무정전 전원 장치

Uninterruptible power supply
타워형 UPS(IEC 60320 C14 입력x 1 및 C13 콘센트x 3 포함)
대규모 데이터 센터 규모의 UPS를 전기 기술자가 설치하다

무정전 전원 공급 장치 또는 무정전 전원(UPS)은 입력 전원 또는 주전원에 장애가 발생했을 때 부하에 비상 전력을 공급하는 전기 기기입니다.UPS는 배터리, 슈퍼 캐패시터 또는 플라이휠에 저장된 에너지를 공급하여 입력 전력 중단으로부터 거의 즉각적인 보호를 제공한다는 점에서 보조 또는 비상 전원 시스템 또는 대기 발전기와 다릅니다.대부분의 무정전 전원의 배터리 가동 시간은 비교적 짧지만(몇 분밖에 안 되지만), 스탠바이 전원을 시작하거나 보호 대상 기기를 적절히 셧다운하기에 충분합니다.이것은 일종의 연속 전력 시스템입니다.

UPS는 일반적으로 컴퓨터, 데이터센터, 통신기기, 기타 전기기기 등의 하드웨어 보호에 사용됩니다.이러한 하드웨어는 예기치 않은 정전사태로 인해 부상, 사망, 심각한 비즈니스 중단 또는 데이터 손실을 일으킬 수 있습니다.UPS 유닛은 비디오 모니터가 없는 단일 컴퓨터를 보호하기 위해 설계된 유닛(약 200볼트 암페어 정격)부터 데이터센터 또는 건물 전체에 전력을 공급하는 대형 유닛까지 다양합니다.알래스카 페어뱅크스에 있는 세계 최대 UPS인 46메가와트 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 정전 [1]시 도시 전체와 인근 농촌 지역에 전력을 공급합니다.

일반적인 전원 문제

UPS의 주요 역할은 입력 전원에 장애가 발생했을 때 단기 전력을 공급하는 것입니다.그러나 대부분의 UPS 장치는 일반적인 유틸리티 전원 문제를 다양한 수준으로 해결할 수도 있습니다.

  1. 전압 스파이크 또는 지속적인 과전압
  2. 순간적 또는 지속적인 입력 전압 감소
  3. 전압의 저하
  4. 노이즈는 고주파 과도 또는 진동으로 정의되며, 일반적으로 인근 기기에 의해 라인에 주입됩니다.
  5. 주 주파수의 불안정성
  6. 고조파 왜곡, 라인에서 예상되는 이상적인 사인파 파형으로부터의 이탈로 정의됩니다.

UPS 유닛의 제조원에 따라서는,[2] 전원 관련의 문제의 수에 따라서 제품을 분류하는 경우도 있습니다.

UPS 유닛에서도 전력 품질에 문제가 발생할 수 있습니다.이를 방지하기 위해 UPS는 용량뿐만 아니라 공급되는 기기에 필요한 전력 품질로도 선택해야 합니다.

테크놀로지

현대 UPS 시스템의 일반적인 세 가지 범주는 온라인, 라인 인터랙티브 및 [3][4]스탠바이입니다.

  • 온라인 UPS는 AC 입력을 받아들여 충전지(또는 배터리 스트링)를 통과하기 위해 DC로 정류한 다음 보호 기기에 전원을 공급하기 위해 120V/230V AC로 되돌리는 "이중 변환" 방법을 사용합니다.
  • 라인 인터랙티브 UPS는 인버터를 라인 상태로 유지하고 전원이 끊겼을 때 배터리의 DC 전류 경로를 일반 충전 모드에서 공급 전류로 수정합니다.
  • 스탠바이("오프라인") 시스템에서는 입력 전원에 의해 부하가 직접 공급되며, 백업 전원 회로는 유틸리티 전원에 장애가 발생했을 때만 호출됩니다.

1킬로볼트암페어(1kVA) 미만의 UPS는 대부분 라인 인터랙티브 또는 스탠바이 종류로 일반적으로 비용이 저렴합니다.

대규모 전원 장치의 경우 동적 무정전 전원 장치(DUPS)가 사용되는 경우가 있습니다.동기 모터/교류 발전기는 초크를 통해 주전원에 연결됩니다.에너지는 플라이휠에 저장됩니다.주 전원에 장애가 발생하면 플라이휠의 에너지가 소진되지 않는 한 와전류 조절이 로드의 전원을 유지합니다.DUPS는 디젤 발전기와 결합되거나 통합되어 디젤 회전식 무정전 전원 공급 장치(DRUPS)를 형성하기도 합니다.

연료전지 UPS는 수소와 연료전지를 동력원으로 하여 Hydrogenics사가 개발한 것으로, [5]좁은 공간에서 장시간 가동할 수 있습니다.

오프라인/스탠바이

오프라인/스탠바이 UPS: 녹색 선은 전력 흐름을 나타냅니다.표준 보호 시간: 5 ~20분용량 확장:보통 사용할 수 없습니다.

오프라인/스탠바이 UPS는 서지 보호와 배터리 백업을 제공하는 가장 기본적인 기능만을 제공합니다.보호 대상 기기는 일반적으로 들어오는 유틸리티 전원에 직접 연결됩니다.착신 전압이 소정의 레벨 이하로 떨어지거나 상승하면 UPS는 내장 스토리지 배터리에서 전원을 공급받는 내부 DC-AC 인버터 회로를 켭니다.그런 다음 UPS는 연결된 기기를 DC-AC 인버터 출력으로 기계적으로 켭니다.스위치 오버 시간은 스탠바이 UPS가 손실된 유틸리티 전압을 검출하는 데 걸리는 시간에 따라 최대 25밀리초까지 길어질 수 있습니다.UPS는 PC등의 특정의 기기에 전력을 공급하도록 설계되어 있습니다.단, 그 기기에 부적절한 침하나 정전이 발생하지 않습니다.

회선 인터랙티브

라인 인터랙티브 UPS: 녹색 선은 전력 흐름을 나타냅니다.표준 보호 시간: 5~30분용량 확장: 몇 시간

라인 인터랙티브 UPS는 스탠바이 UPS와 동작이 비슷하지만 멀티탭 가변전압 자동변환기가 추가되었습니다.이것은 와이어의 전력 코일을 추가하거나 감산하여 변압기의 자기장과 출력 전압을 증가 또는 감소시킬 수 있는 특수한 유형의 변압기입니다.이것은 또한 자동 트랜스와는 다른 벅 부스트 변압기에 의해 수행될 수도 있습니다.이는 자동 트랜스기는 전기 절연 기능을 제공하기 위해 배선될 수 있기 때문입니다.

이 유형의 UPS는 제한된 예비 배터리 전력을 소비하지 않고도 지속적인 저전압 차단 및 과전압 서지를 견딜 수 있습니다.대신 자동 트랜스폼에서 다른 전원 탭을 자동으로 선택하여 보정합니다.설계에 따라서는 자동 트랜스폼탭을 변경하면 출력 전력이 매우 짧은 시간 동안 [6]중단될 수 있으며, 이로 인해 정전 알람이 장착된 UPS가 잠시 동안 "끼익"하는 현상이 발생할 수 있습니다.

이는 이미 포함된 부품을 활용하기 때문에 가장 저렴한 UPS에서도 인기를 끌고 있다.라인 전압과 배터리 전압 사이에서 변환하는 데 사용되는 주 50/60Hz 변압기는 두 개의 약간 다른 회전비를 제공해야 합니다.하나는 배터리 출력 전압(일반적으로 12V의 배수)을 라인 전압으로 변환하는 것이고, 다른 하나는 라인 전압을 약간 높은 배터리 충전 전압(예: 14V의 배수)으로 변환하는 것입니다.두 전압의 차이는 배터리 충전에 델타 전압이 필요하기 때문입니다(12V 배터리 충전의 경우 최대 13~14V).또한 변압기의 선전압측에서는 전류가 낮아 전환이 용이하다.

Buck/Boost 기능을 얻으려면 2개의 개별 스위치만 있으면 됩니다.그러면 부하가 다른 쪽 탭으로 연결되어 메인 변압기의 프라이머리 권선을 자동 트랜스로서 사용할 수 있습니다.과전압을 "버킹"하는 동안에도 배터리를 충전할 수 있지만, 저전압을 "상승"하는 동안 변압기 출력이 너무 낮아 배터리를 충전할 수 없습니다.

자동변압기는 다양한 입력전압에 대응하도록 설계할 수 있지만, 이를 위해서는 더 많은 탭이 필요하며 UPS 비용도 증가합니다.일반적으로 자동 트랜스프레서는 120V 전원에서 약 90V~140V 범위만 커버한 후 전압이 이보다 훨씬 높거나 낮으면 배터리로 전환합니다.

저전압 상태에서는 UPS가 일반 장치보다 더 많은 전류를 사용하기 때문에 일반 장치보다 높은 전류 회로가 필요할 수 있습니다.예를 들어, 1000W 장치에 120V로 전원을 공급하려면 UPS는 8.33A를 소비합니다.정지가 발생하고 전압이 100V로 떨어지면 UPS는 10A를 소비하여 보상합니다.이 방법은 반대로도 작동하므로 과전압 상태에서는 UPS에 필요한 전류가 줄어듭니다.

온라인/이중 변환

온라인 UPS에서는 배터리가 항상 인버터에 연결되어 있기 때문에 동력 전달 스위치가 필요하지 않습니다.전원 공급이 중단되면 정류기는 회로 밖으로 나가기만 하면 되고 배터리는 전력을 안정적이고 변화 없이 유지합니다.고전력 정류기가 배터리를 손상시키지 않도록 충전 전류가 제한될 수 있지만, 전원이 복구되면 정류기가 대부분의 부하를 다시 전달하고 배터리 충전을 시작합니다.온라인 UPS의 주요 장점은 들어오는 전력과 민감한 전자 기기 간에 "전기 방화벽"을 제공할 수 있다는 것입니다.

온라인 UPS는 전기 절연이 필요한 환경 또는 전력 [7]변동에 매우 민감한 기기에 적합합니다.한때는 10kW 이상의 매우 큰 설치용으로 예약되어 있었지만, 기술의 발달로 이제는 500W 이하의 전력을 공급하는 일반 소비자 장치로 사용할 수 있게 되었습니다.전원 환경이 「소음」인 경우, 전력의 저하, 정전, 그 외의 이상 현상이 빈번한 경우, 기밀 IT기기의 부하 보호가 필요한 경우, 또는 장시간 가동되고 있는 백업 제너레이터로부터의 조작이 필요한 경우, 온라인 UPS가 필요할 수 있습니다.

온라인 UPS의 기본 기술은 스탠바이 또는 회선 인터랙티브 UPS와 동일합니다.그러나 AC-DC 배터리 충전기/정류기가 훨씬 더 크고 개선된 냉각 시스템에서 지속적으로 작동하도록 설계된 정류기와 인버터가 있기 때문에 일반적으로 비용이 훨씬 더 많이 듭니다.정류기가 인버터를 직접 구동하기 때문에 이중 변환 UPS라고 합니다. 이는 정상적인 AC 전류에서 전원을 공급받더라도 마찬가지입니다.

일반적으로 온라인 UPS에는 신뢰성을 높이기 위한 정적 전송 스위치(STS)가 있습니다.

기타 설계

하이브리드 토폴로지/온디맨드 이중 변환

이러한 하이브리드 로터리[8] UPS 설계에는 공식 명칭이 없지만 UTL에서 사용되는 이름 중 하나는 "주문 [9]시 이중 변환"입니다.이 스타일의 UPS는 이중 변환으로 제공되는 기능과 보호 수준을 유지하면서 고효율 애플리케이션을 대상으로 합니다.

하이브리드(주문형 이중 변환) UPS는 전원 상태가 특정 사전 설정 창 내에 있을 때 오프라인/스탠바이 UPS로 작동합니다.이를 통해 UPS는 매우 높은 효율 등급을 달성할 수 있습니다.전원 상태가 사전 정의된 창을 벗어나 변동하면 UPS는 온라인/[9]이중 변환 작동으로 전환됩니다.이중 변환 모드에서는 UPS가 배터리 전원을 사용하지 않고 전압 변화에 따라 조정하여 라인 노이즈와 주파수를 필터링할 수 있습니다.

페로레조넌트

강수지 유닛은 스탠바이 UPS 유닛과 같은 방법으로 동작합니다만, 강수지 트랜스가 출력 필터링에 사용되는 것을 제외하고, 온라인이 됩니다.이 변압기는 라인 전원에서 배터리 전원으로의 전환 시간을 커버할 수 있을 만큼 에너지를 오래 유지하도록 설계되어 있어 전송 시간을 효과적으로 제거합니다.대부분의 강공진제 UPS는 82~88%의 효율(AC/DC-AC)을 발휘하여 뛰어난 절연 성능을 제공합니다.

변압기에는 일반 주전원용 권선, 배터리 전원 정류용 권선, 부하에 대한 AC 전원 출력용 권선 등 3개의 권선이 있습니다.

이것은 한때 UPS의 지배적인 유형이었고 약 150kVA 범위로 제한되었습니다.UPS의 강력한 특성으로 인해 이들 유닛은 여전히 일부 산업 환경(석유 및 가스, 석유화학, 화학, 유틸리티 및 중공업 시장)에서 주로 사용됩니다.제어된 페로 기술을 사용하는 많은 강공진제 UPS는 역률 보정 장치와 상호 작용할 수 있습니다.이로 인해 UPS의 출력 전압이 변동하지만 로드 레벨을 낮추거나 다른 선형 유형의 [further explanation needed]로드를 추가하여 수정할 수 있습니다.

DC 전원

DC 기기에 전력을 공급하도록 설계된 UPS는 출력 인버터가 필요하지 않다는 점을 제외하고는 온라인 UPS와 매우 유사합니다.또한 UPS의 배터리 전압이 장치에 필요한 전압과 일치하면 장치의 전원 공급 장치도 필요하지 않습니다.1개 이상의 전력 변환 스텝이 불필요하기 때문에 효율과 실행 시간이 향상됩니다.

전기통신에 사용되는 많은 시스템은 도관과 접속 배선함에 설치되는 등 안전 규정이 덜 제한적이기 때문에 초저전압 "공통 배터리" 48 V DC 전원을 사용합니다.DC는 일반적으로 전기통신의 주요 전원이며 AC는 일반적으로 컴퓨터와 서버의 주요 전원입니다.

장애 발생 가능성 및 기기 비용 절감을 위해 컴퓨터 서버용 48V DC 전원에 대한 많은 실험이 진행되어 왔습니다.단, 동일한 양의 전력을 공급하려면 전류가 동등한 115V 또는 230V 회로보다 높아야 합니다.전류가 커지면 도체가 커지거나 열로 손실되는 에너지가 커집니다.

고전압 DC(380V)는 일부 데이터센터 어플리케이션에서 사용되고 있으며 소형 전력 도체를 사용할 수 있지만 [10]고전압을 안전하게 억제하기 위해 보다 복잡한 전기 코드 규칙을 따릅니다.

5V로 작동하는 저전력 장치의 경우 일부 휴대용 배터리 뱅크가 UPS로 작동할 수 있습니다.

로터리

로터리 UPS는 고질량 회전 플라이휠(플라이휠 에너지 저장소)의 관성을 사용하여 동력 손실 시 단기 승차감을 제공합니다.플라이휠은 또한 동력 스파이크와 처짐의 완충제 역할을 하는데, 이러한 단기 동력 이벤트가 고질량 플라이휠의 회전 속도에 현저하게 영향을 미칠 수 없기 때문이다.또한 진공관 및 집적회로보다 앞선 가장 오래된 설계 중 하나입니다.

정상적인 조건에서 연속적으로 회전하기 때문에 온라인 상태인 것으로 간주할 수 있습니다.그러나 배터리 기반 UPS와 달리 플라이휠 기반 UPS 시스템은 일반적으로 플라이휠이 느려지고 출력이 [11]정지하기 전에 10~20초 동안 보호 기능을 제공합니다.기존에는 스탠바이 제너레이터와 함께 사용되어 엔진 가동을 시작하고 출력을 안정화하는 데 필요한 짧은 시간 동안만 백업 전력을 제공합니다.

로터리 UPS는 일반적으로 10,000W 이상의 보호를 필요로 하는 애플리케이션용으로 예약되어 있어 비용을 정당화하고 로터리 UPS 시스템이 가져오는 이점을 누릴 수 있습니다.플라이휠이 크거나 여러 플라이휠이 병렬로 작동하면 예비 주행 시간 또는 용량이 증가합니다.

플라이휠은 기계적 동력원이기 때문에 비상동력을 제공하도록 설계된 디젤 엔진과 전기 모터 또는 발전기를 매개로 사용할 필요가 없습니다.변속기 변속기를 사용함으로써 플라이휠의 회전관성을 이용하여 디젤엔진을 직접 시동할 수 있으며, 일단 주행하면 디젤엔진을 사용하여 플라이휠을 직접 회전시킬 수 있다.마찬가지로 각 플라이휠에 별도의 모터와 발전기가 필요 없이 기계식 카운터샤프트를 통해 여러 플라이휠을 병렬로 연결할 수 있습니다.

일반적으로 순수 전자 UPS에 비해 매우 높은 전류 출력을 제공하도록 설계되었으며, 모터 시동이나 압축기 부하와 같은 유도 부하와 의료용 MRI 및 cath lab 장비에서 돌입 전류를 더 잘 제공할 수 있습니다.또한 전자 UPS보다 최대 17배 큰 단락 조건에도 견딜 수 있기 때문에 로터리 UPS에서 다른 장치에 전력이 공급되는 동안 한 장치가 퓨즈를 끊어 고장 날 수 있습니다.

이 제품의 수명 주기는 보통 순수 전자 UPS보다 훨씬 길며, 최대 30년 이상 걸립니다.그러나 볼 베어링 교체와 같은 기계적 유지보수를 위해서는 정기적인 다운타임이 필요합니다.대규모 시스템에서는 시스템의 용장성이 유지 보수 중에 프로세스의 가용성을 보증합니다.배터리 기반 설계에서는 배터리를 핫 스왑할 수 있다면 다운타임이 필요하지 않습니다.일반적으로 대형 유닛의 경우 그렇습니다.새로운 로터리 유닛은 자기 베어링 및 공기 누출 인클로저와 같은 기술을 사용하여 대기 효율을 높이고 유지보수를 매우 낮은 수준으로 줄입니다.

일반적으로 고질량 플라이휠은 모터 제너레이터 시스템과 함께 사용됩니다.이러한 유닛은 다음과 같이 설정할 수 있습니다.

  1. 기계적으로 연결된 [8]발전기를 구동하는 모터,
  2. 단일 로터와 스테이터의 번갈아 가는 슬롯에 동기 모터와 발전기가 감겨 있습니다.
  3. 배터리 대신 플라이휠을 사용하는 점을 제외하고 온라인 UPS와 유사하게 설계된 하이브리드 로터리 UPS입니다.정류기는 모터를 구동하여 플라이휠을 회전시키는 반면, 발전기는 플라이휠을 사용하여 인버터에 전원을 공급합니다.

3번인 경우 모터 제너레이터는 동기/동기 또는 유도/동기일 수 있다.2번 및 3번 장치의 모터 측은 AC 전원(일반적으로 인버터 바이패스 상태), 6단 이중 변환 모터 구동 또는 6 펄스 인버터로 직접 구동할 수 있습니다.사례 1은 배터리 대신 통합 플라이휠을 단기 에너지원으로 사용하여 전기적으로 결합된 외부 겐셋을 시작하고 온라인으로 전환하기 위한 시간을 허용한다.사례 2와 3은 배터리 또는 독립형 전기 결합 플라이휠을 단기 에너지원으로 사용할 수 있다.

폼 팩터

소형 UPS 시스템은 다양한 형태와 크기로 제공됩니다.단, 가장 일반적인 형태는 타워와 [12]랙마운트입니다.

타워 모델은 지상 또는 책상 또는 선반에 수직으로 세워져 있으며 일반적으로 네트워크 워크스테이션 또는 데스크톱 컴퓨터 애플리케이션에 사용됩니다.랙 마운트 모델은 표준 19인치 랙 인클로저에 장착할 수 있으며 1U~12U(랙 유닛)가 필요할 수 있습니다.일반적으로 서버 및 네트워킹애플리케이션에서 사용됩니다.일부 디바이스는 90° 회전하는 사용자 인터페이스를 갖추고 있어 랙에 있는 것처럼 지면에 수직으로 또는 수평으로 설치할 수 있습니다.

적용들

N + 1

신뢰성이 매우 중요한 대규모 비즈니스 환경에서는 하나의 거대한 UPS가 다른 많은 시스템을 중단시킬 수 있는 단일 장애 지점이 될 수도 있습니다.신뢰성을 높이기 위해 여러 개의 소형 UPS 모듈과 배터리를 통합하여 하나의 초대형 UPS와 동등한 다중 전원 보호 기능을 제공할 수 있습니다.「N + 1」은 부하가 N 모듈에 의해 공급될 수 있는 경우, N + 1 모듈을 탑재하는 것을 의미합니다.이렇게 하면 1개의 모듈에 장애가 발생해도 시스템 [13]동작에 영향을 주지 않습니다.

다중 용장성

많은 컴퓨터 서버에서는 다중 전원 장치 옵션을 제공하고 있기 때문에, 1대의 전원 장치에 장해가 발생했을 경우, 1대 이상의 다른 전원 장치로 부하에 전력을 공급할 수 있습니다.이것이 중요한 포인트입니다.각 전원장치는 서버 전체에 전력을 공급할 수 있어야 합니다.

각 전원장치를 다른 회로(즉, 다른 회로 브레이커)에 접속함으로써 용장성이 더욱 향상됩니다.

각 전원장치를 자체 UPS에 연결함으로써 다중 보호 기능을 더욱 확장할 수 있습니다.이것에 의해, 전원 장치의 장해와 UPS 장해로부터 이중으로 보호되기 때문에, 계속의 동작이 보증됩니다.이 설정은 1 + 1 또는 2N 용장이라고도 합니다.예산상 동일한 UPS 장치 두 개를 사용할 수 없는 경우 전원 공급 장치 하나를 주전원에, 다른 하나는 [14][15]UPS에 연결하는 것이 일반적입니다.

야외에서 사용

UPS 시스템을 옥외에 배치하는 경우 성능에 영향을 주지 않고 날씨에 견딜 수 있는 몇 가지 특정 기능이 있어야 합니다.실외 UPS 시스템을 설계할 때 제조업체는 온도, 습도, 비 및 눈과 같은 요소를 고려해야 합니다.실외 UPS 시스템의 작동 온도 범위는 약 -40 °C ~ +55 °[16]C입니다.

실외 UPS 시스템은 폴, 접지(페데스탈) 또는 호스트 마운트 중 하나입니다.실외 환경은 극한의 추위를 의미할 수 있습니다.이 경우 실외 UPS 시스템에는 배터리 히터 매트가 포함되어 있어야 하며, 실외 UPS 시스템에는 팬 시스템 또는 에어컨 시스템이 포함되어 있어야 합니다.

솔라 인버터 내부도에너지를 잠시 저장하고 출력 파형을 개선하는 데 사용되는 많은 대형 캐패시터(파란색 실린더)에 주목하십시오.

솔라 인버터 또는 PV 인버터 또는 솔라 컨버터는 태양광 발전(PV) 솔라 패널의 가변 직류(DC) 출력을 상용 전기 그리드에 공급하거나 로컬 오프 그리드 전기 네트워크에 의해 사용될 수 있는 효용 주파수 교류(AC)로 변환한다.광전 시스템에서 중요한 BOS 구성 요소이며, 일반적인 AC 전원 장비를 사용할 수 있습니다.태양광 인버터는 최대 전력점 추적 및 착륙 방지 보호를 포함하여 태양광 어레이와 함께 사용하도록 조정된 특수 기능을 가지고 있다.

고조파 왜곡

UPS 출력 파형(노란색)과 일반 120VAC 60Hz 전력 파형(보라색) 비교

일부 전자 UPS의 출력은 이상적인 사인파 파형에서 크게 벗어날 수 있습니다.이는 특히 가정 및 사무실용으로 설계된 저렴한 소비자용 단상 유닛에 해당됩니다.이들은 종종 간단한 스위칭 AC 전원장치를 사용하며 출력은 고조파가 풍부한 사각파와 유사합니다.이러한 고조파는 무선 통신을 포함한 다른 전자 장치에 간섭을 일으킬 수 있으며 일부 장치(예: AC 모터 등 유도 부하)는 효율성이 저하되거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.보다 고도의(고가의) UPS 유닛에서는, 거의 순수한 사인파 AC전원이 생산됩니다.

역률

다음 항목도 참조하십시오.역률

이중 변환 UPS와 제너레이터의 조합에서 발생하는 문제는 UPS에 의해 발생하는 전압 왜곡입니다.이중 변환 UPS 입력은 본질적으로 큰 정류기입니다.UPS에 의해 소비되는 전류는 비정현파입니다.이로 인해 AC 주전원 또는 제너레이터의 전압도 비 사인파가 될 수 있습니다.따라서 전압 왜곡으로 인해 UPS 자체를 포함하여 해당 전원에 연결된 모든 전기 기기에 문제가 발생할 수 있습니다.또한 전류 흐름의 스파이크로 인해 UPS에 전력을 공급하는 배선에서 더 많은 전력이 손실됩니다.이 "노이즈" 레벨은 "전류의 총 고조파 왜곡"(THDI)의 백분율로 측정됩니다.기존 UPS 정류기의 THDI 레벨은 약 25~30%입니다.전압 왜곡을 줄이려면 UPS보다 두 배 이상 큰 주 배선 또는 발전기가 필요합니다.

이중 변환 UPS에서 THD를I 줄이기 위한 몇 가지 솔루션이 있습니다.

패시브 필터와 같은 기존 솔루션은 최대 부하에서 THD를 5%~10%로I 낮춥니다.신뢰성은 높지만 크기가 크고 최대 부하에서만 작동하며 발전기와 함께 사용할 경우 자체 문제가 발생합니다.

대체 솔루션은 활성 필터입니다.이러한 장치를 사용하면 THD가I 최대 전력 범위에서 5%까지 떨어질 수 있습니다.이중 변환 UPS 장치의 최신 기술은 고전적인 정류기 구성 요소(사이리스터 및 다이오드)를 사용하지 않고 대신 고주파 구성 요소를 사용하는 정류기입니다.절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 정류기와 인덕터가 있는 이중 변환 UPS는 THD가I 2%만큼 작을 수 있습니다.따라서 추가 필터, 투자 비용, 손실 또는 공간 없이 발전기(및 변압기)를 확장할 필요가 전혀 없습니다.

의사소통

전원 관리(PM)에는 다음이 필요합니다.

  1. UPS는 시리얼 포트, 이더넷 및 Simple Network Management Protocol, GSM/GPRS 또는 USB 등의 통신 링크를 통해 컴퓨터에 상태를 보고합니다.
  2. 보고서를 처리하여 통지, PM 이벤트 또는 명령어 [17]셧다운을 생성하는 OS의 서브시스템.일부 UPS 제조업체는 통신 프로토콜을 게시하지만 다른 제조업체(APC 등)는 독점 프로토콜을 사용합니다.

기본적인 컴퓨터 투 UPS 제어 방식은 단일 소스에서 단일 타깃으로의 일대일 시그널링을 목적으로 합니다.예를 들어, 하나의 UPS를 하나의 컴퓨터에 연결하여 UPS에 대한 상태 정보를 제공하고 컴퓨터가 UPS를 제어할 수 있도록 합니다. 마찬가지로, USB 프로토콜은 단일 컴퓨터를 여러 주변 장치에 연결하는 것을 목적으로 합니다.

경우에 따라서는, 1대의 대형 UPS 가 복수의 보호된 디바이스와 통신할 수 있는 것이 편리합니다.기존의 시리얼 또는 USB 제어에서는 신호 복제 장치를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 하나의 UPS가 시리얼 또는 USB [18]연결을 사용하여 5대의 컴퓨터에 연결할 수 있습니다.단, 일반적으로 UPS에서 디바이스로의 분할은 상태 정보를 제공하는 한 방향으로만 이루어집니다.리턴 제어 신호는 보호된 시스템 중 하나에서 [19]UPS로만 허용될 수 있습니다.

1990년대 이후 이더넷 사용이 늘면서 TCP/[20]IP와 같은 표준 이더넷 데이터 통신 방법을 사용하여 단일 UPS와 여러 컴퓨터 간에 제어 신호가 일반적으로 전송됩니다.상태 및 제어 정보는 일반적으로 암호화되므로 예를 들어 외부 해커가 UPS를 제어하고 [21]셧다운을 명령할 수 없습니다.

UPS 상태 및 제어 데이터를 배포하려면 정전 시 UPS 경보가 대상 시스템에 도달하기 위해 이더넷 스위치나 시리얼 멀티플렉서 등의 모든 중간 장치에 하나 이상의 UPS 시스템이 전원을 공급해야 합니다.이더넷 인프라스트럭처에 대한 의존을 피하기 위해 UPS는 GSM/GPRS 채널도 사용하여 메인컨트롤 서버에 직접 접속할 수 있습니다.UPS 로부터 송신되는 SMS 또는 GPRS 데이터 패킷에 의해서, 소프트웨어가 PC 를 셧다운 해 부하를 경감합니다.

배터리

배터리 캐비닛

UPS 배터리에는 주로 세 가지 유형이 있습니다.밸브 규제 납산(VRLA), Flooded Cell 또는 VLA 배터리 및 리튬 이온 배터리.배터리로 작동하는 UPS의 실행 시간은 배터리의 종류와 크기, 방전 속도 및 인버터의 효율에 따라 달라집니다.납 배터리의 총 용량은 방전 속도의 함수이며, 이를 퓨커트의 법칙이라고 합니다.

제조업체는 패키지화된 UPS 시스템에 대해 몇 분 이내에 실행 시간 등급을 제공합니다.(데이터센터 등) 대규모 시스템에서는 부하, 인버터 효율 및 배터리 특성을 상세하게 계산하여 필요한 내구성을 [22]확보해야 합니다.

일반적인 배터리 특성 및 부하 테스트

납-산 배터리가 충전 또는 방전되면 처음에는 전극과 전해질 사이에 있는 반응 화학 물질에만 영향을 미칩니다.시간이 지남에 따라 계면의 화학물질에 저장된 전하(종종 "계면 전하"라고 함)는 활성 물질의 부피 전체에 의해 활물질의 부피 전체에 확산됩니다.

배터리가 완전히 방전된 경우(예: 밤새도록 차량 라이트를 켠 상태) 다음에 단 몇 분 동안만 급속 충전이 이루어지면 짧은 충전 시간 동안 인터페이스 근처에서 충전만 발생합니다.배터리 전압이 충전기 전압에 근접하도록 상승하여 충전 전류가 크게 감소할 수 있습니다.몇 시간 후에는 이 인터페이스 전하가 전극 및 전해액의 부피로 확산되지 않아 인터페이스 전하가 너무 낮아 [23]시동을 걸기에 부족할 수 있습니다.

인터페이스 충전으로 인해 UPS 셀프 테스트 기능이 몇 초밖에 지속되지 않을 경우 UPS의 실제 실행 시 용량을 정확하게 반영하지 못할 수 있습니다.대신 배터리를 완전히 방전하는 재보정 또는 런다운 테스트를 연장해야 합니다.[24]

방전된 배터리의 화학 물질이 매우 안정적인 분자 형태로 결정되기 시작하여 배터리를 충전해도 재분해되지 않아 충전 용량이 영구적으로 감소하기 때문에 딥 방전 테스트 자체가 배터리에 손상을 입힙니다.납산 배터리에서 이것은 황화라고 알려져 있지만 니켈 카드뮴 배터리 및 리튬 [25]배터리와 같은 다른 유형에도 영향을 미칩니다.따라서 런다운 테스트는 일반적으로 6개월에서 [26][27]1년에 한 번씩 정기적으로 수행하는 것이 좋습니다.

배터리/전지 줄 테스트

대형으로 쉽게 접근할 수 있는 배터리 뱅크를 갖춘 수킬로와트의 상용 UPS 시스템은 배터리 스트링 내의 개별 셀을 분리 및 테스트할 수 있습니다.배터리 스트링은 복합 셀(12V 납산 배터리 등) 또는 직렬로 연결된 개별 화학 셀로 구성됩니다.1개의 셀을 분리하고 그 대신 점퍼를 설치하면 1개의 배터리를 방전 테스트하고 나머지 배터리 스트링을 [28]충전 상태로 유지하여 보호할 수 있습니다.

또한 각 셀-셀 접합부에 설치되어 개별 및 집합적으로 모니터링되는 중간 센서 와이어를 사용하여 배터리 스트링 내의 개별 셀의 전기적 특성을 측정할 수 있습니다.배터리 스트링은 직렬 병렬로 배선할 수도 있습니다. 예를 들어 20셀의 2세트입니다.이러한 상황에서는 전류가 줄 사이를 순환하여 약한 셀, 높은 저항을 가진 죽은 셀 또는 단락된 셀의 효과를 균형 있게 할 수 있으므로 병렬 문자열 간의 전류 흐름을 모니터링하는 것도 필요합니다.예를 들어, 강한 문자열은 전압 불균형이 균등해질 때까지 약한 문자열을 통해 방전될 수 있으며, 이는 [29]각 문자열 내의 개별 셀 간 측정에 반영되어야 합니다.

직렬 병렬 배터리 상호 작용

직렬 병렬로 배선된 배터리 문자열은 다중 병렬 문자열 간의 상호 작용으로 인해 비정상적인 고장 모드를 발생시킬 수 있습니다.한 줄에 결함이 있는 배터리는 다른 줄에 있는 정상 배터리 또는 새 배터리의 작동 및 수명에 악영향을 미칠 수 있습니다.이러한 문제는 UPS 시스템뿐만 아니라 전기차 애플리케이션에서도 [30]직렬 병렬 스트링이 사용되는 다른 상황에도 적용됩니다.

정상적인 셀이 모두 있는 직렬 병렬 배터리 배치를 고려합니다. 그러면 1개가 단락되거나 방전됩니다.

  • 고장난 셀은 셀이 속한 전체 직렬 문자열에 대해 최대 전개 전압을 낮춥니다.
  • 열화 스트링과 병렬로 배선된 다른 직렬 스트링은 전압이 열화 스트링의 전압과 일치할 때까지 열화 스트링을 통해 방전되어 과충전될 가능성이 있으며 열화 스트링의 나머지 양호한 셀에서 전해액이 비등 및 배기가스가 발생할 수 있습니다.이러한 병렬 스트링은 이제 완전히 충전할 수 없습니다. 늘어난 전압이 고장 난 배터리가 들어 있는 스트링을 통해 블리딩되기 때문입니다.
  • 충전 시스템은 전체 전압을 측정하여 배터리 스트링 용량을 측정할 수 있습니다.데드셀에 의한 전체적인 스트링 전압의 고갈로 인해 충전 시스템은 이를 방전 상태로 검출하여 직렬 병렬 스트링의 충전을 지속적으로 시도합니다.그 결과 배터리가 파손된 열화된 직렬 스트링의 모든 셀이 손상되고 과충전이 계속됩니다.
  • 납-산 배터리를 사용하면 이전에 양호한 병렬 스트링의 모든 셀이 완전히 충전되지 않아 황산되기 시작하고, 그 결과 열화된 스트링의 손상된 셀이 발견되어 새 셀로 교체되더라도 이러한 셀의 저장 용량이 영구적으로 손상됩니다.

이러한 미묘한 직렬-병렬 문자열 상호 작용을 방지하는 유일한 방법은 병렬 문자열을 전혀 사용하지 않고 개별 직렬 문자열에 대해 별도의 전하 컨트롤러와 인버터를 사용하는 것입니다.

시리즈 신/구 배터리 상호 작용

직렬로 연결된 배터리 한 줄이라도 새 배터리가 오래된 배터리와 섞이면 역작용이 발생할 수 있습니다.오래된 배터리는 저장 용량이 감소하는 경향이 있기 때문에 두 배터리 모두 새 배터리보다 더 빨리 방전되고 새 배터리보다 더 빨리 최대 용량으로 충전됩니다.

새 배터리와 오래된 배터리의 혼합된 줄이 방전되면 줄 전압이 떨어지며, 오래된 배터리가 방전되면 새 배터리는 여전히 충전을 사용할 수 있습니다.새로운 셀은 스트링의 나머지 부분을 통해 계속 방전될 수 있지만, 저전압으로 인해 이 에너지 흐름은 유용하지 않을 수 있으며, 오래된 셀에서는 저항 가열로 낭비될 수 있습니다.

특정 방전 시간 내에 작동해야 하는 세포는 용량이 더 큰 새로운 세포로 인해 연속된 열 내의 오래된 세포가 방전 시간대의 안전한 하한선을 넘어 계속 방전되어 오래된 세포를 손상시킬 수 있습니다.

재충전 시 오래된 셀은 더 빨리 충전되어 전압이 거의 완전히 충전된 상태로 빠르게 상승하지만 용량이 더 큰 새 셀이 완전히 충전되기 전에 충전됩니다.충전 컨트롤러는 거의 완전히 충전된 문자열의 고전압을 감지하여 전류 흐름을 줄입니다.용량이 더 큰 새로운 셀은 이제 매우 느리게 충전되고 너무 느리게 충전되어 화학 물질이 완전히 충전된 상태에 도달하기 전에 결정화되기 시작할 수 있으며, 그 용량이 직렬의 오래된 셀과 더 가깝게 일치할 때까지 몇 번의 충전/방전 사이클에 걸쳐 새로운 셀 용량을 감소시킵니다.

이러한 이유로 일부 산업용 UPS 관리 시스템에서는 직렬 [31]및 병렬 문자열 내에서 새로운 배터리와 오래된 배터리 간의 상호작용이 손상되므로 수백 개의 고가의 배터리를 사용할 가능성이 있는 배터리 어레이 전체를 정기적으로 교체할 것을 권장합니다.

표준

  • EN 62040-1:2008 무정전 전원 시스템(UPS)– 제1부: UPS의 일반 요건 및 안전 요건
  • EN 62040-2:2006 무정전 전원 시스템(UPS)– Part 2: 전자 호환성(EMC) 요건
  • EN 62040-3:2011 무정전 전원 시스템(UPS)– Part 3: 퍼포먼스 및 테스트 요건 지정 방법
  • EN 62040-4:2013 Uninterruptible Power System (UPS; 무정전 전원 시스템)– Part 4: 환경 측면 - 요건 및 보고서

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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