近幾年來隨著通信行業的迅猛發展，各種通信設備和系統對不間斷電源的需求日益加大，而在通信機房中安裝UPS供電系統也變得越來越普遍。一個設計良好的UPS供電系統能給負載提供優質電源，然而在實際應用中，許多問題又往往是UPS供電系統本身引起的。因此，如何實際一個合理的供電方案，也成為大家關注的問題。在具體設計一個UPS供電方案時，必須將行業標準的規范要求和實際需求結合起來，綜合考慮多方面因素，下面僅從標準角度出發將幾點需要考慮的方面進行簡單分析。  

    1、輸入電壓的可變范圍  

    通信行業標準YD/T1095-2000《通信用不間斷電源——UPS》規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%。總體來講，輸入電壓可變范圍越寬，則負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其電路拓撲決定它的輸入電壓范圍不可能很寬，否則其輸出電壓穩定精度就很差。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在帶你呀范圍上達不到要求，應在UPS前級配置合適的抗干擾交流穩壓電源。  

    2、輸入電壓頻率  

    標準規定：輸入頻率范圍為50Hz±4%。在要求的輸入頻率范圍內，負載由市電變換后供電，當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50±5Hz。  

    3、輸入功率因數  

    標準規定分為三類：第一類為≥0.95，第二類為≥±0.90，第三類為≥0.85。UPS作為供電系統中的中間環節，它本身具有雙重性格：對于上一級供電設備(電網)，它是一個交流負載;而對于下一級負載，它是一個交流電源，是電網的一部分。如果把UPS與UPS的負載當成一個整體，作為上一級電網的交流負載出現時，它的功率因數由兩部分決定：UPS負載的功率因數和UPS的電路結構形式。這時的功率因數，叫做“UPS輸入功率因數”。  

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

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

    標準規定分為三類：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，這是一個非常重要的指標要求。另功率因數PF與電流諧波THD有一定的聯系。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、輸出電壓穩壓精度  

    標準規定：輸出電壓穩壓精度分為三類：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、服務器等高端用電設備就對輸出電壓穩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撲，及運用DSP(DisgitalSignalPSrocessingTechnolgy)技術，穩壓精度大大提高，可以達到≤1%。

    6、輸出波形失真度

    標準規定：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，該指標越小越好。目前運行方式為后備式及互動式的UPS系統該指標在第三類左右，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，目前應用以比較普遍。

    7、輸出功率因數

    標準規定，輸出功率因數≤0.8。

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

    UPS的“輸出功率因數”的大小是由UPS負載的功率因數決定的，我們認為負載功率因數越大，它獲得有功功率的能力越強，但是由負載功率因數決定的“輸出功率因數”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載的要求，故約定以計算機類負載的輸入功率因數作為UPS的輸出功率因數指標，約定≤0.8。用一個由UPS負載性質決定，而不是由它本身決定的技術指標，來衡量UPS輸出能力的好壞，而又以計算機類設備為默認的負載，那么輸出功率因數≤0.8這個指標的意義就不難理解了。充分理解這個指標的含義后，我們在根據負載容量決定UPS系統總容量時要充分考慮這個指標。

    8、切換時間

    有兩個切換：一個市電電池間切換時間，標準規定分為三類：第一類為0ms，第二類為<4ms，第三類為大于4ms。電路拓撲結構不同，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生。

    另一切換時間就是逆變旁路切換時間，標準規定分為三類，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。應該說這個轉換發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。

    在選擇UPS系統時，對低端用電設備如普通計算機來講，上述指標沒有太大的意義，不會直接影響到設備的運行，但對于高端設備如服務器來說，后備式和互動式系統的供電質量是遠遠不夠的，必須選用在線式系統。

    9、電池組智能管理功能

    標準規定：UPS應具有定期對電池組進行自動浮充、均充轉換，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中的薄弱環節。由于蓄電池的成本可能超過USP主機本身，且其運行穩定與否直接影響到整個系統的工作。目前UPS出現的故障，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注的。UPS中電池絕大部分采用鉛酸免維護密封電池，其壽命及放電容量與溫度有很大的關系，先限流后恒壓的充電管理方式是很大部分廠家在設計中較為廣泛采用的，并根據溫度來調節充電電壓的高低。這一功能在系統的整體運行中也很重要，也是做設計方案選型時需要考慮的一個方面。

    10、供電靠行

    標準中提到，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，各種方式都有優缺點。考慮方案時要根據實際負載情況，選擇合適的模式。當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UPS2故障時，負載切換至UPS2旁路，由USP1承擔負載供給任務。此系統結構及控制簡單，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，兩機的元件老化程度不均勻;在從機供電的狀態下，主機靜態旁路故障時將導致系統供電失敗;系統負載不能超過單機容量且以后無法擴容。

    (2) 功率均分并聯備份。該系統將兩臺或多臺UPS逆變單元并聯運行，正常時兩臺(或多臺)逆變器同時向負載均分供電，當其中一臺故障時，該UPS從系統中脫離，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構，一種是UPS通過外加并機柜方式并聯，并機柜提供同步及多機均流控制，同時提供并聯系統的總靜態旁路;另一種是在每臺UPS內安裝一套邏輯控制板，控制各臺及其的同步及均流輸出。此方案的優點是易于擴容，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，并機柜成為系統的公共瓶頸點，一旦它內部時空或故障，會導致整個系統供電失敗。

    (3) 并聯熱備份。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，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，系統將負載切至共同靜態旁路，由市電繼續向負載供電。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，故也不存在逆變器見的環流，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容。以上三種方案的選擇，需要根據實際情況綜合考慮來決定。

    11、系統設備的智能性

    標準中還有其它指標如電源效率、噪聲等等，對系統所具備的智能性也提出了規范和要求。為了保證供電系統能長時間不斷運行，UPS必須具有智能性，對運行中的UPS狀態自動檢測，對UPS故障及時發現、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的一部分，應提供通信協議，以便納入動力環境集中監控系統。因此，在系統設計時，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：

    (1) 實時監測功能。監視電路中各部分狀態，隨時獲取主機工作時的有關參數。

    (2) 人機交互功能。可按實際運行情況，通過程序修改，重新設置UPS內部的各種臨界工作點閥值，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分析，及早發現故障苗頭，顯示其性質、部位，給出處理方法，并自動記錄有關信息。

    (4) 遠程監控功能。提供一個遠程計算機接口，能通過RS232或RS485接口經調制解調器實現與異地計算機終端通訊，達到遙測和遙信的目的。

    要設計一套完整的UPS供電方案，除去上面結合標準提到的一些考慮因素外，還有考慮系統與前級供電系統中的應急供電發電機組的匹配兼容問題、前級供電系統中不應當帶有別的頻率啟動負載、系統總容量如何確定、蓄電池如何配備、及電氣隔離和接地等等，在設計通信機房UPS供電系統時，我們既要考慮節省投資，有要考慮系統的可靠性、靈活性，以及不同用電設備對供電系統的各項指標和數據要求，綜合考慮個方面因素，才能設計一套最佳的UPS供電方案。■