總諧波畸變率THDv 8%以內。智能在線模式同在線模式相同，可適合于多種供電架構，當供電架構為2N時，雙路智能在線模式、一路智能在線模式/一路在線雙變換模式都適用。4.1.6.供電架構：數據中心主流架構均可使用智能在線模式雙路智能在線模式一路智能在線模式，一路在線雙變換模式供電鏈路效率高達98%供電鏈路效率高達97%15圖12 不同電網質量推薦的運行模式表5 推薦的供電架構UPS智能在線技術白皮書164.2.智能在線技術原理智能在線模式的核心價值是基于內部的專利技術實現的，本節圍繞智能在線技術原理展開描述。4.2.1.高低壓箝位技術確保全模式0ms切換和高壓浪涌抑制傳統ECO下由于以下四

24、方面的原因，導致旁路異常切換到逆變供電的過程中，存在最大10ms間斷時間，IT負載和動力負載有掉電風險。旁路輸入檢測延時（主要因素）控制信號傳輸延時旁路內部晶閘管過零關斷（半控型器件）逆變開啟延時圖13 傳統ECO模式間斷產生的原因華為智能在線模式采用硬件高低壓箝位技術，UPS功率模塊輸出，當旁路輸入發生短暫的電壓跌落或者浪涌高壓，UPS可以充分利用模塊化架構的優勢，部分功率模塊逆變電壓210V，實現低壓箝位，部分功率模塊逆變電壓230V，實現高壓箝位，箝位幅值10V，該技術無需等待軟件偵測和信號傳遞延時，直接通過硬件箝位的方式實現0ms切換，可靠性更高。U旁路：220VU模塊A：210VU模

25、塊B：230V低壓箝位效果圖高壓箝位效果圖U旁路：220VU模塊A：210VU模塊B：230V圖14 智能在線技術高低壓箝位工作示意圖UPS智能在線技術白皮書174.2.2.零電流熱備份技術實現全負載范圍高效率上一節所述的高低壓箝位技術并非將功率模塊的逆變器之間直接并聯，而是通過熱備份單元后再并聯，每個功率模塊的逆變器輸出都串聯了該熱備份電路，如下圖所示，相比于業界常用的小電流備份技術（軟件控制切換，旁路輸入正常時為電流源模式，旁路輸入異常時切換成電壓源模式）增加了硬件電路，該電路最顯著特點是零電流，因此可以實現零損耗熱備份，效率高達99.1%。零電流熱備份技術是華為專利技術，其專利截圖如下，

26、核心原理是功率模塊的逆變器串聯晶閘管，利用晶閘管的正向電壓導通，反向電壓截止的特性，當旁路電壓正常時，所有功率模塊的晶閘管都處于截止狀態，實現零電流和零損耗，當旁路電壓異常，晶閘管實現上一節所描述的高低壓箝位功能。圖16 智能在線技術專利圖圖15 零電流熱備份（左）VS 小電流熱備份（右）UPS智能在線技術白皮書18下表是小電流備份和零電流熱備份技術的對比，后者具備更優的效率。除了零電流熱備份技術外，智能休眠技術通過休眠部分功率模塊，提升全負載范圍高效率，UPS系統會自動依據當前的負載率，預判剩余工作模塊的負載率98.5%。若UPS系統預判剩余工作模塊的負載率100%時，會在5ms以內快速喚醒

27、休眠模塊，保證供電可靠性。休眠模式還支持輪休機制，休眠間隔以天為單位，定時帶載和休眠，保證模塊的運行時間一致。圖17 智能在線技術休眠示意圖動態響應備份電流效 率主路旁路關系造 價小電流備份CLASS1/CLASS3小高達98.5%直接并聯低零電流熱備份CLASS1無高達99.1%硬件隔離中表6 零電流和小電流熱備份技術特性對比UPS智能在線技術白皮書4.2.3.主動諧波補償技術，實現等同于雙變換模式的輸入功率因數針對非阻性負載，智能在線模式具備主動諧波補償能力，其核心工作原理如下：圖18 智能在線技術主動諧波補償原理圖系統通過分析UPS的輸出負載電流Iload，分解其中的諧波分量，傳輸給逆變

28、器進行運算，逆變器則工作在電流源模式，按負載諧波電流輸出補償諧波電流Iinv，負載上的諧波電流全部由逆變提供，旁路輸入電流Ibps只是基波成分，從而保證電網輸入電流THDi非常小。智能在線模式可以適配各種負載組合，包括阻性、阻容性、阻感性、非線性負載，逆變均可以補償負載的無功成分，補償效果與在線模式相當，保證輸出滿載時系統輸入PF0.99，輸入THDI5%、10%、20%、30%可選。奇次諧波補償配置：默認115奇次諧波都補償，可自定義只針對某次諧波進行補償。ECO電壓范圍：默認5%，可選擇6%、7%、8%、9%、10%。旁路頻率范圍：默認2.0，可選擇0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、

29、5.0、6.0。在LCD界面“系統信息 設置 系統設置”中可設置工作模式為智能在線模式，同時自定義智能在線的工作電壓范圍和諧波補償能力，設置完成后此時LCD界面顯示智能在線模式。1-1-1 設置參數和路徑圖20 智能在線模式設置界面1圖21 智能在線模式設置界面228UPS智能在線技術白皮書智能在線模式下旁路頻率范圍設置，在LCD界面“系統信息 設置 旁路設置”圖22 智能在線模式設置界面329UPS智能在線技術白皮書當智能在線模式的參數設置完成后，系統會優先旁路供電，并依據負載率、負載電流THDi、負載PF、輸入電壓、頻率等參數，實時計算并自動調整VFD、VI、VFI三種供電狀態，其中輸入電

30、壓、頻率和THDi參數在初次啟動時手動在監控屏設置。1-1-2 模式切換邏輯和運行狀態驗證圖23 智能在線模式狀態切換原理圖輸入電壓質量較好，波動較小，負載為阻性或類阻性負載時，系統運行在VFD狀態。旁路輸入電壓頻率在設定范圍內，負載電流THDi小于設定值（默認5%），且功率因數0.95，此時UPS運行在VFD狀態，供電效率99.1%，逆變器不開啟補償。輸入電壓質量較好，波動較小，負載為非阻性負載時，系統運行在VI狀態。旁路輸入電壓頻率在設定范圍內，負載電流THDi大于設定值（默認5%），且負載功率因數0.50.95。此時UPS自動進入VI狀態，逆變器對負載電流的諧波和無功成分進行補償，此時供

31、電效率為98.5%，輸入PF0.99，輸入電流THDi5%。圖24 智能在線模式功率流向（無諧波補償）圖25 智能在線模式功率流向（有諧波補償）30UPS智能在線技術白皮書當輸入電壓質量較差，波動較大時，系統運行在VFI狀態。電網電壓和頻率超出規格限制，或者負載PF0.5，或者負載率10%，任意一點達到時，UPS將自動切換至主路逆變供電（VFI狀態），避免較差波形直接給負載供電。UPS會實時監測輸入電壓波形質量，直至輸入電壓質量變好，UPS恢復至智能在線模式VFD或VI供電狀態。圖26 智能在線模式功率流向（轉在線模式）31UPS智能在線技術白皮書321-2 輸入適應性驗證系統旁路電壓設置上限

32、為10%，當旁路電壓超10%以后，系統旁路供電下0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。當旁路電壓低于上限后，告警自動消失，經過5min后0ms由主路供電回切旁路供電。1-2-1 輸入高低壓驗證系統旁路電壓設置下限為-10%，當旁路電壓超-10%以后，系統旁路供電下0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。當旁路電壓高于下限后，告警自動消失，經過5min后0ms由主路供電回切旁路供電。圖27 高壓切換(242V)圖28 常壓恢復(220V)黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流圖29 低壓切換（198V）圖30 常壓恢復（220V）黃色:旁路輸

33、入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流UPS智能在線技術白皮書旁路電壓頻率設置范圍為6Hz，旁路電壓頻率向上偏移超過6Hz以后，系統旁路供電下0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。當旁路電壓頻率低于上限值后，告警自動消失，經過5min后0ms回切旁路供電。旁路電壓頻率向下偏移超過6Hz以后，系統旁路供電下0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。當旁路電壓頻率高于下限后，告警自動消失，經過5min后0ms回切旁路供電。圖31 高頻切換（56Hz）圖32 正?；謴停?0Hz）黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流圖3

34、3 低頻切換（44Hz）圖34 正?；謴停?0Hz）黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流1-2-2 輸入高低頻率驗證33UPS智能在線技術白皮書34智能在線模式下，輸出負載帶阻性負載，系統工作在VFD狀態下，此時旁路輸入電壓掉電，系統0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。旁路電壓恢復后，告警自動消失，經過5min后0ms回切旁路供電。1-2-3 輸入掉電驗證智能在線模式下，輸出負載帶非阻性負載，系統工作在VI狀態下，此時旁路輸入電壓掉電，系統0ms切換至主路供電，并觸發旁路電壓異常告警。旁路電壓恢復后，告警自動消失，經過5min后0ms回切旁路

35、供電。圖35 黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流圖36 黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流UPS智能在線模式下，遇到輸入高壓浪涌時，系統可抑制浪涌，當UPS輸入側存在共模6kV和差模6kV的浪涌電壓時，可實現輸出端的殘壓差模峰值0.65kV，共模峰值1.93kV，滿足IT設備差模1kV，共模2kV的使用要求。1-2-4 輸入高壓浪涌驗證圖37 共模6kV浪涌測試波形UPS智能在線技術白皮書智能在線模式下，系統實時監測旁路輸入電壓質量，當諧波變大時，系統自動判斷旁路輸入異常，切換至逆變供電，保證負載的供電質量

36、。驗證過程中，在旁路輸入分別注入各類諧波（三次諧波、梯形波、階梯波、方波、尖頂波、三角波、礦廠波形、鋼廠波形、承德波形、鞍山波形），UPS告警旁路電壓異常并轉逆變供電，切換過程輸出電壓無間斷。1-2-5 輸入電壓畸變驗證圖38 三次諧波圖39 梯形波圖40 階梯波圖41 方 波圖42 尖頂波圖43 三角波圖44 礦廠波形3(1KHz 50V方波疊加2、20、40次諧波為主)圖45 鋼廠波形2(5、7、11次諧波為主)圖46 承德波形（37,39次）圖47 承德波形（36,38次）圖48 鞍山波形（29,31次）圖49 鋼廠波形3(1.5K方波疊加)35藍色：輸入電壓，黃色：輸出電壓UPS智能在

37、線技術白皮書361-3 輸出適應性驗證智能在線模式下，系統可以根據負載的諧波大小進行諧波補償，從而降低旁路輸入側的諧波電流，保證電網的友好性。以下是智能在線模式下，補償前后的波形圖。1-3-1 主動諧波補償驗證實際測試，當系統工作在智能在線模式下，輸出端給PF=0.7的負載供電，通過諧波補償功能，可以觀測到智能在線模式下通過諧波補償的旁路輸入PF和THDI的效果，與雙變換模式相當。圖50 補償前圖51 補償后黃色:旁路輸入電壓，藍色:旁路輸入電流，紫色:系統輸出電壓，綠色:系統輸出電流0.70.80.911.110%20%30%40%50%60%70%80%90%100%PF值負載率智能在線模

38、式諧波補償PF值對比諧波補償前諧波補償后雙變換模式0.00%50.00%100.00%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%THDI負載率智能在線模式諧波補償THDI值對比諧波補償前諧波補償后雙變換模式圖52 智能在線模式諧波補償PF值對比圖53 智能在線模式諧波補償THDI值對比UPS智能在線技術白皮書智能在線模式下，逆變器是時時輸出熱備份電壓，保證切換的動態響滿足IEC62040-3的最高標準class1。并且可以滿足0.1ms后15%以內的動態變化。實際測試，智能在線模式下，輸出負載帶R負載，系統工作在VFD狀態下，此時旁路輸入電壓掉電，系統旁路供電下0ms切換至

39、主路供電，輸出切換波形如下：依據IEC62040-3，輸出電壓動態特性的變化可以采用瞬時值圖形驗證法來確認，根據標準，把發生動態變化后的0.1ms20ms的波形實時記錄下來，與標準波形進行對比（標準波形可以采用動態發生前一個周期的波形），對比的差值比例繪制在標準的范圍曲線中，從而確認動態的變化是否滿足要求。圖54 輸出動態響應驗證黃色：旁路輸入電壓，藍色：旁路輸入電流，紫色：系統輸出電壓，綠色：系統輸出電流1-3-2 輸出動態響應驗證按照以上的對比方法，把測試的波形進行轉換分析，分析結果顯示0.1ms后滿足15%的動態變化。37圖55 UPS輸出動態響應標準判據圖56 UPS5000-H智能在線模式輸出動態響應測試結果UPS智能在線技術白皮書1-3-3 輸出短路驗證38系統運行在智能在線模式時，輸出短路瞬間系統檢測到旁路電壓異常，此時系統切換至逆變輸出，逆變輸出短路持續時間300ms以上，若在逆變輸出時間內短路點被清障，則逆變輸出恢復正常，然后再回切旁路供電，若在逆變輸出時間內短路點沒有被清障，則逆變回切旁路，由旁路供電，脫扣保護斷路器。（備注：波形中旁路最后電源關機是使用了AC source，具有限流關機功能）圖57 輸出短路黃色：旁路輸入電壓，藍色：旁路輸入電流，紫色：系統輸出電壓，綠色：系統輸出電流