- 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
當前市場UPS的種類繁多、工作模式的多樣性，對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，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)量優(yōu)劣的重要指標，是選型的主要依據(jù)。針對于UPS能否正常安全地向負載設(shè)備進行純凈的不間斷電源供電，這需要對它的性能參數(shù)進行詳細的了解。其主要技術(shù)參數(shù)如下。
1.額定運行參數(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)標稱輸入、輸出電壓，根據(jù)進、出線的方式來確定，主要有單進單出、三進單出、三進三出方式，大、中型UPS采用三進三出的進出線方式。
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)計的UPS范圍為-15%，+10%，用IGBT整流器設(shè)計的范圍為-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誤和三相缺相輸入的自動保護功能。
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以上時滿足125%負載，在1min以上時滿足150%負載。
(6)具有帶三相100%不平衡負載能力，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%線性負載。
4.其它參數(shù)
(1)平均無故障時間為20～40萬小時(大型)，15～22萬小時(中型)。
(2)并機能力，要求UPS具備直接并機輸出能力，各臺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，但不能影響負載的正常運行。
(3)應(yīng)具備遠程監(jiān)控、故障報警、運行狀況記錄功能。
(4)應(yīng)具備防雷擊抗浪涌抑制，抗靜電放電功能。
(5)具有ABM先進型電池自動化管理功能。由于蓄電池的好壞直接影響到UPS向負載不間斷的供電。現(xiàn)大多數(shù)UPS中，都將蓄電池長期置于浮充狀態(tài)，在市電供電正常時只充電不放電，長期以往會造成電池極板的鈍化，使電池容量下降，嚴重影響后備供電時間。而ABM先進型電池自動化管理系統(tǒng)是一種“短時的快速恒流、均充充電—恒壓浮充充電—長時間的微小電流放電的電池管理+實時的電池性能老化檢測的綜合型電池充放電管理系統(tǒng)”，并且可定期充電，可極高的延長了電池的使用壽命。
(6)具有與發(fā)電機組匹配的能辦因當需用發(fā)電機組來帶UPS時，發(fā)電機組所送出的電源本身不但電壓畸變大，而且它的內(nèi)阻遠比市電電網(wǎng)大，另外非線性負載會向柴油發(fā)電機組反射大量的高次諧波電流，可能會造成后接負載被燒毀、UPS故障等;并且市電停電到發(fā)電機供電間隙，UPS配套蓄電池已經(jīng)對負載放電。因此應(yīng)用額定功率大于UPS的標稱輸出功率的發(fā)電機組來向UPS負載供電，應(yīng)為UPS標稱輸出功率的1.6倍以上。
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(7)具有微處理器控制技術(shù)。可以增強UPS的故障診斷、自動判斷處理、各種保護措施、處理能力強、可靠性強、效率高等優(yōu)點。
(8)大型UPS必須具有輸出隔離變壓器。隔離變壓器可以先對市電電網(wǎng)進行優(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，先對市電進行了優(yōu)化，減小了市電電網(wǎng)各種污染源對負載的沖擊。
二、UPS配線的選擇
合理選擇配線是很重要的，線徑太細，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災(zāi);線徑太粗，則造成浪費。
1.交流電源線的選擇
銅纜線徑S=最大負載電流I/經(jīng)濟電流密度J(J為2～4A/mm2)
例如一通信局最大用電負載電流為100A，則：S=100/2.25=44.44 所以使用50mm2的銅纜。
對于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)線長度/導(dǎo)體的電阻率×導(dǎo)體截面積
例如一通信局站最大負載電流為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
當前的UPS可分為以下幾種：在線式、在線互動式、后備式、Delta變換型。
在線互動式的單機輸出功率為0.7～20kVA，后備式單機輸出功率為0.25～2kVA，且兩種類型在市電供電正常時，逆變器均不投入工作，而是向用戶提供經(jīng)過簡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合。此選型中不考慮。
1.Delta變換型UPS
也稱為雙逆變電壓補償在線式，其單機輸出功率為10～480kVA，它的原理是將交流穩(wěn)壓控制技術(shù)中的電壓補償原理運用到UPS的主電路中，利用補償變壓器對不穩(wěn)定的市電電壓進行電壓調(diào)整。
(1)市電電源供電正常時(即市電電壓波動范圍小于380V±15%，市電頻率波動范圍小于50±3Hz)，主供電通道上的STS1在導(dǎo)通狀態(tài)，STS2在斷開狀態(tài)。當市電電壓等于UPS的標稱輸出電壓時，市電電源經(jīng)補償變壓器(無需補償)直接送到負載上，此時的電源未經(jīng)過任何處理。當市電電壓高于或低于UPS的標稱輸出電壓時，補償變壓器在Delta變換器的調(diào)控下對市電電壓進行降壓或升壓調(diào)節(jié)后送到負載上。
(2)市電電源供電不正常時(即市電電壓波動范圍超過380V±15%，市電頻率波動范圍小于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載提供純凈的正弦波逆變電源。
(3)當輸出短路、輸出過載、溫升過高、主變換器或Delta變換器發(fā)出故障時，STS1關(guān)斷，STS2導(dǎo)通，市電電源經(jīng)過交流旁路通道給負載供電。
由此可以看出Delta變換型UPS在正常工作時市電電網(wǎng)的干擾非常容易地直接串入到用戶負載端，對于市電電壓過欠壓、電壓突變、頻率漂移、諧波干擾等市電電網(wǎng)的污染沒有實質(zhì)性的改善。
2.在線式UPS
單機輸出功率為0.7～1500kVA。采用以微處理器、數(shù)字信號處理的調(diào)控技術(shù)使逆變器連續(xù)不斷地向負載提供高質(zhì)量的純凈正弦波電源。
(1)市電電源供電正常時(即市電電壓波動范圍小于380V±15%，市電頻率波動范圍小于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)計方案，可將市電電源中的干擾幾乎都屏蔽掉，保證了向負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(即市電電壓波動范圍超過380V±15%，市電頻率波動范圍超過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載提供高質(zhì)量的正弦波交流電源。
(3)當輸出短路、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，如圖3所示，市電電源將由交流旁路通道給負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，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)的電壓波動和干擾對負載的影響，真正實現(xiàn)了對負載的無干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時間。
綜上所述，針對于通信局(站)中要求較高的通信設(shè)備、敏感先進儀器設(shè)備、非線性負載建議使用在線式UPS。
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四、通信局UPS供電方式的選擇
針對于通信局(站)所帶負載的重要性，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間為5～16萬小時，大型UPS電源的平均無故障工作時間為24～40萬小時，為確保UPS供電系統(tǒng)向負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UPS冗余供電配置方案。分為熱備份供電方式、直接并機冗余供電方式、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的輸出端給負載供電。當市電正常時，由UPS-1的逆變器電源輸送給負載，UPS-2處于空載運行狀態(tài);當UPS-1中的逆變器出現(xiàn)故障時，負載才由UPS-2的逆變器電源輸送。
此種冗余供電方式的優(yōu)點為對UPS單機的鎖相同步跟蹤控制技術(shù)要求不高(僅在兩臺UPS進行切換瞬間有所要求)，熱備份冗余供電系統(tǒng)構(gòu)成容易、簡單。缺點為長期空載運行的其中一臺UPS的配套蓄電池壽命縮短;由于一臺帶全載，另一臺空載，造成平均無故障時間下降;并要求單機具有帶“階躍性負載”的能力來保障主機出故障后能將全部負載立即加到空載運行的從機上。由于從機長期處于空載運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換過程，負載量將由0突變至全部負載，內(nèi)部電路及元器件由于大電流的沖擊，易造成損壞，使UPS的不安全運行穩(wěn)定性增高。
(2)直接并機冗余供電方式：即N+1型冗余并機系統(tǒng)。要求N臺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UPS共同均衡的給負載供電，如一臺發(fā)生故障，會自動將有故障的UPS自動脫機，負載由其它的UPS共同均衡供電，提高了此種并機方式的性能，使平均無故障時間得到了提高，設(shè)備的運行更加的穩(wěn)定。可靠性最高的就為1+1型直接并機供電系統(tǒng)。
(3)雙總線冗余供電方式：是在N+1式直接并機系統(tǒng)上進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，負載由另一套供電系統(tǒng)來保障，大大加強了供電的安全性。但所需經(jīng)濟條件較高。
對于以上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既不宜長期處于滿載運行，也不宜長期處于輕載運行。前者易造成UPS電源的逆變器和整流器損壞，后者易造成UPS的蓄電池損壞。因此UPS單機按帶載量60%～80%來配置，并機按每臺帶載35%～40%來配置為佳。另外還要考慮負載系統(tǒng)的擴容問題，其預(yù)增加帶載量為20%左右。
例如UPS的實際負載量為60kVA，則UPS的最小選擇容量為：
60kVA/60%=100kVA;
考慮負載擴容，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對負載設(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或兩路市電加油機的多重供電保障方式，但由于當前電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，更應(yīng)重點加以重視。現(xiàn)在通信局(站)要求油機在停電后的啟動時間為15min，并且對于UPS運行中以并機冗余供電方式及它的實際帶載為60%左右，因此建議每臺中、大型UPS的后備電池延遲時間(按UPS帶滿負載計算)一般選擇1h為宜。
對于UPS電池容量的配置計算為：
蓄電池組容量×電池組端電壓/主機額定功率=滿載時蓄電池工作時間
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以此來保證UPS在我們各個行業(yè)更加安全的運行，為我們各自領(lǐng)域的飛速發(fā)展做好堅強的后盾。
