計算機在通信系統(tǒng)中的廣泛應用，對供電質(zhì)量提出了越來越高的要求,，由此在通信機房中安裝UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)變得越來越普遍。一個設計良好的UPS供電系統(tǒng)能給負載提供優(yōu)質(zhì)電源,，然而在實際應用中,，許多問題又往往是UPS供電系統(tǒng)本身引起的。因此,，如何建立～個合理的,、安全的UPS供電系統(tǒng)成為大家關注的問題。本文將從UPS供電系統(tǒng)設計角度對這一問題進行探討

對UPS前級供電系統(tǒng)的要求

UPS可以向負載提供穩(wěn)壓精度高,、穩(wěn)頻,、波形失真度小的高質(zhì)量電源，并且在與靜態(tài)旁路切換時可以做到供電無間斷,。但要做到這點,，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(tǒng)時,，應考慮以下幾個方面：

前級供電系統(tǒng)電源質(zhì)量不宜太差,，電壓及頻率應穩(wěn)定在正常范圍。一般地講,，大容量UPS主機輸人電壓范圍應為380V±15%,。電壓過低，將使UPS備電池頻繁放電,，最終因長期處于欠壓充電狀態(tài)而大大縮短它的使用壽命,，相反，電壓過高,，則易引起逆變器損壞,。對于旁路輸入，其電壓和頻率波動也有～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大,，就會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*交流穩(wěn)壓電源，但不宜采用電子管型交流穩(wěn)壓器或磁飽和穩(wěn)壓器,，因為這兩類穩(wěn)壓器在開機時可產(chǎn)生瞬時高壓,，輸出波形失真度也較大，易造成UPS故障,。

前級供電系統(tǒng)中不應當帶有別的頻繁啟動負載,，比如經(jīng)常使用的電梯，頻繁開啟的空調(diào)等,。原因是在這些負載開,、關機時會出現(xiàn)瞬間高低壓,，使供電線路上電壓波形失真度過大，造成UPS市電旁路供電與逆變器供電轉(zhuǎn)換控制電路誤動作,，進而引起同步控制電路故障,。所以在條件許可下，宜將UPS電源盡可耀于電網(wǎng)輸入的前端,。

前級供電系統(tǒng)中的交流發(fā)電機組容量應適當放大,。大多數(shù)通信機房都備有發(fā)電機組，以解決較長時間停電難以供電問題,。但在配置發(fā)電機組時,，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。

UPS容量的確定

根據(jù)負載容量及性質(zhì),，選擇適當?shù)腢PS,，既可保證UPS的供電質(zhì)量，降低故障率,，又可節(jié)省投資,，提高經(jīng)濟效益。一般來說,，UPS容量的確定主要是要滿足當前負載的需要,，同時，也要考慮幾個因素：

負載性質(zhì)對UPS輸出功率的影響,。當前大部分UPS生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品說明書中所給的輸出功率都是指負載功率因數(shù)為一0.8(滯后)時的值,，而UPS電源實際可帶的負載量是與負載功率因數(shù)密切相關的，當負載為純電阻性或電感性時,，逆變器在額定機在功率下其有功功率將有所下降,。所以在考慮UPS容量時，對不同的負載功率因數(shù)要進行功率折算,，通?？勺鬟@樣的估算：假設負載功率因數(shù)為一0.8(滯后)時UPS額定功率為1KVA，則當功率因數(shù)為一0.9和-1.0時,，輸出功率分別約為0.9-0.92kVA和0.74-0.77kVA,。對于計算機類負載，只要負載的峰值系數(shù)在UPS允許的范圍內(nèi),，UPS基本上可以輸出額定功率,，對于電阻性或電感性負載，則需酌情加大UPS容量,。

UPS容量較負載不宜過大,，使其過度輕載運行,。過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,，電池放電電流過小而放電時間偏長,，在電池保護裝置故障時，電池組被深度放電,，而遭永久性損壞,。

UPS容量不宜過小，使其長期處于重載運行狀態(tài),。這樣雖可節(jié)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,，輸出電壓幅值抖動過大,。這樣既不能為負載提供優(yōu)質(zhì)電源，還極易造成UPS逆變器的本級驅(qū)動元件損壞,，所以,，即使從經(jīng)濟角度講也是得不償失。根據(jù)目前一些UPS廠家推薦,，UPS負載量不宜長期超過其額定容量的80%,。

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,，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,，通過UPS并機擴大其輸出容量。相應地,，配置UPS輸入輸出配電屏時,，應預留多臺UPS的輸入開關和中遠期的負荷分路開關，以便于今后擴容,。

供電系統(tǒng)的電氣隔離及接地

一般來說，電網(wǎng)中經(jīng)常存在差模噪擾和共模噪擾,，這些噪擾對計算機正常運行存在著不同程度*,。另外，零線電位的偏移也會對計算機運行造成影響,。所以在考慮UPS供電方案時應采取措施把這些影響減少到最小,。傳統(tǒng)的UPS通過內(nèi)部的工頻輸入及輸出變壓器來實現(xiàn)負載和電網(wǎng)間的電隔離和電壓匹配，抑制來自電網(wǎng)的共模及差模噪擾電壓,，使其不致耦會到計算機電源,。此類UPS的輸出零點是取自隔離變壓器次級Y型繞組的中性點,。為保證輸出零點電壓不偏移，應從通信機房的交流工作接地排上單獨引線至該輸出點,。

為了解決通信機房面積窄小及樓板荷載能力不足問題,，近年來，出現(xiàn)了采用高頻鏈結(jié)構(gòu)的不含輸出隔離變壓器的UPS,。由于采用了高頻變壓器代替工頻變壓器,，其體積重量明顯減小，但因為其輸出瑞直接通過變換元件輸出,，一定程度上存在直流高壓過人負載的危險,，而且在三相負載不平衡情況下，還存在電壓零點偏移問題,。中性線與地線間的電壓可達十幾伏甚至更高,，大大超出一些計算機廠家的要求。所以對于大型計算機網(wǎng)絡等比較重要的負載,，供電系統(tǒng)應盡量采用帶工頻隔離變壓器的UPS,。

正確配置UPS后備電池

為保證電網(wǎng)停電時，也能利用UPS電源繼續(xù)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，通信機房內(nèi)UPS電池后備時間應大于從市電中斷到恢復的時間或到發(fā)電機組正常供電所需時間(前級供電系統(tǒng)配有發(fā)電機組),，若此段時間較長,，則應配置外接的長延時的電池組，但此時應確認UPS內(nèi)部整流器有能力對外接大容量電池組進行充電,，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間內(nèi)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，應盡量使電池組靠近UPS主機,，縮短兩者連線長度,，增大連線截面積，以降低連線自感量和線路壓降,。電池組可安裝在電池柜內(nèi),，也可安裝在敞開的電池架中，前者美觀,。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，給維護帶來不便,。

通過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,，考慮方案時要根據(jù)實際負載情況,，選擇合適的模式。

當前冗余連接方式大致有以下三種：

將作為從機的UPS1輸出接到另一臺作為主機的UPS2的旁路輸入,，正常運行時由UPS2供電,，UPS1處于備份。當UPS2故障時,，負載切換至UPS2旁路,，由UPS1承擔負載供給任務。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制簡單,，但存在以下缺點：主機長時間工作,，而從機處于長期待機狀態(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)旁路故障時將導致系統(tǒng)供電失敗;系統(tǒng)負載不能超過單機容量且以后無法擴容,。

用戶所需負載電流，由剩余逆變器按新的份額重新供電,。此種方式目前有兩種結(jié)構(gòu),，一種是UPS通過外加并機柜方式并聯(lián)，并機柜提供同步及多機均流控制,，同時提供并聯(lián)系統(tǒng)的總靜態(tài)旁路;另一種是在每臺UPS內(nèi)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)點是易于擴容(采用并機柜方式時應將并機柜按終期考慮),，通過冗余備份提高供電可靠性,，但也存在缺點：(a)采用并機柜方式的，并機柜成為系統(tǒng)的公共瓶頸點,，一旦它內(nèi)部失控或故障,，會導致整個系統(tǒng)供電失敗。(b)由于各臺UPS輸出量參數(shù)難以保持完全一致,，導致各UPS在向負載供電同時,，還在UPS內(nèi)部的逆變器間形成環(huán)流，當環(huán)流過大,，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大,，將使逆變器的功率放大元件老化速度失衡,，也會引發(fā)故障，一般來說,，供電系統(tǒng)中并機數(shù)量越多,，UPS電源系統(tǒng)發(fā)生故障的概率也越大。

該系統(tǒng)將兩臺UPS的電池組輸入,，整流器輸出及逆變器輸出并聯(lián),，并共用旁路，正常時兩臺整流器同時向兩逆變器供電,，并向兩組電池充電,，通過逆變器輸出靜態(tài)開關選擇其中一臺逆變器向負載供電，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故障時,，系統(tǒng)將負載切至共同靜態(tài)旁路，由市電繼續(xù)向負載供電,。該方案沒有瓶頸故障點,，任何一臺UPS局部或整體故障，系統(tǒng)仍能繼續(xù)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，但由于此模式類似單機運行模式,，帶載能力相對差且不易擴容,。

供電系統(tǒng)應具備智能性

為了保證供電系統(tǒng)能長期不間斷運行，UPS必須具有智能性,，對運行中的UPS狀態(tài)自動檢測,，對UPS故障及時發(fā)現(xiàn)。診斷和處理,，并減少因故障或檢修而造成的間斷,，同時，作為通信機房動力系統(tǒng)的一部分,，應提供通信協(xié)議,，以便納入動力集中監(jiān)控網(wǎng)絡內(nèi)。因此,，在系統(tǒng)設計時,，我們應考慮到這些因素。

一般來說,，作為智能性的UPS應具備下列功能：

監(jiān)視電路中各部分狀態(tài),，隨時獲取主機工作時的有關參數(shù),。

可按實際運行情況，通過程序修改,，重新設置UPS內(nèi)部的各種臨界工作點閥值,，也可讀取UPS電源各種工作參數(shù)。

對監(jiān)測到的不正常參數(shù)及時分析,，及早發(fā)現(xiàn)故障苗頭,，顯示其性質(zhì)、部位,，給出處理方法,，并自動記錄有關信息。

提供一個遠程計算機接口,，能通過RS232或RS485接口經(jīng)調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)與異地計算機終端通訊,，達到遙測和遙信的目的。

一個UPS供電方案的好壞,，直接決定了通信機房內(nèi)重要負載是否能正常運行,。在設計通信機房UPS供電系統(tǒng)時，我們既要節(jié)省投資,，又要考慮系統(tǒng)的可靠性,、靈活性，為通信設備及計算機負載提供有效的保障,。

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