中信证券客户问题的答复1. 零地电压的问题如何解决(无隔离变压器）UPS电源系统的零地电压是由供电系统决定的，与UPS自身是否采用逆变变压器的结构形式无关下图为一个具有逆变变压器的UPS电源系统图：图1：TNS系统中 UPS的配电连接图由图中可见， UPS输出的中性线是直接连接到电源系统主电力变压器中性线上的，并且在输入配电柜和输出配电柜上是不允许进行零地短接的在数据中心机房内通常采用TNS的供电制式，按照国家标准：GB 50054 低压配电设计规范， TN-S系统的中性线 N与保护接地线 PE除在电力变压器中性点共同接地外，两线不再有任何电气连接当负载中含有大量的单相计算机、服务器等开关电源型负载时，负载电流通过逆变变压器返回，而不会流入到电源系统中，参见下图所示：H3去去电源系统去电源系统输31+H32+H3H31H32I33I1I2I3YNL1L2L3V1V2V3PE线路阻抗线路阻抗逆变器中性线 N接地线 PEN出图2：有变压器 UPS的逆变器输出对于没有逆变变压器结构的UPS，其逆变器输出电路如下图所示：去电源系统NC 4C 5C 6C2R2C1R1LS 1LS 2LS 3NL3L2L1中性线 N图3：无变压器 UPS的逆变器输出从图中可见，负载电流同样是返回到逆变器（电容器）而不是返回到电源系统中。
那么，造成 UPS输出端零地电压上升的原因是什么呢？在TNS三相五线供电系统中，零线中存在电流是不可避免的，而零地相对电位上升反映了配电系统中零线的阻抗较大，设想在图1的电力变压器出口处，中性线N连接大地处，零地电压肯定是等于0V的，随着配电线路的延长，阻抗逐渐增大，零地电压差也会逐渐增大另外，当不平衡负载电流较大时，或负载中H3次谐波电流较大时，也会造成零地电压增大的现象， 但归根结底仍然是中性线N的阻抗问题设想如果系统中零线导体的截面足够大，其传输阻抗接近零，那么，同样的零线电流在这样的接地系统中就不会形成零地电位差增大的现象了解决零地电压的最简单办法，就是在TNS系统中增加隔离变压器，在变压器的二次侧重做中性点接地，形成新的接地系统这就是为什么在数据中心机房中，广泛采用含有隔离变压器的配电列头柜（例如PMM、SPM、PPC等产品）注意，即使是含有逆变变压器的UPS，其中性线 N也是不隔离的（参见图 1），仍然是电源系统的中性线 N，而不是隔离的中性线 因此零地电压的高低与UPS是否含有逆变变压器无关2. 集中式旁路的可靠性问题集中式旁路 UPS又称公共静态旁路式并联 UPS，具有比多静态旁路的模块化直接并联的UPS具有更高的可靠性，其主要原因是：1) 公共静态旁路是大容量旁路，相当于几台并联的UPS单机容量的总和。
静态旁路的主要作用就是承受过载和短路当短路发生时，短路电流是按照额定电流的若干倍出现的因此一个大容量的静态开关有可能承受，而一个小容量的静态开关可能会被击穿损坏， 进而并联的小容量静态开关被各个击破，出现故障因此公共静态旁路具有更高的可靠性2) 对于单机 UPS而言，只要逆变器停止运行，负载即转旁路供电，这是UPS的设计原则对于多旁路直接并联的UPS，特别是（ N+x）冗余并联的系统，为了实现在一台 UPS故障时既可退出运行又不出现负载转旁路供电的情况，就必需在各台 UPS静态开关之间建立 相互关联 的控制联系，由此带来控制电路复杂、可靠性下降的问题3) 以可靠性拓扑结构图相比较，公共静态旁路由于结构简单，拓扑结构也简单，而多旁路并联的 UPS系统，拓扑结构相对较复杂，因此可靠性相对较低下表是两种并联系统的可靠性MTBF 指标的比较：公共旁路并联2 UPS 3 UPS 4 UPS 5 UPS 6 UPS 系统 MTBFS(h)3.11 x1062.42 x1061.97 x1061.67 x1061.44 x106系统可用性A 99.999678% 99.999586% 99.999493% 99.9994% 99.999305% 多旁路直接并联2 UPS 3 UPS 4 UPS 5 UPS 6 UPS 系统 MTBFS(h) 1.88 x1061.25 x1069.39 x1057.5 x1056.25 x105系统可用性A 99.999468% 99.999202% 99.99893% 99.99867% 99.9984% 3. 高/低负载率时 UPS 效率的技术说明UPS在不同负载率下的效率有所不同，主要的原因是，UPS的固有损耗与负载功率无关，而动态损耗与负载率有关，参见下图4。
空载损耗与空载损耗UPS负载百分率 %100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%负载使用的功率UPS自身的损耗损耗91%90%90%89%88%86%84%80%75%60%0%效率负载率无关是固有的图4：UPS不同负载率下的动态损耗与效率关系由图4可见，在低负载率下的动态损耗虽然较小，但动态损耗加上固有损耗的总和相对于负载率比重较大，是较明显的，因此低负载率时，表现为低效率；在负载率较高时，例如大于 50%以后，动态损耗加上固有损耗相对于负载率变得相对减小，因而UPS得整机效率明显增高对于没有变压器的 UPS来说，高负载率时的效率具有更明显的改善和提升，下图5为一无变压器 UPS的效率条图：9400 -效率(%)负载率25%50% 75% 100%293949592,2949493,7500 kVA UPS图5：某无变压器 UPS的效率指标由图中可见，该 UPS的效率最大值是在负载率为40%80% 的范围内，真正 100% 负载率时的效率并不是最高， 这主要原因是，一般实际情况下UPS都不会运行在满载， 在11冗余时，每台负载率为 40%左右； 21冗余时，负载率为 60%左右；而 31冗余时最高为 70%，因此这个范围正好是 UPS的最常用负载率。
4. 12 脉冲UPS 的缺点12脉冲整流器是在早期 70年代解决三相六脉冲可控硅整流时谐波注入电网的一个基本方法 1981年11月，由法国梅兰日兰公司的J.N.Fiorina 首先在法国欧洲申请了应用专利（专利号： FR2517489 ，EP0080925 ，US449812 ）并应用于梅兰日兰的早期产品：Alpase 4000 系列（ 1983年）；EPS5000 系列（ 1989年）；Galaxy 系列（ 1993年）等产品上从1997年以后梅兰日兰取消了 12脉冲整流器的配置， 这是因为在同一年， 梅兰日兰的有源滤波器 THM完全取代了无源 12脉冲整流器12脉冲整流器存在着如下的缺陷：谐波抑制效果较差：按照国际标准IEC 61000-3-4 的谐波标准（参见下页表）， 12脉冲整流器的总电流谐波失真度为10，满足该标准，但单次谐波H11、H13均超过标准数值的两倍以上（参见下表）；低负载率时谐波抑制效果较差：单机UPS大多数情况下运行在 6070的负载率，特别是当 UPS为11冗余并联时，每台UPS的负载率仅在 30左右时， 12脉冲整流器的 THDI约等于 20；系统效率降低较大：假如以6脉冲整流器的效率为单位 1，则12脉冲整流器的引用将降低系统效率的23；而普通 LC滤波器仅降低 1左右；价格较高：假如以 6脉冲整流器的 UPS标准价为单位 1，则12脉冲整流器需增加 20到30；而普通 LC滤波器仅需增加 10到15。
综上所述，在大功率可控硅整流的UPS中，采用无源滤波器是一个最经济的方案、采用有源滤波器是一个最佳效果的方案、采用12脉冲整流是一个低效率的过时方案，而采用IGBT整流方式才是一个既经济、谐波治理效果又最佳的方案，同时也是大功率UPS的发展趋势所在按照IEC61000-3-4 标准比较的各种谐波解决方案：Hk % H1 IEC 61000 -3-4 的限值没加滤波器加 LC 滤波器加 12 脉冲整流器加内置 PFC -IGBT 整流器H3 21.6 % - - - - H5 10.7 % 32 % 2.4 % 2.8 % 2.0 % H7 7.2 % 3.5 % 1.6 % 1.5 % 1.2 % H9 3.8 % - - - - H11 3.1 % 7 % 3.4 % (1) 9.1 % (1) 1.3 % H13 2.0 % 2.7 % 1.5 % 4.7 % (1) 0.5 % H17 1.2 % 2.5 % 1 % 1 % 1 % H19 1.1 % 2.1 % 0.9 % 0.7 % 0.9 % THDI 25% 35 % 5 % 10 % 4 % 其中(1)为超过 IEC标准的谐波分量。