- UPS主要性能參數(shù)的選擇
- UPS的配線及類型的選擇
- 通信局UPS的供電方式選擇
- UPS系統(tǒng)容量的選擇
- UPS電池容量配置的選擇
當(dāng)前市場(chǎng)UPS的種類繁多、工作模式的多樣性，對(duì)如何選擇及配置理想的UPS提出了要求。本文在這里淺談一下通信行業(yè)、通信交換局(站)中大型UPS的選型方案。選用UPS時(shí)，首先要確定其將選擇的類型，然后再根據(jù)具體的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)來確定其產(chǎn)品，還應(yīng)考慮供電方式和配線的選擇，以及UPS系統(tǒng)容量和電池容量配置的選擇。
一、UPS主要性能參數(shù)的選擇
UPS技術(shù)參數(shù)是UPS質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，是選型的主要依據(jù)。針對(duì)于UPS能否正常安全地向負(fù)載設(shè)備進(jìn)行純凈的不間斷電源供電，這需要對(duì)它的性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的了解。其主要技術(shù)參數(shù)如下。
1.額定運(yùn)行參數(shù)
(1)額定輸出功率;額定最大輸出、輸入電流。
(2)額定輸出輸入頻率：我國均為50Hz。
(3)標(biāo)稱輸入、輸出電壓，根據(jù)進(jìn)、出線的方式來確定，主要有單進(jìn)單出、三進(jìn)單出、三進(jìn)三出方式，大、中型UPS采用三進(jìn)三出的進(jìn)出線方式。
2.輸入?yún)?shù)
(1)輸入電壓范圍，根據(jù)我國的電網(wǎng)質(zhì)量不高的情況，應(yīng)選擇較寬范圍的UPS。目前用可控硅設(shè)計(jì)的UPS范圍為-15%，+10%，用IGBT整流器設(shè)計(jì)的范圍為-25%，+23%。
(2)頻率范圍最好選擇范圍較寬的50±5Hz。
(3)交流旁路電壓范圍選擇±10%，如超過此值將增大UPS的故障率。
(4)UPS應(yīng)具有三相輸入相序錯(cuò)誤和三相缺相輸入的自動(dòng)保護(hù)功能。
3.輸出參數(shù)
(1)輸出電壓的靜態(tài)穩(wěn)定度，中、大型UPS為±1%。
(2)輸出電壓的瞬態(tài)電壓波動(dòng)值，中、大型UPS就小于±5%。
(3)輸出電壓的可調(diào)范圍，中、大型UPS從額定值起最小可調(diào)節(jié)±5%。
(4)輸出頻率，中、大型UPS為50Hz±0.1%。
(5)輸出過載能力，中、大型UPS在10min以上時(shí)滿足125%負(fù)載，在1min以上時(shí)滿足150%負(fù)載。
(6)具有帶三相100%不平衡負(fù)載能力，其三相相電壓差不應(yīng)超過±3%。
(7)輸出電壓的諧波失真度<2%帶100%線性負(fù)載。
4.其它參數(shù)
(1)平均無故障時(shí)間為20～40萬小時(shí)(大型)，15～22萬小時(shí)(中型)。
(2)并機(jī)能力，要求UPS具備直接并機(jī)輸出能力，各臺(tái)UPS輸出電流的均流不平衡度為2～5%，此值應(yīng)越小越好;具有故障跳脫功能，但不能影響負(fù)載的正常運(yùn)行。
(3)應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警、運(yùn)行狀況記錄功能。
(4)應(yīng)具備防雷擊抗浪涌抑制，抗靜電放電功能。
(5)具有ABM先進(jìn)型電池自動(dòng)化管理功能。由于蓄電池的好壞直接影響到UPS向負(fù)載不間斷的供電。現(xiàn)大多數(shù)UPS中，都將蓄電池長(zhǎng)期置于浮充狀態(tài)，在市電供電正常時(shí)只充電不放電，長(zhǎng)期以往會(huì)造成電池極板的鈍化，使電池容量下降，嚴(yán)重影響后備供電時(shí)間。而ABM先進(jìn)型電池自動(dòng)化管理系統(tǒng)是一種“短時(shí)的快速恒流、均充充電—恒壓浮充充電—長(zhǎng)時(shí)間的微小電流放電的電池管理+實(shí)時(shí)的電池性能老化檢測(cè)的綜合型電池充放電管理系統(tǒng)”，并且可定期充電，可極高的延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
(6)具有與發(fā)電機(jī)組匹配的能辦因當(dāng)需用發(fā)電機(jī)組來帶UPS時(shí)，發(fā)電機(jī)組所送出的電源本身不但電壓畸變大，而且它的內(nèi)阻遠(yuǎn)比市電電網(wǎng)大，另外非線性負(fù)載會(huì)向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波電流，可能會(huì)造成后接負(fù)載被燒毀、UPS故障等;并且市電停電到發(fā)電機(jī)供電間隙，UPS配套蓄電池已經(jīng)對(duì)負(fù)載放電。因此應(yīng)用額定功率大于UPS的標(biāo)稱輸出功率的發(fā)電機(jī)組來向UPS負(fù)載供電，應(yīng)為UPS標(biāo)稱輸出功率的1.6倍以上。
[page]
(7)具有微處理器控制技術(shù)。可以增強(qiáng)UPS的故障診斷、自動(dòng)判斷處理、各種保護(hù)措施、處理能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。
(8)大型UPS必須具有輸出隔離變壓器。隔離變壓器可以先對(duì)市電電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，給UPS提供寬松的工作環(huán)境以保證UPS故障率的減小;在UPS轉(zhuǎn)到旁路時(shí)，先對(duì)市電進(jìn)行了優(yōu)化，減小了市電電網(wǎng)各種污染源對(duì)負(fù)載的沖擊。
二、UPS配線的選擇
合理選擇配線是很重要的，線徑太細(xì)，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災(zāi);線徑太粗，則造成浪費(fèi)。
1.交流電源線的選擇
銅纜線徑S=最大負(fù)載電流I/經(jīng)濟(jì)電流密度J(J為2～4A/mm2)
例如一通信局最大用電負(fù)載電流為100A，則：S=100/2.25=44.44 所以使用50mm2的銅纜。
對(duì)于UPS電源系統(tǒng)中線的截面積應(yīng)選為相線電纜截面積的1.5～1.7倍；對(duì)于UPS電源系統(tǒng)中地線的截面積應(yīng)為相線截面積的0.5～1倍，但不小于6mm2。
2.直流電纜的選擇(蓄電池電纜)
導(dǎo)線上的電壓降U=流過導(dǎo)體電流×導(dǎo)線長(zhǎng)度/導(dǎo)體的電阻率×導(dǎo)體截面積
例如一通信局站最大負(fù)載電流為100A，電池線20m，固定壓降為0.2V，則電池線徑為：
S=100×10/47×0.2=106.5mm2應(yīng)使用120mm2的銅電纜。
三、正確選擇UPS的類型
當(dāng)前的UPS可分為以下幾種：在線式、在線互動(dòng)式、后備式、Delta變換型。
在線互動(dòng)式的單機(jī)輸出功率為0.7～20kVA，后備式單機(jī)輸出功率為0.25～2kVA，且兩種類型在市電供電正常時(shí)，逆變器均不投入工作，而是向用戶提供經(jīng)過簡(jiǎn)單處理的一般市電電源，供電質(zhì)量差，輸出功率小，只適用于要求不高的場(chǎng)合。此選型中不考慮。
1.Delta變換型UPS
也稱為雙逆變電壓補(bǔ)償在線式，其單機(jī)輸出功率為10～480kVA，它的原理是將交流穩(wěn)壓控制技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中，利用補(bǔ)償變壓器對(duì)不穩(wěn)定的市電電壓進(jìn)行電壓調(diào)整。
(1)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，主供電通道上的STS1在導(dǎo)通狀態(tài)，STS2在斷開狀態(tài)。當(dāng)市電電壓等于UPS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí)，市電電源經(jīng)補(bǔ)償變壓器(無需補(bǔ)償)直接送到負(fù)載上，此時(shí)的電源未經(jīng)過任何處理。當(dāng)市電電壓高于或低于UPS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí)，補(bǔ)償變壓器在Delta變換器的調(diào)控下對(duì)市電電壓進(jìn)行降壓或升壓調(diào)節(jié)后送到負(fù)載上。
(2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，STS1與STS2在斷開狀態(tài)，蓄電池組放電，主變換器以逆變器的方式向負(fù)載提供純凈的正弦波逆變電源。
(3)當(dāng)輸出短路、輸出過載、溫升過高、主變換器或Delta變換器發(fā)出故障時(shí)，STS1關(guān)斷，STS2導(dǎo)通，市電電源經(jīng)過交流旁路通道給負(fù)載供電。
由此可以看出Delta變換型UPS在正常工作時(shí)市電電網(wǎng)的干擾非常容易地直接串入到用戶負(fù)載端，對(duì)于市電電壓過欠壓、電壓突變、頻率漂移、諧波干擾等市電電網(wǎng)的污染沒有實(shí)質(zhì)性的改善。
2.在線式UPS
單機(jī)輸出功率為0.7～1500kVA。采用以微處理器、數(shù)字信號(hào)處理的調(diào)控技術(shù)使逆變器連續(xù)不斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的純凈正弦波電源。
(1)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，供電質(zhì)量較差的普通市電電源經(jīng)過濾波整流器變成直流穩(wěn)壓電源，然后再經(jīng)過逆變器重新將直流電源變成純正的高質(zhì)量正弦波電源，由于采用了雙變換型在線設(shè)計(jì)方案，可將市電電源中的干擾幾乎都屏蔽掉，保證了向負(fù)載提供毫無干擾的純潔正弦波電源。
(2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍超過50±3Hz)、市電電源故障或市電供電中斷，蓄電池組繼續(xù)向逆變器提供直流電源，保證了逆變器不間斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波交流電源。
(3)當(dāng)輸出短路、輸出過載、逆變器故障、整流器或逆變器中散熱片溫度過高時(shí)，如圖3所示，市電電源將由交流旁路通道給負(fù)載提供普通市電電源。
由此可以看到無論是市電供電正常時(shí)，還是市電中斷由電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，這就從根本上消除了來自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。
綜上所述，針對(duì)于通信局(站)中要求較高的通信設(shè)備、敏感先進(jìn)儀器設(shè)備、非線性負(fù)載建議使用在線式UPS。
[page]
四、通信局UPS供電方式的選擇
針對(duì)于通信局(站)所帶負(fù)載的重要性，要求UPS供電系統(tǒng)無故障率。由于中型UPS電源的平均無故障工作時(shí)間為5～16萬小時(shí)，大型UPS電源的平均無故障工作時(shí)間為24～40萬小時(shí)，為確保UPS供電系統(tǒng)向負(fù)載提供萬無一失的高質(zhì)量的不間斷逆變電源，建議用多機(jī)UPS冗余供電配置方案。分為熱備份供電方式、直接并機(jī)冗余供電方式、雙總線冗余供電方式。
(1)熱備份供電方式：我們一般是選用兩臺(tái)具有相同容量的UPS，將UPS-2電源的逆變器輸出端連接到UPS-1的交流旁路靜態(tài)開關(guān)的輸入端上，從UPS-1的輸出端給負(fù)載供電。當(dāng)市電正常時(shí)，由UPS-1的逆變器電源輸送給負(fù)載，UPS-2處于空載運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)UPS-1中的逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，負(fù)載才由UPS-2的逆變器電源輸送。
此種冗余供電方式的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)UPS單機(jī)的鎖相同步跟蹤控制技術(shù)要求不高(僅在兩臺(tái)UPS進(jìn)行切換瞬間有所要求)，熱備份冗余供電系統(tǒng)構(gòu)成容易、簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)為長(zhǎng)期空載運(yùn)行的其中一臺(tái)UPS的配套蓄電池壽命縮短;由于一臺(tái)帶全載，另一臺(tái)空載，造成平均無故障時(shí)間下降;并要求單機(jī)具有帶“階躍性負(fù)載”的能力來保障主機(jī)出故障后能將全部負(fù)載立即加到空載運(yùn)行的從機(jī)上。由于從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換過程，負(fù)載量將由0突變至全部負(fù)載，內(nèi)部電路及元器件由于大電流的沖擊，易造成損壞，使UPS的不安全運(yùn)行穩(wěn)定性增高。
(2)直接并機(jī)冗余供電方式：即N+1型冗余并機(jī)系統(tǒng)。要求N臺(tái)UPS的逆變電源必須具有同相位、同頻率、同輸出電壓幅值。技術(shù)要求高，但多臺(tái)UPS共同均衡的給負(fù)載供電，如一臺(tái)發(fā)生故障，會(huì)自動(dòng)將有故障的UPS自動(dòng)脫機(jī)，負(fù)載由其它的UPS共同均衡供電，提高了此種并機(jī)方式的性能，使平均無故障時(shí)間得到了提高，設(shè)備的運(yùn)行更加的穩(wěn)定。可靠性最高的就為1+1型直接并機(jī)供電系統(tǒng)。
(3)雙總線冗余供電方式：是在N+1式直接并機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行更加安全供電的方式，是由兩套UPS供電系統(tǒng)組成，在一套供電系統(tǒng)全部壞掉時(shí)，負(fù)載由另一套供電系統(tǒng)來保障，大大加強(qiáng)了供電的安全性。但所需經(jīng)濟(jì)條件較高。
對(duì)于以上3種冗余供電方式，由于熱備份方式安全性能不太高，雙總線方式雖然安全穩(wěn)定性最好，但經(jīng)濟(jì)因素較高，建議一般采用N+1型冗余供電方式，首選1+1型直接并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)。
五、UPS系統(tǒng)容量的選擇
UPS既不宜長(zhǎng)期處于滿載運(yùn)行，也不宜長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行。前者易造成UPS電源的逆變器和整流器損壞，后者易造成UPS的蓄電池?fù)p壞。因此UPS單機(jī)按帶載量60%～80%來配置，并機(jī)按每臺(tái)帶載35%～40%來配置為佳。另外還要考慮負(fù)載系統(tǒng)的擴(kuò)容問題，其預(yù)增加帶載量為20%左右。
例如UPS的實(shí)際負(fù)載量為60kVA，則UPS的最小選擇容量為：
60kVA/60%=100kVA;
考慮負(fù)載擴(kuò)容，則UPS的最小選擇容量為：
100kVA+12kVA/60%=120kVA
六、UPS電池容量配置的選擇
合理的選擇蓄電池的容量是UPS對(duì)負(fù)載設(shè)備正常供電的重要保證。雖然現(xiàn)通信局(站)大多都采用一路市電加油機(jī)或兩路市電加油機(jī)的多重供電保障方式，但由于當(dāng)前電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，更應(yīng)重點(diǎn)加以重視。現(xiàn)在通信局(站)要求油機(jī)在停電后的啟動(dòng)時(shí)間為15min，并且對(duì)于UPS運(yùn)行中以并機(jī)冗余供電方式及它的實(shí)際帶載為60%左右，因此建議每臺(tái)中、大型UPS的后備電池延遲時(shí)間(按UPS帶滿負(fù)載計(jì)算)一般選擇1h為宜。
對(duì)于UPS電池容量的配置計(jì)算為：
蓄電池組容量×電池組端電壓/主機(jī)額定功率=滿載時(shí)蓄電池工作時(shí)間
隨著科技水平的不斷提高，各種技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代UPS也將越來更智能化、實(shí)用化、安全穩(wěn)定性更好、技術(shù)含量更高，提供的純凈的不間斷電源更加穩(wěn)定。大家在選型中也應(yīng)更多的了解其功能特點(diǎn)以此來保證UPS在我們各個(gè)行業(yè)更加安全的運(yùn)行，為我們各自領(lǐng)域的飛速發(fā)展做好堅(jiān)強(qiáng)的后盾。
