通信用不間斷電源(UPS)技術(shù)研究

1、通信譽(yù)不連續(xù)電源(UPS)技術(shù)研究摘要：隨著通信技術(shù)開(kāi)展，對(duì)電源提出了越來(lái)越高的要求，本文介紹了通信電源的三級(jí)劃分方法以及不連續(xù)電源UPS的重要性，通過(guò)分析各種類型UPS的性能特點(diǎn)，提出了在設(shè)計(jì)通信譽(yù)UPS時(shí)的前級(jí)供電系統(tǒng)、UPS容量計(jì)算以及冗余配置的根本思路和方法。Abstrat:iththedevelpentfuniatintehnlgy,thedeandsfrperareraising.Thepaperintrduesthethree-tieredethdfuniatinperandtheiprtaneftheuninterruptiblepersupply(UPS).Atlast,by

2、analyzingtheperfraneharateristisfvariustypesfUPS,thepaperprpsedthebasidesigningideasandethdsffrepersupplysyste,UPSapaityputingandredundantnfiguratinhendesigningtheuniatinUPS.關(guān)鍵詞：通信電源；UPS；雙變換式；可用性；冗余配置Keyrds:uniatinper；UPS；dublenversintype；availability；redundantnfiguratin中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-43

3、11202211-0176-020引言近幾十年來(lái)，我國(guó)通信業(yè)開(kāi)展迅速,覆蓋了全國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)，已經(jīng)成為人們現(xiàn)代生活密不可分的重要組成局部。電源作為通信網(wǎng)絡(luò)的心臟，對(duì)保障通信網(wǎng)絡(luò)的平安可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。1通信電源的三級(jí)劃分電源系統(tǒng)可靠性是確保通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的首要條件，為了確保可靠的供電，由交流電源供電的通信設(shè)備需要采用交流不連續(xù)電源UPS。某些通信設(shè)備對(duì)交流電源的電壓和頻率指標(biāo)要求很高，也需要由交流不連續(xù)電源UPS供電。通信電源可以分為三級(jí)，第一級(jí)電源為交流根底電源，保證能源供應(yīng)，但不能保證不連續(xù)。直流電源和交流不連續(xù)電源UPS為第二級(jí)電源，主要保證不連續(xù)供電。第三級(jí)電源為二次電源，

4、主要提供通信設(shè)備內(nèi)部各種不同交、直流電壓的要求。綜上可知，在通信電源系統(tǒng)中引入U(xiǎn)PS是為了以優(yōu)良的供電質(zhì)量向負(fù)載連續(xù)供電，從而進(jìn)步供電系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量。因此，UPS的性能優(yōu)劣及其可靠性就顯得非常重要。2通信譽(yù)UPS電特性要求通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信譽(yù)UPS的電氣性能技術(shù)要求如表1所示：在實(shí)際設(shè)計(jì)和配置UPS時(shí)，可根據(jù)負(fù)載特性、電網(wǎng)以及對(duì)UPS的詳細(xì)要求，來(lái)確定選擇側(cè)重的電氣性能指標(biāo)。3典型UPS的組成及特點(diǎn)UPS的較早形式由整流器、電池、直流電動(dòng)機(jī)、柴汽油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組成，飛輪為儲(chǔ)能裝置，稱為動(dòng)態(tài)式UPS。其維護(hù)簡(jiǎn)單，比擬穩(wěn)定，但系統(tǒng)龐大，操作不便，效率低，噪聲大，電力品質(zhì)不高。隨著技術(shù)的進(jìn)步

5、，動(dòng)態(tài)式UPS逐漸被蓄電池做儲(chǔ)能裝置的UPS所取代，稱為靜態(tài)式UPS，因其具有一系列優(yōu)點(diǎn)而成為主流，由整流器、充電器、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)和手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)組成，構(gòu)造如圖1所示。根據(jù)運(yùn)行原理和構(gòu)造不同，可以分為后備式UPS、互動(dòng)式UPS、雙變換式UPS、Delta變換式UPS等四種類型。3.1后備式UPS后備式UPS對(duì)市電進(jìn)展簡(jiǎn)單的升降壓及濾波處理后直接供應(yīng)負(fù)載，當(dāng)輸入電源不符合要求時(shí)才由電池供電，絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)負(fù)載使用的是市電或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后給負(fù)載供電。具有本錢低、部件少、體積孝效率高等優(yōu)點(diǎn)。但市電/電池供電轉(zhuǎn)換時(shí)間約410s，輸出精度低、輸出波形差、輸出波形為方波，適用于單臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

6、斷電保護(hù)。3.2互動(dòng)式UPS互動(dòng)式UPS，當(dāng)市電正常時(shí)，供應(yīng)負(fù)載為改進(jìn)了的市電；市電故障時(shí)，負(fù)載完全由電池逆變供電。雙向變換器既可當(dāng)逆變器，又可作為充電器給蓄電池供電。市電正常時(shí)逆變器處于熱備份狀態(tài)而作為充電器給電池充電，故又稱為在線互動(dòng)式UPS，此時(shí)其工作效率可達(dá)98%以上。具有輸出才能強(qiáng)，不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾等優(yōu)點(diǎn)。但輸出電壓精度和穩(wěn)定度比擬差，能滿足一般負(fù)載的供電要求。3.3雙變換式UPS雙變換式UPS的電路構(gòu)造如圖1所示，這是10kVA以上功率范圍的電源最常用的UPS類型。不管有無(wú)市電，負(fù)載的全部功率都由D/A逆變器提供，可以保證高質(zhì)量的電源輸出。市電掉電時(shí)，輸出電壓不受任何影響，沒(méi)有

7、轉(zhuǎn)換時(shí)間，具備典型的在線式UPS功能?？梢詮氐捉鉀Q市電停電、電壓波動(dòng)、頻率不穩(wěn)、波形失真及電壓干擾等所有輸入電源的問(wèn)題?？梢宰鳛橥ㄐ啪终净蛘哧P(guān)鍵性負(fù)載的首選電源。由于負(fù)載功率100%都由逆變器負(fù)擔(dān)，因此UPS的輸出才能不理想，對(duì)負(fù)載提出限制條件。而且，其可控輸入整流器決定了UPS輸入功率因數(shù)低，無(wú)功損耗大，輸入電流諧波成分大于30%，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的污染。3.4Delta變換式UPSDelta變換式UPS把電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)中的串并聯(lián)有源濾波技術(shù)應(yīng)用到了UPS電路構(gòu)造中，適用于功率范圍5kVA到1.6的應(yīng)用領(lǐng)域。它始終由逆變器提供負(fù)載電壓，故有高性能輸出特點(diǎn)。而且，Delta變換器也向逆變器輸出供電

8、，克制了雙變換式UPS對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染和輸出才能差的固有缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)在于過(guò)載才能、輸出電流峰值系數(shù)、輸出功率因數(shù)等都得到了進(jìn)步。但是，當(dāng)市電存在時(shí)，Delta變換器承當(dāng)?shù)淖畲笥泄β蕿轭~定的20%左右，而兩個(gè)變換器承當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率可能為輸出功率的1倍。效率是個(gè)可變量，只有市電輸入為額定值，負(fù)載為線性負(fù)載時(shí)，效率才到達(dá)最高值。當(dāng)輸入停電甚至出現(xiàn)短路時(shí)，Delta變換器將進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，假設(shè)保護(hù)失效，那么故障將是消滅性的。事實(shí)上，電網(wǎng)停電或短路時(shí)有發(fā)生，相比之下，雙變換式卻不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。4通信譽(yù)UPS的設(shè)計(jì)綜合上述各種構(gòu)造UPS性能的優(yōu)劣，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際。我國(guó)通信譽(yù)UPS幾乎全部為雙變換構(gòu)造，為保證系統(tǒng)

9、可用度，通常采用多個(gè)雙變換單機(jī)UPS組成適當(dāng)?shù)娜哂?。在通信電源系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)UPS系統(tǒng)時(shí)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：前級(jí)供電系統(tǒng)、UPS容量計(jì)算、冗余配置等。4.1前級(jí)供電系統(tǒng)UPS向負(fù)載提供電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形失真度小的高質(zhì)量電源，且保證實(shí)現(xiàn)無(wú)連續(xù)供電，其前級(jí)供電質(zhì)量很重要。前級(jí)供電系統(tǒng)電源電壓及頻率要穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，通常大容量UPS主機(jī)輸入電壓范圍為380V15%。電壓過(guò)低將使UPS后備蓄電池頻繁放電，縮短蓄電池的使用壽命。電壓過(guò)高那么容易引起逆變器損壞。而且假如前級(jí)電壓變化范圍過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致逆變器和旁路電源之間的切換被制止或有連續(xù)。中國(guó)論文聯(lián)盟.Ll.在UPS供電系統(tǒng)中不應(yīng)帶

10、有其他頻繁啟動(dòng)的負(fù)載，否那么其開(kāi)、閉會(huì)出現(xiàn)瞬間高電壓或低電壓，導(dǎo)致供電線路上電壓波形失真過(guò)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(dòng)作，進(jìn)而引起同步控制電路故障。大多數(shù)通信譽(yù)UPS都備有發(fā)電機(jī)組，以解決較長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)的供電問(wèn)題。在配置發(fā)電機(jī)組時(shí)，其容量不低于UPS額定輸出功率的1.52倍，以保證發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率正常，并改善其波形失真度。4.2UPS容量的計(jì)算通常UPS的容量首先要滿足當(dāng)前負(fù)載的需要，同時(shí)也要考慮負(fù)載性質(zhì)對(duì)UPS輸出功率的影響。UPS電源實(shí)際可帶負(fù)載量受負(fù)載功率因數(shù)的直接影響，對(duì)不同的負(fù)載功率因數(shù)要進(jìn)展功率折算，UPS容量不宜過(guò)大或過(guò)小，還應(yīng)考慮擴(kuò)容的需要。在計(jì)算

11、UPS容量時(shí)，所有共用1臺(tái)UPS的用電設(shè)備額定功率總和即為總負(fù)載功率P。UPS的最正確運(yùn)行負(fù)載裕量百分值稱為裕度，一般裕度的值取20%為宜。考慮到通信行業(yè)的特點(diǎn)，功率因數(shù)PF取為0.90.95。那么可以根據(jù)負(fù)載大小來(lái)確定UPS的容量S。S=式中：UPS容量kVA；P負(fù)載有功功率k；PF負(fù)載功率因數(shù)；裕度。假如以PF取為0.90.95，為0.2，那么S=1.31.4P?？梢?jiàn)，在確定UPS容量時(shí)，應(yīng)按照所有負(fù)載功率總和的1.31.4倍來(lái)設(shè)計(jì)。4.3UPS冗余配置方式進(jìn)步UPS系統(tǒng)可用性問(wèn)題的根本方法是采用多個(gè)雙變換單機(jī)UPS組成冗余。UPS冗余主要有并聯(lián)冗余、備用冗余、主從串聯(lián)冗余和分布冗余等幾種

12、形式。并聯(lián)冗余UPS由兩個(gè)或多個(gè)單機(jī)UPS組成，各單機(jī)UPS的輸出并聯(lián)到一個(gè)公共的配電系統(tǒng)。系統(tǒng)一般按照個(gè)單機(jī)UPS配置，其中個(gè)單機(jī)就足以滿足系統(tǒng)的全部負(fù)載用電，再增加一個(gè)作為備用。備用冗余UPS的兩個(gè)UPS中有一個(gè)是主用，另一個(gè)是備用。正常時(shí)兩UPS同步運(yùn)行，只有主用UPS為負(fù)載供電，備用UPS空載運(yùn)行。當(dāng)主用UPS故障時(shí)，轉(zhuǎn)換為備用UPS供電，故障的主用UPS與負(fù)載斷開(kāi)。其控制電路簡(jiǎn)單，但主用UPS向備用UPS轉(zhuǎn)換時(shí)，備用UPS要承受100%額定階躍負(fù)載，故對(duì)逆變器的動(dòng)態(tài)性能要求較高。主從串聯(lián)冗余UPS由兩個(gè)單機(jī)UPS按照串聯(lián)方式連接，一個(gè)是主UPS1，另一個(gè)是冗余UPS2。冗余UPS2的輸出直接與主UPS1的旁路輸入端連接。當(dāng)主UPS或冗余UPS需要進(jìn)展維護(hù)時(shí)，負(fù)載可由另一臺(tái)UPS供電，此時(shí)負(fù)載仍可與市電電源和各種干擾隔離。在實(shí)際運(yùn)用中，UPS輸出端至負(fù)載之間的配電電路往往產(chǎn)生故障。為了既保證UPS輸出端的電源可靠，又保證負(fù)載輸入端的電源可靠，設(shè)計(jì)了分布冗余UPS。其目的是將電源系統(tǒng)的冗余擴(kuò)展到每一個(gè)負(fù)載設(shè)備，使電源系統(tǒng)的冗余盡可能接近負(fù)載設(shè)備的輸入端。它有兩個(gè)獨(dú)立的UPS，每個(gè)獨(dú)立的UPS都能為全部重要負(fù)載供電，構(gòu)成雙母線供電系統(tǒng)。每個(gè)UPS系統(tǒng)的輸出功率總?cè)萘慷即笥诨虻扔谙到y(tǒng)負(fù)載總?cè)萘俊Ｍㄟ^(guò)適