从世界上第一台UPS诞生开始，高效与可靠是UPS一直追求的目标。从80%的效率发展到现在95%以上的效率，本文将介绍常规提升效率的方法，并为各位说明未来UPS设备的改进空间。

    当选用优质器件、更优的拓扑是提升UPS效率的可靠途径,同时模块化UPS智能休眠等特性可以让UPS工作在最佳效率区间。UPS一直提升效率的目的是为什么呢?

1、可靠性的需求

　　在选用UPS产品之时的第一关注点必然是可靠性。对UPS来说,更高的效率意味着更低的发热量,阿列纽斯理论认为温度每上升10℃,电子产品寿命减半,发热量的降低将对器件内部温度的降低起到重要贡献,从而提高器件本身的寿命。

　　高效只是影响UPS内部温度的主要因素之一,还要综合考虑机器本身的散热设计。但是,效率越低往往意味着需要在成本(更好的散热器件或更大的散热空间)、可靠性(增加故障点)或工作温度(40℃时不能连续工作)等方面作牺牲,以保障内部温度在可接受的范围之内。

2、响应国家节能减排政策

　　2013年初,工信部联合五部委共同出台《关于数据中心建设布局的指导意见》[工信部联通(2013)13号],要求新建数据中心PUE值达到1.5以下,原有改造的数据中心PUE值下降到2以下;而UPS系统的损耗是数据中心能耗的主要组成部分,大约占到数据中心能耗的6%～10%,数据中心要做到较低PUE,必须选择运行效率更高的UPS。

3、客户节约电费的需求

　　以一个中型数据中心为例,假设IT负载为500kW,A系列UPS效率为93%,B系列UPS效率为96%,空调能效比(EER)为3:1。一般来说UPS效率每提高一个百分点可节约10%～20%的电能费用,可见高效UPS给企业带来的收益是很可观的。

4、认证门槛的要求

　　为应对全球气候的变化及提升技术门槛,全球各地出台了针对各类产品的节能认证标准,如中国的CQC“节能产品认证”、美国的“EnergyStar”,以上两者是当地政府部门强制性认证,没有通过相关认证的产品不能进入政府采购名单。如英国的ECA认证,要求200kVA以上UPS满载效率做到96%,针对具备ECA认证的产品,客户可以在购买产品的第一年申请100%的税收减免。此类节能认证极大的提升了高效产品的竞争力,也说明了各国对产品高效性能的重视。

5、负载率对效率的影响

　　负载率对UPS的效率影响很大。如图2所示,一般情况下,UPS的效率会随着负载率的提高而提高,并且会在负载率达到70%时达到效率最高点。结合图2的曲线,不难得出以下结论:让UPS始终工作在效率最高负载区间,是提升UPS效率的可行手段。然而实际场景中,存在以下因素,使得UPS负载率无法工作在最佳负载区间,甚至存在负载率极低,导致UPS效率极低的情况。

　　①超前规划

　　因为供配电系统不易改造,机房在规划时会考虑到未来3～5年的业务扩容,常常需要提前规划好扩容容量的供配电系统;图3给出了超前规划降低UPS负载率。

　　②冗余配置

　　为保障可靠性,供配电系统需要冗余配置,常采用N+1配置,部分核心负载甚至采用2N或2(N+1)配置,保证供配电系统任何一条线路出现问题时都不会导致负载掉电;采用图4给出了冗余配置降低系统负载率。

　　③机房设计时不可能按照100%负载率进行设计,一般情况下,负载率不会超过80%。

　　因为以上所讲的三个原因,一般情况下,UPS实际负载率低于40%,冗余越高的,负载率越低，一些机房UPS负载率会低到20%左右。

　　UPS的损耗由哪些部分组成?

1、空载损耗

　　UPS上电后,有一部分器件始终处于工作状态,其损耗即使在UPS空载时也是必不可少的。这部分器件中,损耗最大的是电感,占据了42%,其次是IGBT和SCR的驱动以及SCR本身的损耗,两者加起来大概占了26%左右,还有一些损耗比较小的,比如泄放电阻,电容内阻等。一般占UPS最大额定容量的0.5%～3%左右。

2、满载损耗

　　跟空载损耗相比IGBT与二极管损耗明显增大,从空载时的6.6%跃升至45.7%;电感损耗占比略有下降,但是仍然占据了32.6%;SCR的损耗略有上升,从12.4%上升到14.4%。其他诸如风扇,监控,控制板等占比均有下降。

　　因此我们可以得出结论：IGBT、二极管、电感等损耗是UPS损耗的主要方面,若要提升UPS的效率,需要从降低这些器件损耗入手以及使用更优的拓扑结构。