通信機房對UPS供電系統(tǒng)的要求

    UPS不間斷電源供電解決方案直接決定了通信機房內(nèi)重要負(fù)載是否能正常運行。在設(shè)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(shè)備及計算機負(fù)載提供有效的保障。 

    1、引言

    計算機在通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對供電質(zhì)量提出了越來越高的要求，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，如何正確設(shè)計一個合理的、安全的UPS供電系統(tǒng)成為大家關(guān)注的問題。

    2、對UPS前級供電系統(tǒng)的要求

    UPS可以向負(fù)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(shè)計通信機房前級供電系統(tǒng)時，應(yīng)考慮以下幾個方面：

    (1)前級供電系統(tǒng)電源質(zhì)量不宜太差，電壓及頻率應(yīng)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(yīng)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有間斷。

    (2)前級供電系統(tǒng)中不應(yīng)當(dāng)帶有別的頻繁啟動負(fù)載，原因是在這些負(fù)載開、關(guān)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。

    (3)前級供電系統(tǒng)中的交流發(fā)電機組容量應(yīng)適當(dāng)放大。為解決較長時間停電問題，在配置通信機房發(fā)電機組時，其容量應(yīng)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。

    3、 UPS容量的確定

    根據(jù)負(fù)載容量及性質(zhì)，選擇適當(dāng)?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容量在滿足當(dāng)前負(fù)載的需要的同時，也要考慮以下幾個因素：

    (1)負(fù)載性質(zhì)對UPS輸出功率的影響。當(dāng)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(fù)載功率因數(shù)為一0.8(滯后)時的值。所以在考慮UPS容量時，對不同的負(fù)載功率因數(shù)要進行功率折算。對于計算機類負(fù)載，只要負(fù)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(fù)載，則需酌情加大UPS容量。

    (2)UPS容量較負(fù)載不宜過大，避免使其過度輕載運行。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，當(dāng)電池保護裝置故障時，電池組被深度放電，而遭永久性損壞。

    (3)UPS容量不宜過小，避免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，這樣既不能為負(fù)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。建議UPS負(fù)載量不宜長期超過其額定容量的80%。

    (4)對于面積較大，負(fù)載不斷分期擴容的通信機房。在首期配置UPS容量時，應(yīng)適當(dāng)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。相應(yīng)地，配置UPS輸入輸出配電屏?xí)r，應(yīng)預(yù)留多臺UPS的輸入開關(guān)和中遠期的負(fù)荷分路開關(guān)，以便于今后擴容。

    4、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干擾。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(yīng)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(fù)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。為保證輸出零點電壓不偏移，應(yīng)從通信機房的交流工作接地排上單獨引線至該輸出點。

    近年來出現(xiàn)的采用高頻鏈結(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(fù)載的危險，而且在三相負(fù)載不平衡情況下，還存在電壓零點偏移問題。所以對于大型計算機網(wǎng)絡(luò)等比較重要的負(fù)載，供電系統(tǒng)應(yīng)盡量采用帶工頻隔離變壓器的UPS。

    5、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(dāng)負(fù)載不允許被中斷供電時，通信機房內(nèi)UPS電池后備時間應(yīng)大于從市電中斷到恢復(fù)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(yīng)配置外接的長延時的電池組。

    電池容量選擇應(yīng)遵循以下原則：

    (1)電池必須在后備時間內(nèi)供電給逆變器，且在額定負(fù)載下，電池組電壓不應(yīng)下降到逆變器所允許的最低電壓以下。

    (2)在布置機房設(shè)備排列時，應(yīng)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。

    (3)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。

     6、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(fù)載情況，選擇合適的模式。當(dāng)前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(dāng)UPS2故障時，負(fù)載切換至UPS2旁路，由UPS1承擔(dān)負(fù)載供給任務(wù)。

    (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，控制各臺機器的同步及均流輸出。

    (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，并向兩組電池充電，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。

    7、供電系統(tǒng)應(yīng)具備智能性

    為了保證供電系統(tǒng)能長期不間斷運行，UPS必須具對運行中的UPS狀態(tài)自動進行智能檢測，對UPS故障及時發(fā)現(xiàn)、診斷和處理。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)遠程監(jiān)控功能。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。

    8、結(jié)束語

    一個UPS供電方案的好壞，直接決定了通信機房內(nèi)重要負(fù)載是否能正常運行。在設(shè)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(shè)備及計算機負(fù)載提供有效的保障�！�