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不間斷電源(UPS)在通信領(lǐng)域應用十分廣泛。在通信機房中安裝UPS(不間斷電源)供電系統越來(lái)越普遍。一個(gè)設計良好的UPS供電系統能給負載提供優(yōu)質(zhì)電源。如何建立一個(gè)合理的、安全的UPS供電系統成為大家關(guān)注的問(wèn)題。筆者從UPS供電系統配置各方面進(jìn)行論述，以供同行參考。
1對UPS前級供電系統的要求
UPS可以向負載提供穩壓精度高、穩頻、波形失真度小的高質(zhì)量電源，并且在與靜態(tài)旁路切換時(shí)可以做到供電無(wú)間斷。但要做到這點(diǎn)，它的前級供電質(zhì)量不容忽視。我們在設計通信機房前級供電系統時(shí)，應考慮以下幾個(gè)方面：
(1)前級供電系統電源質(zhì)量不宜太差，電壓及頻率應穩定在正常范圍。一般地講，大容量UPS主機輸入電壓范圍應為380V±15％。電壓過(guò)低，將使UPS備用電池頻繁放電，最終因長(cháng)期處于欠壓充電狀態(tài)而大大縮短它的使用壽命；相反，電壓過(guò)高，則易引起逆變器損壞。對于旁路輸入，其電壓和頻率波動(dòng)也有一定的范圍，一般為額定電壓±10％，額定頻率±15％。如果前級電源變化范圍過(guò)大，就會(huì )導致逆變器和旁路電源之間的切換被禁止或有間斷。因此，如果通信機’房的前級電網(wǎng)在電壓范圍上達不到要求，應在UPS前級配置合適的抗干擾交流穩壓電源，但不宜采用電子管型交流穩壓器或磁飽和穩壓器，因為這兩類(lèi)穩壓器在開(kāi)機時(shí)可產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，輸出波形失真度也較大，易造成UPS故障。
(2)前級供電系統中不應當帶有頻繁啟動(dòng)負載，比如經(jīng)常使用的電梯，頻繁開(kāi)啟的空調等。原因是在這些負載開(kāi)、關(guān)機時(shí)會(huì )出現瞬間高低壓，使供電線(xiàn)路上電壓波形失真度過(guò)大，造成UPS市電旁路供電與逆變器供電轉換控制電路誤動(dòng)作，進(jìn)而引起同步控制電路故障。所以在條件許可下，宜將UPS電源盡可置于電網(wǎng)輸入的前端。
(3)前級供電系統中的交流發(fā)電機組容量應適當放大。大多數通信機房都備有發(fā)電機組，以解決較長(cháng)時(shí)間停電難以供電問(wèn)題。但在配置發(fā)電機組時(shí)，其容量應考慮不少于UPS電源額定輸出功率的1.5~2倍，以保證發(fā)電機輸出電壓、頻率正常，并改善其波形失真度。
2UPS容量的確定
根據負載容量及性質(zhì)，選擇適當的UPS，既可保證UPS的供電質(zhì)量，降低故障率，又可節省投資，提高經(jīng)濟效益。一般來(lái)說(shuō)，UPS容量的確定主要是要滿(mǎn)足當前負載的需要，同時(shí)，也要考慮幾個(gè)因素：
(1)負載性質(zhì)對UPS輸出功率的影響。當前大部分UPS生產(chǎn)廠(chǎng)家在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中所給的輸出功率都是指負載功率因數為-0.8(滯后)時(shí)的值，而UPS電源實(shí)際可帶的負載量是與負載功率因數密切相關(guān)的。當負載為純電阻性或電感性時(shí)，逆變器在額定功率下其有功功率將有所下降。所以在考慮UPS容量時(shí)，對不同的負載功率因數要進(jìn)行功率折算。通?？勺鬟@樣的估算：假設負載功率因數為-0.8(滯后)時(shí)UPS額定功率為1kVA，則當功率因數為-0.9和-1.0時(shí)，輸出功率分別約為0.9～0.92kVA和0.74~0.77kVA。對于計算機類(lèi)負載，只要負載的峰值系數在UPS允許的范圍內，UPS基本上可以輸出額定功率，對于電感性負載，則需酌情加大UPS容量。
(2)UPS容量較負載不宜過(guò)大，以免使其過(guò)度輕載運行。過(guò)度輕載運行雖有利于降低逆變器的損壞概率，但可能造成市電停電時(shí)，電池放電電流過(guò)小而放電時(shí)間偏長(cháng)，在電池保護裝置故障時(shí)，電池組被深度放電，而遭永久性損壞。
(3)UPS容量不宜過(guò)小，以免使其長(cháng)期處于重載運行狀態(tài)。這樣雖可節省一部分投資，但由于逆變器處于重載運行，其輸出波形將發(fā)生畸變，輸出電壓幅值抖動(dòng)過(guò)大。這樣既不能為負載提供優(yōu)質(zhì)電源，還極易造成UPS逆變器的損壞，所以，即使從經(jīng)濟角度講也是得不償失。根據目前一些UPS廠(chǎng)家推薦，UPS負載量不宜長(cháng)期超過(guò)其額定容量的80％。
(4)對于通信機房面積較大，負載不斷分期擴容的情況，在首期配置UPS容量時(shí)，應適當考慮中遠期發(fā)展趨勢，并在選型中挑選可并機或多機運行的機型，以使中遠期負載容量增大時(shí)，通過(guò)UPS并機擴大其輸出容量。相應地，配置UPS輸入輸出配電屏時(shí)，應預留多臺UPS的輸入開(kāi)關(guān)和中遠期的負荷分路開(kāi)關(guān)，以便于今后擴容。
3正確配置UPS后備電池
為保證電網(wǎng)停電時(shí)，也能利用UPS電源繼續向計算機提供高質(zhì)量供電，后備電池的配置尤為重要。當負載不允許被中供電時(shí)，通信機房?jì)?/font>UPS電池后備時(shí)間應大于從市電中斷到恢復的時(shí)間或到發(fā)電機組正常供電所需時(shí)間(前級供電系統配有發(fā)電機組)。若此段時(shí)間較長(cháng)，則應配置外接的長(cháng)延時(shí)的電池組，但此時(shí)應確認UPS內部整流器有能力對外接大容量電池組進(jìn)行充電，否則應配置外接充電器。電池容量選擇應遵循以下原則：即電池必須在后備時(shí)間內供電給逆變器，且在額定負載下，電池組電壓不應下降到逆變器所允許的最低電壓以下。在布置機房設備排列時(shí)，應盡量使電池組靠近UPS主機，縮短兩者連線(xiàn)長(cháng)度，增大連線(xiàn)截面積，以降低連線(xiàn)自感量和線(xiàn)路壓降。電池組可安裝在電池柜內，也可安裝在敞開(kāi)的電池架中，前者美觀(guān)、整潔，但對樓板承重要求較高，后者可分散承重，且散熱性好，但占地面積多，易積塵，給維護帶來(lái)不便。
4通過(guò)冗余方式增加供電可靠性
為了提高UPS供電的可靠性，可采用多種UPS冗余連接方式。各種方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮方案時(shí)要根據實(shí)際負載情況，選擇合適的模式。冗余連接方式大致有以下三種：
(1)雙機主從式熱備份。將作為從機的UPSl輸出接到另一臺作為主機的UPS2的旁路輸入，正常運行時(shí)由UPS2供電，UPSl處于備份。當UPS2故障時(shí)，負載切換至UPS2旁路，由UPSl承擔負載供給任務(wù)。此系統結構及控制簡(jiǎn)單，但存在以下缺點(diǎn)：主機長(cháng)時(shí)間工作，而從機處于長(cháng)期待機狀態(tài)，兩機的元件老化程度不均勻；在從機供電的狀態(tài)下，主機靜態(tài)旁路故障時(shí)將導致系統供電失??；系統負載不能超過(guò)單機容量且以后無(wú)法擴容。
(2)功率均分并聯(lián)備份。該系統將兩臺或多臺UPS逆變單元并聯(lián)運行，正常時(shí)兩臺(或多臺)逆變器同時(shí)向負載均分供電。當其中一臺故障時(shí)，該UPS從系統中脫離，用戶(hù)所需負載電流，由剩余逆變器按新的份額重新分配供電。此種方式目前有兩種結構，一種是UPS通過(guò)外加并機柜方式并聯(lián)，并機柜提供同步及多機均流控制，同時(shí)提供并聯(lián)系統的總靜態(tài)旁路；另一種是在每臺UPS內安裝一套邏輯控制板，控制各臺機器的同步及均流輸出。此方案的優(yōu)點(diǎn)是易于擴容(采用并機柜方式時(shí)應將并機柜按終期考慮)，通過(guò)冗余備份提高供電可靠性，但也存在缺點(diǎn)：(a)采用并機柜方式的，并機柜成為系統的公共瓶頸點(diǎn)，一旦它內部失控或故障，會(huì )導致整個(gè)系統供電失敗。(b)由于各臺UPS輸出量參數難以保持完全一致，導致各UPS在向負載供電同時(shí)，還在UPS內部的逆變器間形成環(huán)流。當環(huán)流過(guò)大，將直接危及逆變器安全。此外，如果各UPS向負載供電的電流差異過(guò)大，將使逆變器的功率放大元件老化速度失衡，也會(huì )引發(fā)故障。一般來(lái)說(shuō)，供電系統中并機數量越多，UPS電源系統發(fā)生故障的概率也越大。
(3)并聯(lián)熱備份。該系統將兩臺UPS的電池組輸入、整流器輸出及逆變器輸出并聯(lián)，共用旁路。正常時(shí)兩臺整流器同時(shí)向兩逆變器供電，并向兩組電池充電，通過(guò)逆變器輸出靜態(tài)開(kāi)關(guān)選擇其中一臺逆變器向負載電，兩臺整流器和逆變器分別互為備用。只有當兩臺逆變器同時(shí)故障時(shí)，系統將負載切至共同靜態(tài)旁路，由市電繼續向負載供電。該方案沒(méi)有瓶頸故障點(diǎn)，任何一臺UPS局部或整體故障，系統仍能繼續向負載供電，由于真正輸出只有一臺逆變器，故也不存在逆變器間的環(huán)流，但由于此模式類(lèi)似單機運行模式，帶載能力相對差且不易擴容。
5供電系統應具備智能性
為了保證供電系統能長(cháng)期不間斷運行，UPS必須具有智能性，對運行中的UPS狀態(tài)自動(dòng)檢測，對UPS故障及時(shí)發(fā)現。診斷和處理，并減少因故障或檢修而造成的間斷，同時(shí)，作為通信機房動(dòng)力系統的一部分，應提供通信協(xié)議，以便納入動(dòng)力集中監控網(wǎng)絡(luò )內。因此，在系統設計時(shí)，我們應考慮到這些因素。一般來(lái)說(shuō)，作為智能性的UPS應具備下列功能：
(1)實(shí)時(shí)監測功能。監視電路中各部分狀態(tài)，隨時(shí)獲取主機工作時(shí)的有關(guān)參數。
(2)人機交互功能?？砂磳?shí)際運行情況，通過(guò)程序修改，重新設置UPS內部的各種臨界工作點(diǎn)閥值，也可讀取UPS電源各種工作參數。
(3)故障診斷功能。對監測到的不正常參數及時(shí)分析，及早發(fā)現故障苗頭，顯示其性質(zhì)、部位，給出處理方法，并自動(dòng)記錄有關(guān)信息。
(4)遠程監控功能。提供一個(gè)遠程計算機接口，能通過(guò)RS232或RS485接口經(jīng)調制解調器實(shí)現與異地計算機終端通訊，達到遙測和遙信的目的。
6結束語(yǔ)
在設計通信機房UPS供電系統時(shí)，我們既要節省投資，又要考慮系統的可靠性、靈活性，為通信設備及計算機負載提供有效的動(dòng)力保障。
開(kāi)關(guān)，以便于今后擴容。
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