UPS電源及重要用戶保障方案探討

邵省平

（西安電信分公司設(shè)備維護中心，陜西 西安710004）

隨著微型機算機應(yīng)用的日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，在通信行業(yè)中的數(shù)據(jù)核心設(shè)備、計費系統(tǒng)、核心網(wǎng)、IDC核心服務(wù)器等設(shè)備對高品質(zhì)的供電提出了越來越嚴格的要求。在微型計算機運行期間供電中斷，將會導(dǎo)致隨機存儲器中數(shù)據(jù)的丟失和程序破壞，造成計費丟失，有時甚至?xí)勾疟P盤面及磁頭遭到損壞，造成難以彌補的損失。在目前廣泛使用的微型機算機中，其內(nèi)部供電系統(tǒng)都裝有高速欠壓保護電路，當電網(wǎng)欠壓時，微機靠儲存在濾波電容中的能量來維持工作，一般能維持半個周期（10 ms）左右。為了避免存儲器中數(shù)據(jù)的丟失，這就要求一旦市電發(fā)生瞬時斷電時，必須要有一種電源系統(tǒng)能在小于10 ms的時間間隔內(nèi)重新送電（通信行業(yè)的核心設(shè)備要求瞬時斷電時間小于4 ms），以保證微機系統(tǒng)的正常運行。微機除了要求供電系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性之外，還要求市電的輸出應(yīng)保持良好的正弦波波形，而且不帶干擾。交流市電電網(wǎng)波動較大，嚴重的干擾常常會造成計算機的計算錯誤和數(shù)據(jù)丟失，并導(dǎo)致數(shù)據(jù)通訊處理系統(tǒng)的損壞，給通信用戶造成重大損失，因此，必須采用高供電質(zhì)量的UPS電源。

1 UPS不間斷電源

1.1 UPS組成

UPS是不間斷電源（uninterruptible power system）的英文簡稱，是能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備，它由整流器（AC/DC）、逆變器（DC/AC）、蓄電池、靜態(tài)開關(guān)組成的。

1.2 UPS的功能

在市電供電時，UPS系統(tǒng)輸出無干擾的工頻交流電；當市電掉電時，UPS系統(tǒng)由蓄電池供電，并輸出純凈的交流電。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴展，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的UPS不再只是單純的電源設(shè)備，而逐步成為整個網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心，UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術(shù)，UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當負載設(shè)備無人值守時，當市電故障后，UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機，甚至還可以自動發(fā)傳呼或E－mail給管理者。現(xiàn)代的UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實現(xiàn)事件記錄、故障告警、UPS參數(shù)自動測試分析、調(diào)節(jié)等多項功能，提供了完全的電源管理解決方案。現(xiàn)在有些UPS甚至可以對環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進行監(jiān)視。

2 幾種UPS工作原理

2.1 在線式UPS

在線式UPS電路結(jié)構(gòu)如圖1。當市電正常供電時，市電經(jīng)UPS濾波吸收回路后，經(jīng)整流回路對電池組充電，同時整流器的輸出作為逆變器的輸入，再經(jīng)過變流器的轉(zhuǎn)換提供凈化過的交流電力給負載使用。若市電發(fā)生異常，則逆變器的輸入改由電池組來供應(yīng)，逆變器持續(xù)提供電力，達到完全不斷電的目地。由此可知，在線式UPS系統(tǒng)的輸出完全由變流器來供應(yīng)，不論市電電力品質(zhì)如何，其輸出均是穩(wěn)定且純凈的正弦波電源。

圖1 在線式UPS電路結(jié)構(gòu)

2.2 在線互動式UPS

在線互動式UPS電路結(jié)構(gòu)如圖2。這種不間斷電源主要由市電、整流器、蓄電池、逆變器、三端口變壓器組成。當市電正常時，它經(jīng)一條交流旁路直接向負載供電；當市電電壓在150～180 V或240～276 V范圍內(nèi)時，它經(jīng)由變壓器調(diào)壓向用戶提供經(jīng)過簡單處理的市電（這時用戶實際使用的仍然是來自一般市電）；對于這種UPS來說只有當市電電壓低于150 V或高于276 V時，它才向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波電源”。

由此可見，這類UPS逆變器一直處于工作狀態(tài)，但從逆變器的角度來說，它又是處于非在線狀態(tài)。逆變器具有兩用性，即互動性，所以稱為在線互動式或者說是準在線式。

圖2 在線互動式UPS電路結(jié)構(gòu)

2.3 后備式UPS

后備式UPS電路結(jié)構(gòu)如圖3。對于這種UPS來說，當市電電壓在170～270 V的范圍內(nèi)時，它經(jīng)由變壓器調(diào)壓向用戶提供經(jīng)過簡單處理的市電（這時用戶實際使用的仍然是來自一般市電）；對于這種UPS來說只有當市電電壓低于170 V或高于270 V時，它才向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波電源”。

圖3 后備式UPS電路結(jié)構(gòu)

2.4 UPS電源逆變切換時間比較

旁路開關(guān)切換時間要短、備用時間要長、恢復(fù)時間要快。

在線式UPS，從市電供電到市電中斷的過程中，UPS電源對負載供電的轉(zhuǎn)換時間為零。

互動式UPS，從市電供電向逆變器供電進行轉(zhuǎn)換時對負載而言，它約有4 ms左右的中斷供電，但其中斷時間小于微型機算計所允許的10 ms要求。

后備式UPS，從市電供電向逆變器供電進行轉(zhuǎn)換時對負載而言，它約有4 ms～12 ms左右的中斷供電。

結(jié)論：如果按技術(shù)性能的優(yōu)劣來排序的話，其順序應(yīng)為：在線式UPS＞在線互動式UPS＞后備式UPS。

目前通信行業(yè)所用的均為在線式UPS。

3 在線式UPS并機運行方式

目前通信機房普遍采用的UPS運行方式，為兩臺（或兩臺以上）并列式UPS系統(tǒng)，旁路電源均由市電引入，兩臺并列式運行的UPS設(shè)備總輸出負荷，不能超過一臺UPS設(shè)備輸出的額定容量。

這種兩臺并列式UPS系統(tǒng)運行方式的優(yōu)點：當一臺設(shè)備故障時，另一臺設(shè)備承擔給負載供電任務(wù)。

這種運行方式的缺點：

a.UPS利用率低、電費高、成本高。兩臺UPS額定容量，只能當一臺使用，在提高UPS供電系統(tǒng)可靠性的同時，損失了UPS設(shè)備的利用率。

b.單電源設(shè)備重要用戶得不到有效保護。當UPS故障轉(zhuǎn)旁路供電時，旁路市電供電不可靠，當市電波動較大或閃斷時，會影響負載的正常運行或中斷，給用戶造成重大損失。

c.機房有效面積利用率低，機房環(huán)境控制（溫度、濕度）投資大，能耗大。同一個電源機房往往有多套并聯(lián)運行的UPS系統(tǒng)，各系統(tǒng)負載容量都只能是安裝容量的一半以下，投資成本高、利用率低，對機房有效使用面積占有率高，同時由于UPS散熱量大，對機房環(huán)境控制投資也會相應(yīng)加大。

那么，有什么方法能夠在保證重要負載用電安全的前提下，提高各系統(tǒng)設(shè)備的利用率，減少投資、提高機房有效利用面積，降低能耗，這是個很值得探討的問題。

4 重要用戶UPS電源保障方案探討

目前中國電信集團公司要求對UPS電源系統(tǒng)重要用戶，保證供電方式應(yīng)滿足旁路和整流為兩路不同路由電源保障。為了更好地保障重要用戶UPS電源供電，保障用戶不間斷用電，提出以下探討性保障方案，以供參考。

4.1 保障方案一

對小容量UPS電源系統(tǒng)重要用戶保障方案。

小容量UPS電源系統(tǒng)大多數(shù)為重要用戶、大的營業(yè)廳等供電，這些用戶對供電指標要求較高，不能瞬時斷電。其保障方案是：建一臺大容量UPS，將大容量UPS輸出電源，作為小容量UPS設(shè)備的旁路引入電源。當小容量UPS設(shè)備故障系統(tǒng)倒旁路供電時，旁路電源即為大容量UPS系統(tǒng)的輸出，這樣既保證了小容量UPS系統(tǒng)旁路電源的穩(wěn)定、可靠、又延長了系統(tǒng)放電時間，且小容量UPS設(shè)備如果是并聯(lián)系統(tǒng)，該小容量UPS系統(tǒng)可以考慮各單臺UPS設(shè)備均在帶額定容量負荷下供電，提高了該小容量UPS系統(tǒng)的利用率。

注意事項：

a.市電引入方式：對于小容量UPS系統(tǒng)交流引入和大容量UPS設(shè)備交流引入可以來自同一臺變壓器。為了更加可靠，小容量UPS系統(tǒng)交流引入和大容量UPS設(shè)備交流引入應(yīng)來自不同的變壓器。

b.在選擇大容量UPS設(shè)備時，應(yīng)考慮該大容量UPS設(shè)備的輸出容量，應(yīng)滿足小容量UPS系統(tǒng)容量之和，連接方式如圖4。

圖4 對小容量UPS電源系統(tǒng)重要用戶保障方案連接方式

4.2 保障方案二

對多套小容量UPS電源系統(tǒng)重要用戶保障方案。

同方案一相同，建一臺大容量UPS，將大容量UPS輸出電源，作為各小容量UPS系統(tǒng)設(shè)備的旁路引入電源。當某小容量UPS設(shè)備故障，系統(tǒng)倒旁路供電時，旁路電源即為大容量UPS的輸出，這樣就保證了該小容量UPS系統(tǒng)負荷的用電安全。

在選擇大容量UPS設(shè)備時，應(yīng)考慮該大容量UPS設(shè)備的輸出容量，只滿足最大小容量UPS系統(tǒng)容量之和即可。該方案最大優(yōu)勢是：

a.提高了各小系統(tǒng)設(shè)備的利用率，降低了能耗損失。

b.大容量UPS系統(tǒng)交流引入和各小容量UPS設(shè)備交流引入分別來自不同的變壓器，就更加保證了各小容量UPS系統(tǒng)旁路電源的穩(wěn)定、可靠，又延長了系統(tǒng)放電時間。

c.減少了機房面積占有率。各小容量UPS系統(tǒng)均不需要考慮備份，避免了各小系統(tǒng)設(shè)備量的成倍增加，減少了機房面積占有率。

d.減少了投資成本。連接方式如圖5。

4.3 保障方案三

對由UPS電源系統(tǒng)供電的IDC大負荷重要用戶保障方案。

圖5 對多套小容量UPS電源系統(tǒng)重要用戶保障方案連接方式

對三臺并機的大負荷UPS系統(tǒng)，給IDC設(shè)備做重要保障供電時，如果考慮另建一套同系統(tǒng)UPS系統(tǒng)，作為該系統(tǒng)的保障電源，投資很大，且機房占地面積較大，不切實際。但該系統(tǒng)同樣重要，不能瞬時斷電，為了保障大容量UPS系統(tǒng)負荷的安全可靠性，其保障方案是：用一臺大容量的UPS設(shè)備輸出，作為該系統(tǒng)設(shè)備的旁路電源。當UPS系統(tǒng)某臺設(shè)備故障，系統(tǒng)倒旁路供電時，旁路電源即為保障UPS的輸出電源，這樣既保證了UPS系統(tǒng)旁路電源的穩(wěn)定、可靠和用戶的安全，又節(jié)省了投資。

注意事項：

a.市電引入方式：被保障UPS系統(tǒng)交流引入，與作為保障設(shè)備的大容量UPS設(shè)備交流引入，應(yīng)來自不同的變壓器。

b.在選擇保障設(shè)備的大容量UPS設(shè)備時，應(yīng)考慮該大容量UPS設(shè)備的輸出容量，應(yīng)滿足被保障UPS系統(tǒng)兩臺UPS容量之和。

在三臺并機的大UPS系統(tǒng)中，一臺UPS設(shè)備作為系統(tǒng)中任意一臺的備機，保障設(shè)備的大容量UPS作為該系統(tǒng)的保障電源，連接方式如圖6。

圖6 對由UPS電源系統(tǒng)供電的IDC大負荷重要用戶保障方案連接方式

5 結(jié)束語

UPS電源在通信行業(yè)保障核心設(shè)備和重要用戶方面使用的越來越多，重要性越來越強，其系統(tǒng)供電的安全性非常重要，直接影響著企業(yè)的信譽和利益。這就要求必須做好UPS供電系統(tǒng)的保障工作。所以在新建UPS系統(tǒng)和系統(tǒng)擴容時，必須考慮在確保重要用戶用電安全的同時，盡量減少投資，更好的節(jié)約能耗和提高設(shè)備利用率，減少機房面積占有率，做好規(guī)劃工作尤為重要。

［1］ 李成章，王淑芳.新型UPS不間斷電源原理與維修技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1999.