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wUPS的基础知识的基础知识 UPS的定义 UPS的主要作用 UPS的分类和拓扑结构 UPS的基本组成wUPS的基本运行原理（单机的基本运行原理（单机/并机）并机） 正常运行方式 电池后备运行方式 旁路运行方式 维修运行方式 wUPS的基本技术指标的基本技术指标目录page 2UPS的基础知识的基础知识wUPS的定义的定义UPS是英文是英文Uninterruptable Power Supply的缩写，中文译的缩写，中文译为为“不间断电源不间断电源”； 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置；它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置；从严格意义上讲，UPS不是一种电源，它不是依靠能量形式的转换来提供电能，它只是提供一种两路电源之间无间断切换的机会，这才是UPS的主要设计思想；UPS的价格之所以昂贵，就是贵在这种不间断切换的特点上page 3UPS输出第二路供电三类供电一类供电第一路供电wUPS的定义的定义 UPS是电力电子技术的产品：是电力电子技术的产品： 以电力为对象，以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术电力电子技术。它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换。 从1956年第一只可控硅（SCR）诞生之日起，即进入了电力电子技术的时代。70年代末期由微电子技术与电力晶体管（GTR）技术相结合，进入了现代电力电子技术现代电力电子技术的时代。 现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域，例如：发电厂的储能设备、直流输电设备、动态无功补偿、电力机车牵引、变频调速电机、不间断电源不间断电源、开关电源、中高频感应电炉、电视、办公自动化、通讯、汽车自动化、家用电器等等 。page 4UPS的基础知识的基础知识wUPS的主要作用的主要作用为什么要使用为什么要使用 UPS？ 随着电子技术的飞速发展，各种各样的用电器越来越多，而这其中的绝随着电子技术的飞速发展，各种各样的用电器越来越多，而这其中的绝大部分都是非线性负载大部分都是非线性负载(Non-Linear Load)：从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载；从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载；阻抗随加在其两端的电压而变化的负载；阻抗随加在其两端的电压而变化的负载；产生谐波电流的负载又称为畸变负载产生谐波电流的负载又称为畸变负载(Deforming Loads)或污染负载或污染负载(Polluting Load); 一方面，这些非线性负载给电网带来了大量的谐波谐波以及其它的干扰干扰，使供电的质量越来越坏; 另一方面，一些重要的用电部门，如机场、医院、银行等和一些重要的用电设备：如计算机、通讯设备等，对供电质量供电质量的要求越来越高:不仅要求不停电，还要求电压、频率稳定，还要求波形准确完好。简而言之，需要有一个干净或净化的电源。page 5UPS的基础知识的基础知识这就使得负载与电网供电质量之间的矛盾日趋加深，必须解决。 在诸多的解决电源的方案中，UPS是最好的解决方案wUPS的主要作用的主要作用解决解决电网中的骚扰电网中的骚扰骚扰（disturbance）：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命、无生命的物质产生损害作用的现象；干扰（interference）：由骚扰引起的设备、传输通道或系统性能下降的现象； 从严格意义上讲，从严格意义上讲，“骚扰骚扰”和和“干扰干扰”是两个不同的概念：是两个不同的概念：“骚扰骚扰”是一种客观存在的现象；“干扰干扰”是一种在“骚扰”作用下，使敏感设备受到影响时的现象。（根据根据GB 4824-1996 的标准词汇，选用的标准词汇，选用“骚扰骚扰”一词一词。）。）page 6UPS的基础知识的基础知识wUPS的主要作用的主要作用解决解决电网中的骚扰电网中的骚扰停电：短时间的、长时间的.page 7骚骚扰扰特特征征主主要要起起因因主主要要后后果果停停电电(Power outages)间间断断(Micro-outages)电压完全消失 10 毫秒。大气条件、切换、故障、电网施工。运行故障和数据丢失(计算机系统)或生产中断(连续处理过程)。停停电电(Outages)电压在一个周期以上的完全消失：- 短时停电： 3 分钟(70% 的停电都小于 1 秒钟)- 长时停电： 3 分钟大气条件、切换、故障、意外事故、电网施工。视停电持续时间而定， 机器停机并危及人身(如电梯)，数据丢失(如计算机系统)或生产中断(如连续处理过程)。UPS的基础知识的基础知识wUPS的主要作用的主要作用解决解决电网中的骚扰电网中的骚扰电压变化：电压跌落、过电压、欠电压、电压尖峰、三相不平衡.page 8UPS的基础知识的基础知识wUPS的主要作用的主要作用解决解决电网中的骚扰电网中的骚扰频率变化：频率波动、过高、过低、闪烁.page 9骚扰骚扰特征特征主要起因主要起因主要后果主要后果频率频率变化变化(Frequency variations)频率频率波动波动(Frequencyfluctuations)频率的不稳定性。典型情况为+5%、 - 6% (10秒钟时间间隔的平均值)。- 发电机组的调整；- 发电机组的运行失调；- 频率不稳定的电源。这些变化超出了某些仪表和计算机的容限范围(通常为 1%) ，因此可能会导致数据的错误或丢失。闪闪烁烁(Flicker)由于电压和频率(其它骚扰：高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性.page 10骚扰骚扰特征特征主要起因主要起因主要后果主要后果其它骚扰其它骚扰(Other disturbances)高频瞬态高频瞬态(HF transients) 突然、巨大和非常短暂的电压跳变。类似于电压尖峰。大气现象(雷击)和电网切换。破坏设备、加速老化、器件或绝缘故障。极短的持续时间(Short duration) 1 微秒幅值 100 微秒峰值为额定电压的 3 到 5 倍频率为几百 KHz)。感性负载停机或高压故障通过电磁耦合传输到低压系统。谐波失真谐波失真(Harmonicdistortion)非线性负载吸收的谐波电流造成电流和电压的波形失真。25 次以上的谐波往往可以忽略不计。带磁芯的电力机械(电动机、 空载变压器，等等)、开关电源、电弧炉、变频调速器。设备需增容，温度升高，电容谐振，毁坏变压器，电动机噪声增大。电磁兼容性电磁兼容性(EMC)电磁或静电的传导或辐射骚扰。目标是保证低发射率和高抗扰性。电子部件(晶体管， 可控硅， 二极管)的开关、静电释放。敏感性电子装置的功能失常。UPS的基础知识的基础知识wUPS的主要作用的主要作用电网中骚扰的电网中骚扰的解决方案解决方案为了消除电网中的骚扰，必须制定有关的供电标准，如： EN 50160 定义了欧洲配电系统中的一些正常波动：电压电压 +10% 到到 -15% (每10分钟间隔的平均有效值)，其中每周95%的时间必须在10%的范围内；频率频率 +4 到到 -6% ，一年中有99.5%的时间在1%的范围内。 国家标准电子计算机场地通用规范（GB/T-2887-2000）中关于机房供配电要求： 频率：频率：50Hz， 电压：电压：380V220V，相数：三相五线制或三相四线制单相三线制相数：三相五线制或三相四线制单相三线制：page 11计计算算机机房房供供电电允允许许的的变变化化范范围围 级级别别项项目目A 级级B 级级C 级级电电压压变变化化()-5+5-10+7-15+10频频率率变变化化(Hz)-0.2+0.2-0.5+0.5-l+lUPS的基础知识的基础知识page 12UPS的基础知识的基础知识w供电电源的分类：供电电源的分类：一类供电一类供电：指需要建立不停电供电指需要建立不停电供电的电源系统的电源系统从两个可靠的独立的变电站各自引入一路供电线路；两路电源不会同时检修停电的现象；每条线路平均每月停电次数不大于一次；平均每 次故障时间不应大于0.5小时（供电可用性为99.9）；两路供电线路需配有自动切换装置。page 13UPS的基础知识的基础知识w供电电源的分类：供电电源的分类：二类供电二类供电：指需要建立带备用的供指需要建立带备用的供电系统电系统一路具有上述供电能力的市电输入；一路用户自主起动的备用发电机组；市电平均每月停电次数不应大于3.5次；市电平均每次停电不应大于6小时（供电可用性为99）。page 14注：此处供电电源的可用性应是指注：此处供电电源的可用性应是指UPS的输入端的输入端UPS的基础知识的基础知识w供电电源的分类：供电电源的分类：三类供电三类供电：指一般用户供电指一般用户供电市电平均每月停电次数不应大于4.5次；市电平均每次停电时间不应大于8小时（供电可用性为95）。page 15w负载的供电等级负载的供电等级 一级负载一级负载： 这种负载是指：如果突然中断供电，负载将不能工作，其影响将关系到国计民生的大事，或将会导致重大的人身伤亡和恶性事故的发生。例如国防建设、生产、交通运输、电信、财政、金融、航空管理等部门，一旦因供电突然中断将会造成难以弥补的重大损失。一级负载应采取一类供电，即对负载建立不停电的电源系统。 二级负载二级负载： 这种负载是指：如果突然中断，负载将不能正常运行，在一定的程度上造成一定的损失。例如一些科研单位、计算机过程控制的生产单位等。二级负载应采取二类供电，即需要建立具有备用电源的供电系统。 三级负载三级负载： 这种负载是指：一旦因突然中断供电不会引起过大的损失。UPS的基础知识的基础知识整流器直流逆变器输入输出UPS输出第二路供电三类供电一类供电第一路供电2.隔离作用：隔离作用：将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网骚扰阻挡在负载之前，即使负载对电网不产生骚扰，又使电网中的骚扰不影响负载；page 16wUPS的主要作用的主要作用1.两路电源之间的无间断相互切换；两路电源之间的无间断相互切换；UPS的基础知识的基础知识UPS220Vac220Vac230Vac240Vac(稳压作用)UPS50Hz50Hz60Hz(稳频作用)(频率变换)4.频率变换作用：频率变换作用：输入频率等于或不等于输出频率，如50Hz/50Hz，50Hz/60Hz，包括稳频作用；page 17wUPS的主要作用的主要作用 3.电压变换作用：电压变换作用：输入电压等于或不等于输出电压，如输入电压等于或不等于输出电压，如380V/380V，380V/220V，包括稳压作用；，包括稳压作用；UPS的基础知识的基础知识整流器直流逆变器输入输出电池1)和和5)是保证对负载供电的是保证对负载供电的连续性连续性；2)、3)和和4)是保证对负载供电的是保证对负载供电的质量质量。page 18wUPS的主要作用的主要作用 5.提供一定的后备时间：提供一定的后备时间：UPS的电池贮存一定的能量，在电网停电或的电池贮存一定的能量，在电网停电或间断时继续供电一段时间来保护负载；后备时间为间断时继续供电一段时间来保护负载；后备时间为10分钟、分钟、30分钟、分钟、60分钟或更长。分钟或更长。UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（1）被动后备式）被动后备式(Passive Standby，也称为离线式也称为离线式OFF-Line) 组成组成 充电器 逆变器 电池 滤波器/调压器 工作原理工作原理见右图page 19充电器电池负载交流输入滤波器调压器 / 逆变器正常方式电池后备方式UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（1）被动后备式）被动后备式(Passive Standby，也称为离线式，也称为离线式(OFF-Line)应用：小于应用：小于2KVA的的UPS；优点：电路简单，价格便宜；优点：电路简单，价格便宜；缺点：频率不能调节，切换有间断。缺点：频率不能调节，切换有间断。page 20UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（2）线互动式）线互动式(Line Interactive) 组成：组成： 静态开关 双向逆变器 电池 旁路开关 工作原理：工作原理： 见右图电池负载主交流输入如果只有一路交流输入旁路交流输入逆变器维修旁路静态开关正常方式电池方式旁路方式page 21UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（2）线互动式）线互动式(Line Interactive)应用：应用：此种配置不太适合作为中-大功率为敏感性负载的电源，因为无法进行频率的调节。由于这个原因，在除小功率以外的设备中很少采用这种配置。通常小于10KVA，用于非关键性负载。优点：优点：电路简单，价格便宜；缺点：缺点：频率不能调节，动态特性差。page 22UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（3）双转换式）双转换式(Double Conversion，又称为在线式，又称为在线式On-Line) 基本组成：基本组成： 整流器/充电器 逆变器 静态开关(静态旁路) 手动旁路开关(手动维修旁路) 电池 逆变器串联在交流输入和负载之间 工作原理：工作原理： 见右图如果只有一路交流输入手动维修旁路正常方式电池方式旁路方式整流器充电器/电池负载主交流输入旁路交流输入逆变器静态开关静态旁路()page 23UPS的基础知识的基础知识wUPS的分类和拓扑结构的分类和拓扑结构（3）双转换式）双转换式(Double Conversion，又称为在线式，又称为在线式On-Line) 应用：应用： 在这中配置中，由于使用了静态开关，将负载切换到逆变器所需的时间可以忽略不计； 而且，输出的电压和频率完全独立于输入电压和频率。这意味着这种类型的UPS可以被设计作为频率转换器使用。 实际上，这种类型是中大功率的主要配置（10KVA以上）。 注意： 这种类型的UPS常常被称作“在线式在线式”，这表示负载由逆变器连续供电而不管交流输入电源的状态如何。 优点：稳压稳频、切换无间断；优点：稳压稳频、切换无间断； 缺点：价格昂贵。缺点：价格昂贵。page 24UPS的基础知识的基础知识page 25单机单机UPS的基本组成的基本组成1).整流充电器：整流充电器：由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电源1输入的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。 2).逆变器：逆变器：由IGBT逆 变功率电路和相应的控制电路组成。它将整流充电器输入的直流电 变换为正弦交流电供给负载。3).旁路静态开关：旁路静态开关：由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在逆变器与旁路电源2之间的不间断切换。4).电池电路：电池电路：由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1停 电或超限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式的供电。5).各种隔离保护装置：各种隔离保护装置：a. Q1：整流器输入开关；b. QF1：电池电路保护开关；c. Q4S：电源2或静态旁路输入开关；d. Q5N：逆变器输出开关;e. Q3BP：手动维修旁路开关。负 载 Q5N电 池 主 电 源输 入 旁 路 电源 输 入 QF1Q4SQ3BPQ1UPSw正常运行方式正常运行方式 正常运行方式：提供给负载的所有电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换（AC-DC-AC），双转换模式因此而得名。整流器/充电器对电池进行浮充电以保持电池处于满充状态。手动旁路整流器充电器/电池负载IuI输入I1 浮充或再充电主交流输入旁路交流输入逆变器静态开关UPS的基本运行原理的基本运行原理page 26w电池后备运行方式电池后备运行方式 市电停电或超限、电池放电工作方式：当交流输入电压超出UPS允许的容限范围或市电中断时，继续为负载供电。UPS ，逆变器和电池无间断地投入将持续运行直到电池放电时间终止，或在市电恢复正常时回到正常运行方式。手动旁路整流器充电器/电池负载Iu主交流输入旁路交流输入逆变器静态开关page 27UPS的基本运行原理的基本运行原理w恢复充电运行方式恢复充电运行方式 市电恢复正常(充电)工作方式：提供给负载的电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换，同时整流器/充电器开始给电池进行恢复性充电。手动旁路整流器充电器/电池负载IuI输入I1 浮充或再充电主交流输入旁路交流输入逆变器静态开关page 28UPS的基本运行原理的基本运行原理w旁路运行方式旁路运行方式 当停止逆变器时，负载当停止逆变器时，负载可以无间断地切换到旁可以无间断地切换到旁路交流输入路交流输入(根据安装方根据安装方式的不同由市电或后备式的不同由市电或后备电源供电）电源供电）,引起旁路运引起旁路运行的原因可能是：行的原因可能是： UPS内部故障； 负载电流瞬变电流尖峰(冲击电流或故障电流)； 人为停止逆变器。手动旁路整流器充电器/电池负载I故障I 可由可由两台两台不同容量的不同容量的UPS组成，组成，主机带重要负载主机带重要负载，备机带次要负载或不备机带次要负载或不带载带载；主机到备机的切换无间断。；主机到备机的切换无间断。 优点：可靠性最高；连接简单；后备时间延长。优点：可靠性最高；连接简单；后备时间延长。 缺点：不能增容；过载能力不能增大。缺点：不能增容；过载能力不能增大。手动维修旁路静态开关(静态旁路)逆变器整流器/充电器电池正常交流输入旁路交流输入负载A手动维修旁路静态开关(静态旁路)逆变器整流器/充电器电池正常交流输入主主机机U UP PS S备备机机U UP PS S负载Bpage 31UPS的基本运行原理的基本运行原理w提高提高UPS可靠性的方法可靠性的方法直接并联直接并联 由由2 2到到4 4台台单机型单机型UPSUPS组成，组成，每台每台UPSUPS具有各自的静态具有各自的静态旁路，可实现：旁路，可实现：并联冗余；并联冗余；并联增容。并联增容。 优点：并联简单；不增大优点：并联简单；不增大占地；价格适当；负载均占地；价格适当；负载均分。分。 缺点：所有缺点：所有UPS的旁路必的旁路必须是同一路电源；可靠性须是同一路电源；可靠性略低。略低。手动维修旁路静态开关(静态旁路)逆变器整流器/充电器电池正常交流输入旁路交流输入手动维修旁路静态开关(静态旁路)逆变器整流器/充电器电池正常交流输入旁路交流输入负载U UP PS S1 1U UP PS S2 2page 32UPS的基本运行原理的基本运行原理w提高提高UPS可靠性的方法可靠性的方法公共旁路并联公共旁路并联 由由2到到6台同等容量的并台同等容量的并联型联型UPS组成，采用大组成，采用大容量的公共静态旁路开容量的公共静态旁路开关柜，以便实现：关柜，以便实现：并联冗余；或并联冗余；或并联增容。并联增容。 优点：公共旁路过载能优点：公共旁路过载能力大；可靠性高。力大；可靠性高。 缺点：占地面积大；价缺点：占地面积大；价格昂贵。格昂贵。手动维修旁路静态开关(静态旁路)旁路交流输入负载逆变器整流器/充电器电池正常交流输入逆变器整流器/充电器电池正常交流输入逆变器整流器/充电器电池正常交流输入公公共共静静态态旁旁路路开开关关柜柜U UP PS S1 1U UP PS S2 2U UP PS S3 3page 33UPS的基本运行原理的基本运行原理UPS的常用技术指标的常用技术指标基本技术指标基本技术指标page 34如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 主输入电压U1：380V15%主输入频率F1：50Hz 10% 输入范围越宽，对市电的要求越低，电池放电的机会越少，受市电影响也越小。启动电流：小于In（额定电流） UPS应具有斜坡启动的功能，以减小启动电流对电网的冲击，造成输入开关跳闸。输入功率因数PF：0.8(SCR-6p)或0.9(SCR-12p)，0.95(SCR+IGBT)，0.99(PFC+IGBT)输入电流谐波总失真度THDI：30%(SCR)，20% 到30% (SCR + IGBT)，10%(SCR-12p)，5% (PFC+IGBT) THDI越大，对电网注入的谐波含量越大，特别是使用发电机时应注意。UPS的常用技术指标的常用技术指标基本技术指标基本技术指标page 35如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 旁路输入电压U2：380V 10%旁路输入频率F2：50Hz 10% 输入范围越宽，要求负载的输入范围也越宽短路电流ISC2：xxKA 表示静态旁路的短路承受能力，对下线的保护装置很重要注：注：建议主电源与旁路电源采用分离供电方式，因为这样能提高系统的整体可靠性；但如果主低压开关柜中没有两个分离的回路时，主交流输入和旁路交流输入也可以由同一主电源提供(分为二根电缆)。UPS的常用技术指标的常用技术指标基本技术指标基本技术指标page 36如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 稳态输出电压：380V+0.5% 到 +3% 输出电压越精确,对计算机的供电越稳定，但IEC标准仅要求小于5%,计算机即可接受同步跟踪速率：0.5Hz/秒到2Hz/秒 同步速率越快，输出电压的波动也越大，有利于热备份联结；同步速率越慢，对输出电压的波动也越小，有利于直接并联动态响应：+5%，恢复时间10到20毫秒 动态电压越小，表示动态调整能力越强，适应负载变化的能力越强；响应时间越短，表示恢复速度越快，适应非线性负载的能力越强输出功率因数：0.8滞后，(IEC标准)输出电压总谐波失真度THDU：2% 到5%（线性负载或非线性负载）UPS的常用技术指标的常用技术指标基本技术指标基本技术指标page 37如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 三相输出电压不平衡度在100%不平衡负载电流下的最大不平衡电压： 30%不平衡度时小于+1%，100%不平衡度时小于+5%averageminmaxUUUx100nminmaxIIIx100输出电流峰值因数：大于等于3：1 峰值因数高，则承受非线性负载的能力强逆变器过载能力：125%10分钟； 150%1分钟 逆变器同时应具有限流能力旁路过载能力：10倍额定电流承受20毫秒旁路与逆变器的切换时间：小于等于5毫秒并机负载电流不平衡度：小于等于5UPS的常用技术指标的常用技术指标经济技术指标经济技术指标page 38如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 空载损耗 小于等于额定容量的10%满载损耗 反应一次性投资的效益，例如损耗小则意味着导线的截面减小，开关的容量减小，环境空调的容量减小。wUPS主机效率主机效率50%负载时的效率100%负载时的效率 10KVA以上应大于等于90%；反应长期运行的经济效益，特别是轻载或并联运行时很有意义。UPS的常用技术指标的常用技术指标其它技术指标其它技术指标page 39如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U 55dBA到75dBA 取决于UPS容量w重量，体积，占地面积等重量，体积，占地面积等w平均无故障时间平均无故障时间 MTBF单机大于20万小时双机热备份为55万小时公共旁路并联为50万小时双机直接并联为45万小时w平均修理时间平均修理时间 MTTR ：2到10小时w电池管理功能电池管理功能wUPS与计算机智能通讯功能与计算机智能通讯功能UPS的常用技术指标的常用技术指标其它技术指标其它技术指标page 40如 果 只 有 一路 交 流 输 入手 动 旁 路整 流 器充 电 器/电 池负 载主 交 流 输 入上 线 母 排上 线 T H D U下 线 T H D U IEC62040 ：UPS性能及安全IEC60950 ：UPS安全IEC61000-2-2 ：低频传导干扰IEC61000-3-2 ，-4：小于等于16A和大于16A的谐波干扰IEC61000-3-5 ：电压波动干扰IEC61000-4-2 ：抗静电放电IEC61000-4-3 ：抗射频磁场IEC61000-4-4 ：抗瞬态电冲击IEC61000-4-5 ：抗浪涌能力w认证证书认证证书ISO9001 ：设计，生产，销售，服务，ISO14001：环境保护独立实验室认证