郇亮

摘要：本文通過分析當(dāng)前UPS系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合目前機房運行情況，采用雙母線UPS冗余方式，為機房各類設(shè)備的穩(wěn)定運行提供連續(xù)電力供應(yīng)保障。

關(guān)鍵詞：通信機房;UPS;研究;改造

第1章前言

UPS（Uninterruptible Power System，不間斷電源）作為一種重要的電源設(shè)備，為機房設(shè)備提供持續(xù)、不間斷、穩(wěn)定的動力，在保護各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同時，還具有消除或衰減各類干擾雜波、穩(wěn)頻穩(wěn)壓等功能，起到了非常重要的作用。

第2章UPS概述

2.1UPS的組成

UPS是一種以逆變器為主要元件，帶有儲能裝置，可以穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出電源的設(shè)備，一般由蓄電池、整流器、逆變器、旁路開關(guān)等組成。

1）逆變器

逆變器是UPS系統(tǒng)中很重要的組成部分，是將直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC）后，電壓和頻率都比較穩(wěn)定的輸出，其性能影響UPS的可靠性、效率、輸出波形等重要指標(biāo)[2]。

2）整流器

UPS的輸入指標(biāo)由整流器的性能決定。整流器是為蓄電池和逆變器提供電能，同時把交流電（AC）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡―C）。

3）旁路開關(guān)

旁路開關(guān)的功能是旁路轉(zhuǎn)換，用于提高UPS的可靠性。

4）蓄電池

蓄電池是儲存電能的裝置，在市電正常時，整流器對蓄電池充電，當(dāng)市電中斷時，由蓄電池向負載供電。除了儲能，蓄電池還能起到屏蔽干擾、凈化的作用。

2.2UPS分類及工作原理

按工作方式UPS可分為三類，即后備式、在線式、在線交互式。

后備式UPS接線簡單，價格低廉，適用于不太重要的設(shè)備供電。

在線交互式UPS當(dāng)市電故障時，負載由蓄電池通過逆變器變換后供電;當(dāng)市電正常時，逆變器只給蓄電池供電。

在線式UPS無論市電是否正常，負載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變器一直在運行狀態(tài)。因此，通信機房通常采用在線式UPS，其工作原理如圖1：

市電正常時，首先經(jīng)過變壓器和整流濾波，再經(jīng)由逆變器到變壓器，最后經(jīng)過開關(guān)S3后給負載供電。當(dāng)市電不正常時，UPS有一個或多個能量的變換裝置和儲能環(huán)節(jié)能繼續(xù)向負載提供穩(wěn)定、不間斷的電源。

第3章存在的問題

由于條件限制，一些通信機房各類設(shè)備共用一套UPS系統(tǒng)，而各類設(shè)備的安全等級不同，運行管理部門也不同。

因此，本文針對幾類專業(yè)設(shè)備共用一套UPS系統(tǒng)的情況下提出改進方案，采用雙母線UPS冗余方式，以確保各類設(shè)備不間斷運行。

第4章改造方案

4.1容量選擇

為了保證UPS的供電質(zhì)量和可靠性，提高經(jīng)濟效益，應(yīng)當(dāng)根據(jù)負載的總?cè)萘考靶再|(zhì)選擇適當(dāng)?shù)腢PS，以滿足當(dāng)前負載的需求。

1）容量選擇。UPS容量即不能過大，也不能過小。容量過大，UPS輕載運行，以致于蓄電池放電電流小，放電時間長;容量過小，UPS重載運行，無法為負載提供優(yōu)質(zhì)電源。這兩種情況都容易致使元件受到損壞。

2）負載性質(zhì)。在實際情況中，UPS系統(tǒng)的負載與功率因數(shù)有很大關(guān)系。計算機設(shè)備在運行狀態(tài)下，平均功率小，瞬時功率高，UPS在帶計算機設(shè)備時功率因數(shù)約為0.65。

4.2橫截面積計算公式

因機柜容量限制，考慮到走線、散熱及安裝設(shè)備所需的空間，單個機柜最多安裝服務(wù)器6到8臺[5]。

4.3電池后備時間計算公式

I：電池工作電流（A）

V：外接電池的直流電壓（V）

T：連續(xù)放電時間（H）

Kh：電池容量換算系數(shù)（Ct/C10）

10Hr放電率為1，5Hr放電率為0.9，3Hr放電率為0.75，1Hr放電率為0.62[5]。

4.4改造方案

在實際運行中，UPS所帶負載至輸出端之間的線路和開關(guān)發(fā)生故障的概率較高。因此，本改造方案采用雙母線冗余方式，即將兩個獨立的UPS單機系統(tǒng)，通過適當(dāng)?shù)呐潆婋娐?，使得全部負載都可以由任一個獨立的UPS系統(tǒng)供電。

如果即有雙電源設(shè)備又有單電源設(shè)備，兩個UPS在正常運行時都同步于市電，但當(dāng)市電發(fā)生故障時，同步源消失，兩個UPS會出現(xiàn)同步問題。LBS（Load Bus Synchronization，負載母線同步）系統(tǒng)可以有效地避免電源和負載產(chǎn)生環(huán)流，使市電在非正常狀態(tài)下兩個UPS也能同步。如果沒有條件配置LBS系統(tǒng)，單電源設(shè)備則只能接在一條母線上?？捎韶撦d情況決定雙母線UPS冗余方式是否配備LBS，如果負載以雙電源設(shè)備為主，只有個別不重要的單電源設(shè)備，或當(dāng)雙母線UPS系統(tǒng)供電的設(shè)備全部為多電源設(shè)備、雙電源設(shè)備或單電源設(shè)備時，不需要考慮同步問題。

在實際應(yīng)用中，如果機房即有雙電源設(shè)備又有單電源設(shè)備，這時就需配置LBS系統(tǒng)。兩個UPS的輸出端分別經(jīng)由配電屏后各自分成兩路，一路則過STS（Static Transfer Switch，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)）接入兩臺分配電屏，然后分別接入單電源設(shè)備，另一路則通過分配電屏后連接雙電源設(shè)備（圖2）。

4.5小結(jié)

實際改造過程中可能出現(xiàn)很多限制，比如現(xiàn)有的配電系統(tǒng)、資金、場地等等，所以要從滿足經(jīng)濟性、提高可靠性和減少施工難度等多方面綜合考慮UPS設(shè)備選型。

參考文獻

[1]莊維等，信號機房雙電源改造技術(shù)方案可行性研究[J]，上海市鐵路智能調(diào)度指揮系統(tǒng)工程研究中心，2020.

[2]丁仁杰等，一種調(diào)度自動化機房UPS電源設(shè)計方案[J]，電腦知識與技術(shù)，2018

[3]第四屆電能質(zhì)量國際研討會論文集[C]，中國標(biāo)準出版社，2006.

[4]宮正，UPS電源在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用與維護[D]，通訊世界，2016（5）：150～156.

[5]賴亞芳，調(diào)度自動化機房UPS電源系統(tǒng)改造實踐[D]，華北電力大學(xué) ，2016.

[6]UPS蓄電池配置與放電的簡單計算[S]，中國百科網(wǎng).

[7]陳洪偉，徐新民，不間斷電源應(yīng)用分析[J]，電源世界，2017 （5） ：34～36

[8]張青松，廣播電視系統(tǒng)中UPS電源的選型與配置，衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2011 （19） ：132～134