通信UPS供電系統(tǒng)合理化配置的探討

1 引言

　　當(dāng)今通信網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是IT（信息技術(shù)）與CT（通訊技術(shù)）的日益融合。為了保證供電安全的可靠性，建立在以軟交換技術(shù)為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的下一代通信網(wǎng)絡(luò)（NGN）雖然仍將以直流電源作為基礎(chǔ)供電電源模式，但在業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)平臺(tái)上，使用交流電源供電模式也將同時(shí)并存。基于計(jì)算機(jī)類設(shè)備的大量應(yīng)用，UPS系統(tǒng)設(shè)備在通信網(wǎng)絡(luò)上的使用也越來(lái)越多。其供電對(duì)象已經(jīng)由單臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)展到業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)乃至整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。供電對(duì)象的范圍主要涉及到計(jì)算機(jī)終端、服務(wù)器、路由器、交換器、顯示器、磁盤(pán)存儲(chǔ)陣列、小型機(jī)等。供電的方式也由小型 UPS 分散供電演變到大型UPS 的集中供電。為保證供電可靠性，甚至采用n+1 并聯(lián)熱備份系統(tǒng)乃至雙總線UPS 系統(tǒng)供電方式。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的UPS 供電系統(tǒng)能給負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源，然而在實(shí)際應(yīng)用中，許多問(wèn)題又往往是UPS 供電系統(tǒng)引起的。因此，如何建立一個(gè)合理的、安全的UPS 供電系統(tǒng)成為大家關(guān)注的問(wèn)題。本文將從UPS 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行探討。

　　2 UPS 系統(tǒng)容量的配置

　　UPS 的帶載能力是用戶選擇UPS 時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，即需要一個(gè)多大容量的UPS，被選中的UPS 在各種情況下帶負(fù)載的能力又如何，都是需要認(rèn)真對(duì)待的。UPS 不象變壓器那樣，只要負(fù)載功率不超過(guò)其額定輸出容量（kVA）數(shù)值，無(wú)論什么負(fù)載都行，UPS 的輸出容量不僅與負(fù)載大小有關(guān)，還與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。合理配置系統(tǒng)容量既可保證UPS 的供電質(zhì)量，降低故障率，又可節(jié)省投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.1 根據(jù)負(fù)載大小選擇系統(tǒng)容量在UPS

　　選型時(shí)必須充分注意，不能為追求UPS 運(yùn)行的高可靠性，片面地認(rèn)為UPS 的容量越大可靠性就越高。若UPS 長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，雖然有利于降低逆變器的損壞概率，但卻增加了UPS 內(nèi)部蓄電池失效的可能性。因?yàn)樾铍姵氐姆烹婋娏鬟^(guò)小而放電時(shí)間偏長(zhǎng)，容易造成深度放電，遭永久性損壞。若UPS 長(zhǎng)期處于重載運(yùn)行，這樣雖可節(jié)省一部分投資，但由于逆變器處于重載運(yùn)行，其輸出波形將發(fā)生畸變，輸出電壓幅值抖動(dòng)過(guò)大。這樣既不能為負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源，還極易造成UPS 逆變器的本級(jí)驅(qū)動(dòng)元件損壞，所以，即使從經(jīng)濟(jì)角度講也是得不償失。根據(jù)目前一些UPS 廠家推薦，UPS 單機(jī)按帶載量60%～80%來(lái)配置，并機(jī)按每臺(tái)帶載 35%～40%來(lái)配置為佳。

　　另外在UPS 選型時(shí)還要考慮負(fù)載系統(tǒng)的擴(kuò)容問(wèn)題，其預(yù)增加帶載量為20%左右。對(duì)于通信機(jī)房面積較大，負(fù)載不斷分期擴(kuò)容的情況，在首期配置UPS 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮中遠(yuǎn)期發(fā)展趨勢(shì)，并在選型中挑選可并機(jī)或多機(jī)運(yùn)行的機(jī)型，以使中遠(yuǎn)期負(fù)載容量增大時(shí)，通過(guò)UPS 并機(jī)擴(kuò)大其輸出容量。相應(yīng)地，配置UPS 輸入輸出配電屏?xí)r，應(yīng)預(yù)留多臺(tái) UPS 的輸入開(kāi)關(guān)和中遠(yuǎn)期的負(fù)荷分路開(kāi)關(guān)，以便今后擴(kuò)容。例如，UPS 的實(shí)際負(fù)載量為60kVA，則UPS 的最小選擇容量可估算為：（60kVA+60kVA× 20％）/60%=120kVA。

　　2.2 根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇系統(tǒng)容量

　　負(fù)載性質(zhì)一般分為線性負(fù)載（包括阻性負(fù)載或功率因數(shù)已校正負(fù)載、感性負(fù)載、容性負(fù)載）和非線性負(fù)載(即帶有電解電容的整流濾波型負(fù)載）。

　　根據(jù)上表可看出，不同性質(zhì)的負(fù)載有不同的功率因數(shù)和峰值因數(shù)，所以選擇UPS 時(shí)，必須考慮負(fù)載的性質(zhì)。

　　大多數(shù)計(jì)算機(jī)設(shè)備的輸入功率因數(shù)為微容性0.7，而UPS 主要針對(duì)的負(fù)載正是這些智能精密設(shè)備，基于這樣的原因，所有的UPS 設(shè)計(jì)均需采用輸出功率因數(shù)匹配為0.7～0.8 的參數(shù)，從而最大限度地發(fā)揮UPS 的帶載能力。在功率因數(shù)匹配的情況下，即計(jì)算機(jī)負(fù)載的輸入功率因數(shù)為微容性0.7，而UPS 標(biāo)定的輸出功率因數(shù)也為0.7 時(shí)，負(fù)載的VA 數(shù)與UPS 的VA 數(shù)比值為1：1。也就是說(shuō)1VA 容量的UPS 在不考慮沖擊、曾容等余量因素時(shí)可帶1VA 的此類負(fù)載。若功率因數(shù)不匹配，例如電阻負(fù)載，1VA 容量的UPS 只能帶0.7VA 的電阻負(fù)載，否則UPS 會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象(即使UPS 的VA 數(shù)大于負(fù)載此時(shí)的VA 數(shù))。

　　選擇負(fù)載容量還應(yīng)考慮不同負(fù)載的沖擊電流，通常UPS 的峰值因數(shù)為3：1，適合電腦等非線性負(fù)載在正常工作中的峰值因數(shù)要求。但當(dāng)沖擊較大時(shí)，UPS 等供電設(shè)備的電流容量乘以3 后還不足以滿足負(fù)載的瞬間電流要求。在這種情況下需要考慮增加供電設(shè)備的容量，從而提高電流提供能力。通常計(jì)算機(jī)負(fù)載在開(kāi)機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生超出平常多倍的大沖擊電流。通常超過(guò)UPS 的峰值因數(shù)提供能力，因此在選擇UPS 容量時(shí)需要考慮負(fù)載波動(dòng)及沖擊余量，適當(dāng)增大UPS 容量以抵御負(fù)載的波動(dòng)，選擇UPS 容量余量為： UPS 容量(VA 數(shù))：計(jì)算機(jī)負(fù)載容量 (VA 數(shù)) = 1：0.7

　　而對(duì)于某些特殊負(fù)載而言，在起動(dòng)或工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊電流，負(fù)載容量瞬間升高數(shù)倍(有時(shí)高達(dá)6 倍)。對(duì)于此種負(fù)載應(yīng)在普通容量余量比例基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大余量。正確的容量配比對(duì)UPS 的正常穩(wěn)定工作及UPS 的工作壽命影響很大，經(jīng)常工作在滿載或過(guò)載狀態(tài)下的UPS 系統(tǒng)故障的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正確容量配比的UPS 電源。