近幾年來隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種通信設(shè)備和系統(tǒng)對不間斷電源的需求日益加大，而在通信機房中安裝UPS供電系統(tǒng)也變得越來越普遍。一個設(shè)計良好的UPS供電系統(tǒng)能給負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源，然而在實際應(yīng)用中，許多問題又往往是UPS供電系統(tǒng)本身引起的。因此，如何實際一個合理的供電方案，也成為大家關(guān)注的問題。在具體設(shè)計一個UPS供電方案時，必須將行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求和實際需求結(jié)合起來，綜合考慮多方面因素，下面僅從標(biāo)準(zhǔn)角度出發(fā)將幾點需要考慮的方面進(jìn)行簡單分析。  

    1、輸入電壓的可變范圍  

    通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T1095-2000《通信用不間斷電源——UPS》規(guī)定輸入電壓分為三類：第一類為±25%;第二類為±20%;第三類為10%——15%�？傮w來講，輸入電壓可變范圍越寬，則負(fù)載由電池逆變供電的機會越少，可以有效地延長電視的使用壽命。但后備式及互動式UPS其電路拓?fù)錄Q定它的輸入電壓范圍不可能很寬，否則其輸出電壓穩(wěn)定精度就很差。一般地將，大容量UPS主機輸入電壓范圍為380±15%。電壓過低，將使UPS后備電池頻繁放電，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，則容易引起逆變器損壞。對于旁路輸入，其電壓和頻率波動也有一定的范圍，一般為額定電壓±10%，額定頻率±15%，如果前級電源變化范圍過大，就會導(dǎo)致逆變器和旁路電源之間的切換被禁止或者有間斷。因此，如果通信機房的前級電網(wǎng)在帶你呀范圍上達(dá)不到要求，應(yīng)在UPS前級配置合適的抗干擾交流穩(wěn)壓電源。  

    2、輸入電壓頻率  

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輸入頻率范圍為50Hz±4%。在要求的輸入頻率范圍內(nèi)，負(fù)載由市電變換后供電，當(dāng)頻率超出范圍時由電池逆變供電。因此輸入頻率范圍越寬則啟用電池工作的機會越少，可以延長電池的壽命。特別是市電停后供電油機的頻率變化范圍是很寬的。目前市場上較好的UPS輸入頻率范圍可達(dá)50±5Hz。  

    3、輸入功率因數(shù)  

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為三類：第一類為≥0.95，第二類為≥±0.90，第三類為≥0.85。UPS作為供電系統(tǒng)中的中間環(huán)節(jié)，它本身具有雙重性格：對于上一級供電設(shè)備(電網(wǎng))，它是一個交流負(fù)載;而對于下一級負(fù)載，它是一個交流電源，是電網(wǎng)的一部分。如果把UPS與UPS的負(fù)載當(dāng)成一個整體，作為上一級電網(wǎng)的交流負(fù)載出現(xiàn)時，它的功率因數(shù)由兩部分決定：UPS負(fù)載的功率因數(shù)和UPS的電路結(jié)構(gòu)形式。這時的功率因數(shù)，叫做“UPS輸入功率因數(shù)”。  

    后備式和在線互動式UPS的輸入功率因數(shù)等于UPS輸出負(fù)載的功率因數(shù)，他們本身不生產(chǎn)附加的功率因數(shù)失真。傳統(tǒng)雙變換在線式UPS由于輸入側(cè)的變換器是整流濾波電路，它的輸入功率因數(shù)較低，小于0.8，并且和UPS輸出端的負(fù)載性質(zhì)無關(guān)。雙變換式UPS附加有源功率因數(shù)校正電路(PFC)后，輸入功率因數(shù)可達(dá)0.99，且不受UPS輸出端負(fù)載性質(zhì)影響。  

    輸入低功率因數(shù)PF太低是供電電網(wǎng)不允許的，輸入功率因數(shù)低，意味著輸入無功功率大，輸入諧波電流污染市網(wǎng)，以脈動的繼續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動電流在外電網(wǎng)沿路阻抗上形成脈動電壓疊加在電網(wǎng)電壓的正弦波上，造成電壓失真，這就是所謂的電力公害。

        4、輸入電流諧波  

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為三類：第一類為<5%;第二類為<15%，第三類為<25%。輸入電流諧波成分THD(TotalHarmonicDistortion)是指輸入電流中非基次電流占總電流的百分比，諧波成分越少表示及其性能越優(yōu)，這是一個非常重要的指標(biāo)要求。另功率因數(shù)PF與電流諧波THD有一定的聯(lián)系。在輸入電壓無失真的條件下，且像移角為0°，實際還是有一定的相差特別是傳統(tǒng)在線式，因此在同樣的PF值時，THD值比表1中的要小�！　�  

    5、輸出電壓穩(wěn)壓精度  

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輸出電壓穩(wěn)壓精度分為三類：第一類為±1%，第二類為±3%，第三類為5%。用電設(shè)備的不同，對輸出電壓的精度也有不同的要求，如路由器、服務(wù)器等高端用電設(shè)備就對輸出電壓穩(wěn)壓精度有較高的要求，目前市場上采用雙變換在線式電路拓?fù)�，及運用DSP(DisgitalSignalPSrocessingTechnolgy)技術(shù)，穩(wěn)壓精度大大提高，可以達(dá)到≤1%。

    6、輸出波形失真度

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輸出波形失真度分為三類：第一類為≤2%;第二類為≤3%;第三位為≤5%(線性負(fù)載)。波形失真度是諧波成分與諧波、基波之和的百分比，該指標(biāo)越小越好。目前運行方式為后備式及互動式的UPS系統(tǒng)該指標(biāo)在第三類左右，而采用DSP控制的在線式UPS能有效地降低波形失真度，精度較高，目前應(yīng)用以比較普遍。

    7、輸出功率因數(shù)

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輸出功率因數(shù)≤0.8。

    UPS的“輸出功率因數(shù)”這個概念是衡量UPS輸出能力的一個指標(biāo)。顯然，這里UPS是作為負(fù)載的供電設(shè)備出現(xiàn)的，而“功率因數(shù)”這個概念是專為負(fù)載量身定做的，它反映的是負(fù)載的某些性質(zhì)。于是我們借用“功率因數(shù)”的概念加上“輸出”兩字，來表述作為供電設(shè)備的UPS的輸出能力。

    UPS的“輸出功率因數(shù)”的大小是由UPS負(fù)載的功率因數(shù)決定的，我們認(rèn)為負(fù)載功率因數(shù)越大，它獲得有功功率的能力越強，但是由負(fù)載功率因數(shù)決定的“輸出功率因數(shù)”越大，表示UPS的輸出能力越小，由于UPS不可能滿足任意非線性負(fù)載的要求，故約定以計算機類負(fù)載的輸入功率因數(shù)作為UPS的輸出功率因數(shù)指標(biāo)，約定≤0.8。用一個由UPS負(fù)載性質(zhì)決定，而不是由它本身決定的技術(shù)指標(biāo)，來衡量UPS輸出能力的好壞，而又以計算機類設(shè)備為默認(rèn)的負(fù)載，那么輸出功率因數(shù)≤0.8這個指標(biāo)的意義就不難理解了。充分理解這個指標(biāo)的含義后，我們在根據(jù)負(fù)載容量決定UPS系統(tǒng)總?cè)萘繒r要充分考慮這個指標(biāo)。

    8、切換時間

    有兩個切換：一個市電電池間切換時間，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為三類：第一類為0ms，第二類為<4ms，第三類為大于4ms。電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，則市電電池卻換時間不同。一般在線式UPS因市電及電池都變換為一個中間直流電壓，而這個中間直流電壓都有比較大的電解電容，因此在線式UPS市電電池見切換時間為0ms。而后備式或互動式是通過繼電器進(jìn)行切換，一般存在一個幾個毫秒的切換時間。這個切換只要市電不良就會發(fā)生。

    另一切換時間就是逆變旁路切換時間，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為三類，I類分為1ms，II類分為<4ms，III類分為>4ms。在線式UPS一般在開機瞬間或過載或過溫或整流逆變通路故障造成輸出電壓不正常時，USP會切換到旁路供電。應(yīng)該說這個轉(zhuǎn)換發(fā)生的概率小于上面因市電不良而切換的概率。對于小功率UPS，這個切換一般采用繼電器便能完全滿足要求，但在大功率中因大繼電器動作時間長，一般采用SCR實現(xiàn)。

    在選擇UPS系統(tǒng)時，對低端用電設(shè)備如普通計算機來講，上述指標(biāo)沒有太大的意義，不會直接影響到設(shè)備的運行，但對于高端設(shè)備如服務(wù)器來說，后備式和互動式系統(tǒng)的供電質(zhì)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須選用在線式系統(tǒng)。

    9、電池組智能管理功能

    標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：UPS應(yīng)具有定期對電池組進(jìn)行自動浮充、均充轉(zhuǎn)換，電池組自動溫度補償及電池組放電記錄功能。

    蓄電池是UPS重要組成部分，也是UPS中的薄弱環(huán)節(jié)。由于蓄電池的成本可能超過USP主機本身，且其運行穩(wěn)定與否直接影響到整個系統(tǒng)的工作。目前UPS出現(xiàn)的故障，很大比例是電池故障或由電池引起。因此如何提高電池的壽命是大家所關(guān)注的。UPS中電池絕大部分采用鉛酸免維護(hù)密封電池，其壽命及放電容量與溫度有很大的關(guān)系，先限流后恒壓的充電管理方式是很大部分廠家在設(shè)計中較為廣泛采用的，并根據(jù)溫度來調(diào)節(jié)充電電壓的高低。這一功能在系統(tǒng)的整體運行中也很重要，也是做設(shè)計方案選型時需要考慮的一個方面。

    10、供電靠行

    標(biāo)準(zhǔn)中提到，為了提高UPS供電的可靠性，可采用多種UPS冗余連接方式來提高可靠性，各種方式都有優(yōu)缺點�？紤]方案時要根據(jù)實際負(fù)載情況，選擇合適的模式。當(dāng)前冗余連接方式大致有一下三種：

    (1) 雙機主從式熱備份。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USP2供電，UPS1處于備份。當(dāng)UPS2故障時，負(fù)載切換至UPS2旁路，由USP1承擔(dān)負(fù)載供給任務(wù)。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，從而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(dǎo)致系統(tǒng)供電失敗;系統(tǒng)負(fù)載不能超過單機容量且以后無法擴(kuò)容。

    (2) 功率均分并聯(lián)備份。該系統(tǒng)將兩臺或多臺UPS逆變單元并聯(lián)運行，正常時兩臺(或多臺)逆變器同時向負(fù)載均分供電，當(dāng)其中一臺故障時，該UPS從系統(tǒng)中脫離，用戶所需負(fù)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，控制各臺及其的同步及均流輸出。此方案的優(yōu)點是易于擴(kuò)容，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)部時空或故障，會導(dǎo)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(dǎo)致各UPS在向負(fù)載供電同時，還在UPS內(nèi)部的逆變器間形成環(huán)流，當(dāng)環(huán)流過大，將直接危及逆變器安全。此外，如果各UPS向負(fù)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)生故障的概率也很大。

    (3) 并聯(lián)熱備份。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，并向兩組電流充電，通過逆變器輸出靜態(tài)開關(guān)選擇其中一臺逆變器向負(fù)載供電，兩臺整流器和逆變器分別互為備用，只有當(dāng)兩臺逆變器同時故障時，系統(tǒng)將負(fù)載切至共同靜態(tài)旁路，由市電繼續(xù)向負(fù)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(fù)載供電，由于真正輸出只有一臺逆變器，故也不存在逆變器見的環(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容易擴(kuò)容。以上三種方案的選擇，需要根據(jù)實際情況綜合考慮來決定。

    11、系統(tǒng)設(shè)備的智能性

    標(biāo)準(zhǔn)中還有其它指標(biāo)如電源效率、噪聲等等，對系統(tǒng)所具備的智能性也提出了規(guī)范和要求。為了保證供電系統(tǒng)能長時間不斷運行，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，并大大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(yīng)提供通信協(xié)議，以便納入動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，我們應(yīng)考慮到這些因素。

    一般來說，作為智能性的UPS應(yīng)具備下列功能：

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

    (2) 人機交互功能�？砂磳嶋H運行情況，通過程序修改，重新設(shè)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)。

    (3) 故障診斷功能。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(guān)信息。

    (4) 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。提供一個遠(yuǎn)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(dá)到遙測和遙信的目的。

    要設(shè)計一套完整的UPS供電方案，除去上面結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)提到的一些考慮因素外，還有考慮系統(tǒng)與前級供電系統(tǒng)中的應(yīng)急供電發(fā)電機組的匹配兼容問題、前級供電系統(tǒng)中不應(yīng)當(dāng)帶有別的頻率啟動負(fù)載、系統(tǒng)總?cè)萘咳绾未_定、蓄電池如何配備、及電氣隔離和接地等等，在設(shè)計通信機房UPS供電系統(tǒng)時，我們既要考慮節(jié)省投資，有要考慮系統(tǒng)的可靠性、靈活性，以及不同用電設(shè)備對供電系統(tǒng)的各項指標(biāo)和數(shù)據(jù)要求，綜合考慮個方面因素，才能設(shè)計一套最佳的UPS供電方案�！�