topics:26:principles []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Принципы работы и применение UPS ======

<WRAP box round>
Раздел посвящён устройству, принципам работы и практическому применению источников бесперебойного питания (UPS) в критичной инфраструктуре. Рассматриваются причины использования UPS, базовые компоненты статических систем, ключевые топологии (standby, line-interactive, double conversion, multimode), а также современные подходы к повышению энергоэффективности и использованию UPS как элемента энергосистемы (dual-purpose / energy-aware).
</WRAP>

<WRAP group gap>

<WRAP box round half column>
**Зачем нужны UPS**

  * Обеспечение непрерывности работы IT-систем и технологических процессов при сбоях электросети.
  * Снижение потерь от простоев: потери данных, времени восстановления, репутационные и финансовые риски.
  * Защита чувствительного оборудования от просадок, всплесков, импульсных помех и других аномалий качества электроэнергии.
  * Интеграция в стандартную однофазную и трёхфазную инфраструктуру электроснабжения, от малых стоек до крупных ЦОД и промышленных объектов.
</WRAP>

<WRAP box round half column>
**Классы и области применения UPS**

  * Статические UPS:
    * от небольших систем для рабочих станций (сотни VA)
    * до крупных модульных комплексов (MVA) для ЦОД и промышленных нагрузок.
  * Роторные UPS (DRUPS):
    * большие мощности, использование маховика и дизеля,
    * применяются там, где важна высокая кратковременная перегрузочная способность и минимум батарей.
  * Возможность параллельной работы UPS для масштабирования мощности до десятков MVA.
</WRAP>

</WRAP>

<WRAP group gap>

<WRAP box round half column>
**Основные компоненты статического UPS**

  * **Выпрямитель (rectifier / input power converter)** — преобразует входное AC в DC, формирует DC-шину и заряжает батареи, обеспечивает низкий THDi и высокий cos φ для дружественности к сети и генераторам.
  * **Инвертор (output power converter)** — формирует на выходе синусоидальное напряжение из DC-шины, работает на IGBT с PWM, в современных системах – двух- или трёхуровневого типа, с возможным применением SiC/GaN для повышения КПД.
  * **DC-link и DC-DC-конвертер** — согласуют уровни напряжения между выпрямителем, инвертором и батареей, обеспечивают корректный режим заряда/разряда.
  * **Система управления (logic control)** — цифровое управление режимами, защитами и взаимодействием с внешними системами мониторинга.
</WRAP>

<WRAP box round half column>
**Обход и накопители энергии**

  * **Статический байпас** — на SCR (иногда совместно с контактором), обеспечивает:
    * аварийный перевод нагрузки напрямую на сеть при перегрузке/отказе UPS;
    * работу высокоэффективных режимов, когда нагрузка питается от сети, а мощная электроника “в резерве”.
  * **Обходной (maintenance) байпас**:
    * двух-, трёх- или четырёхвыключательная схема,
    * позволяет снимать UPS с линии без потери питания нагрузки и безопасно проводить обслуживание.
  * **Накопители энергии**:
    * свинцово-кислотные батареи (flooded, VRLA, pure lead) — предсказуемые, доступные, но с ограниченным сроком службы и требованиями по температуре и обслуживанию;
    * литий-ионные батареи — меньшие габариты и масса, высокая цикличность и срок службы (10–15 лет), пригодны для частых циклов в dual-purpose UPS;
    * альтернативные накопители (маховики и др.) для специальных сценариев.
</WRAP>

</WRAP>

<WRAP group gap>

<WRAP box round half column>
**Топологии статических UPS**

  * **Single conversion**:
    * **Standby UPS** — сеть напрямую на нагрузку, при аварии – переключение на инвертор и батарею; минимальная цена, простой функционал, есть кратковременный провал напряжения и часто несинусоидальная форма на батарее.
    * **Line-interactive UPS** — сеть питает нагрузку, UPS регулирует напряжение (автотрансформатор buck/boost или инвертор параллельно сети), реже садит батареи, улучшает качество напряжения, применим от малого офиса до небольших серверных и телеком-узлов.
  * **Double conversion**:
    * постоянное преобразование AC→DC→AC, нагрузка всегда сидит на инверторе,
    * независимость выходного напряжения и частоты от качества сети (при сохранении синхронизации для работы с байпасом),
    * варианты: трансформаторные (большие, тяжёлые, изолированные) и трансформатор-less (компактные, высокоэффективные, доминирующие в современных ЦОД).
</WRAP>

<WRAP box round half column>
**Multimode и dual-purpose UPS**

  * **Multimode UPS**:
    * совмещают режимы line-interactive/standby и double conversion,
    * в норме нагрузка запитана через статический байпас (максимальный КПД, до 99%+),
    * при выходе сети за допуски или аварии — быстрый переход на двойное преобразование или батареи (переходы порядка миллисекунд).
  * **Dual-purpose / energy-aware UPS**:
    * используют UPS и его батареи как распределённый энергетический ресурс (DER),
    * позволяют выполнять peak shaving, участвовать в программах управления спросом, играть на почасовых тарифах,
    * требуют высокоцикличных накопителей (обычно Li-ion) и грамотного резервирования части ёмкости под аварийный режим.
</WRAP>

</WRAP>

<WRAP box round>
**Общая схема классификации UPS**

<mermaid>
flowchart LR
  classDef b font-size:18px,stroke-width:1px,padding:6px;

  U["UPS<br>(источники бесперебойного питания)"]:::b

  U --> S["Статические UPS"]:::b
  U --> R["Роторные UPS (DRUPS)"]:::b

  S --> S1["Standby"]
  S --> S2["Line-interactive"]
  S --> S3["Double conversion<br>(трансформаторные / безтрансформаторные)"]
  S --> S4["Multimode / Dual-purpose"]

  R --> R1["Генератор с маховиком<br>(часто в связке с дизелем)"]
</mermaid>

</WRAP>