数据中心中UPS的作用与调试测试

数据中心汇集了企业的核心系统、云服务以及医疗、金融等重要IT业务，因此必须365天、24小时无休持续运转。为了提供稳定的服务，不仅需要防范火灾和设备故障等突发事件，还必须预先做好应对地震、水灾、台风等大规模灾害的准备。一旦运转停止，可能会导致客户企业业务中断、数据丢失以及普通用户服务停止。因此，电源设备尤其需要具备即使发生事故也能持续运转的高可靠性。

本文将为大家介绍UPS的作用、调试测试的必要性，以及数据中心电能质量的测试方法。

不仅应对停电：UPS的作用

UPS基本上由以下要素构成：

整流器：将交流电压整流、平滑后转换为直流电压

蓄电池：通过直流电的充放电，稳定UPS的输出

逆变器：通过半导体的高速开关将直流电压转换为交流电压

切换开关：高速切换逆变器输出与旁路输出

数据中心的UPS基本上采用在线式UPS，除了停电保护外，还具有其他一些作用。在线式UPS中，输入的交流电首先被转换为直流电，然后再次转换为交流电，因此输出电压和频率不受输入端的影响。

基础在线式UPS的构成：

整流器、逆变器、电池、开关

针对停电的保护

停电保护是UPS最基本的功能。即使输入电源中断，UPS也能继续向关键IT设备供电。对于数据中心运营商而言，哪怕是几秒钟的停电所导致的服务器关机或服务中断，都是无法接受的。因此，UPS必须具备在任何情况下都能维持输出的高可靠性。

即使输入电压中断，

输出电压也不会受到影响

电压、频率的维持

即使输入端的电压或频率发生波动，UPS的输出也必须保持稳定（VI模式*1、VFI模式*2）。这是因为服务器和网络设备对电源质量的波动非常敏感，哪怕是微小的电压或频率波动都可能导致设备误动作。因此，UPS必须具备无论外部电源状态如何，都能持续供给稳定电压和频率的性能。

即使输入电压或频率发生波动，

输出也不会受到影响

1 . VI模式：输出电压与输入电压相互独立的UPS模式。即使输入电压发生波动，输出也不易受到影响。

2 . VFI方式：输出电压和频率均独立于输入的UPS方式。即使输入电压和频率发生波动，输出也不易受影响。

对急剧负载变化的耐受性

当负载突然增加时，如果电源无法承受输出，可能会发生压降。然而，在数据中心中，压降是无法接受的。近年来，由于AI训练需要大规模并联处理，能耗急剧增加，为了维持对瞬态现象（负载波动或开关操作等情况下产生的电压和电流短时变化）的稳定性，对UPS的可靠性要求比以往更高。此外，即使存在电流波形畸变等非线性负载，也必须将电压畸变和异常波动控制在允许范围内。

即使在负载剧烈波动的情况下，

输出电压也不会受到影响

调试阶段的现场验收测试

现场验收测试（SAT：Site Acceptance Test）是在安装完成后进行的测试，旨在确认系统在实际运行环境中能否按设计要求正常运行。 针对数据中心的UPS现场验收测试并非基于千篇一律的标准检查清单，而是依据制造商与客户之间商定的测试计划进行。UPS标准IEC62040-3建议，从避免对设备造成不必要压力及成本效益的角度出发，SAT应仅针对工厂测试中未预先确认的重要项目进行验证。

测试示例1：

停电及恢复时的蓄能模式响应测试

数据中心要求即使商用电源中断，也必须持续供给服务器和网络设备电源。在停电及恢复测试中，将从UPS正常运行状态下切断输入电源，评估系统切换至蓄能模式（电池运行）时的输出电压波动。此外，还需在规定时间后重新接通输入电源，验证系统恢复正常模式时UPS输出瞬态响应。

在测试中，让负载设备运行，并在UPS通电的状态下断开电源输入线路，以模拟停电。停电发生后，验证UPS能否在蓄能模式下运行，并在发生瞬态现象期间，在规定范围内维持适当的输出电压和频率。

断开开关，模拟交流电源停电

测试示例2：负载阶跃响应测试

(确认负载急剧变化时的输出电压波动)

在数据中心中，受服务器启动或停止、AI训练导致的负载波动等因素影响，能耗会瞬间发生剧烈变化。负载阶跃响应测试旨在验证UPS在此类负载变动时能否维持稳定的输出。该测试需将UPS设置为蓄能模式（电池模式）进行。

通过模拟从无负载到100%负载，或从100%负载到20%负载的剧烈负载波动，确认在瞬态现象发生时输出电压是否正常。将偏差值与持续时间绘制在标准限值图上，以此判定是否在规定范围内。在实际测量现场，将根据预先制定的计划，执行制造商与客户之间商定的多个测试案例。

通过绘制测量偏差与持续时间曲线判断异常

测试示例3：正常模式与旁路模式的

切换功能及性能验证测试

UPS配备有绕过主供电回路的旁路回路。即使UPS设备本身发生故障，电力仍可通过旁路路径供给，从而确保服务器和通信设备持续运转。这种状态被称为旁路模式，被定义为因UPS异常状态或管理员指令而转入的临时运行模式。

若在切换瞬间，输出电压、频率、相位等电源质量出现异常，将影响服务器的稳定运行。本测试旨在观察UPS在实际布线及负载条件下的瞬态现象，确认UPS能否正确切换至旁路模式，并随后无障碍地恢复至正常模式。

用于在切换过程中维持

电源供给的UPS旁路配置

现场验收测试中

电能质量分析仪的作用

符合IEC 61000-4-30 A类标准

IEC 61000-4-30 严格规定了电压、频率、电压波动、谐波等电能质量参数的测量算法及测量精度要求。该标准中，A类被定义为最高等级的测量仪器。A级测量仪具备极高的测量结果重复性，可实现不同厂商及型号之间的比较验证。可用于评估符合性、验证合同要求，以及在发生问题或故障时作为证据。

电能质量分析仪PQ3198符合IEC 61000-4-30 Class A标准，并已获得第三方测试机构的认证。通过标准化计算方法可获得可重复的结果，从而能够对测试结果进行清晰的说明并生成高可靠性的报告。

同时测量三相交流的

时序数据和事件数据

在UPS测试中，需要同时评估基于有效值的时间序列长期趋势以及瞬态高速波形。PQ3198不仅能基于每半周期计算的有效值记录最大值和最小值的趋势数据，还能同时记录瞬态现象发生时的事件波形。在追踪三相长期波动的同时，一旦发生异常即可高速同步记录波形，因此仅需一次测量即可同步记录大量信息。

通过分析软件PQ ONE同时显示

有效值趋势（上）和事件波形（下）

输入端与输出端的同步测量

在评估UPS切换性能时，有时需要对多个点进行同步测量。PQ3198共配备4个电压/电流测量通道，每个通道均可同时测量电压和电流。通道1至通道3被分组，通道4则独立运行。由于能够同时测量输入侧和输出侧，或在不同系统上触发测量，因此可灵活应对各种测量场景。

同时测量两个不同系统

丰富的事件触发与

谐波数据的同步记录

UPS测试中需要确认的不仅仅是停电或电压下降。PQ3198除了能记录谐波的时序趋势外，还能记录多种事件（电压跌落、电压骤升、停电、冲击电流、瞬态电压、高次谐波、不平衡等）。不仅能确认切换时的瞬态响应，还能检测波形畸变和干扰，因此有助于诊断电源品质问题的原因。

PQ3198记录的事件波形

即使负载急剧增加，电压仍保持稳定

在调试现场验收测试中使用PQ3198，可获取客观且具有可重复性的测量数据，从而在实际运转环境下验证UPS的性能。