通信交換局（站）中、大型UPS的選型

　　隨著通信行業(yè)的飛速發(fā)展，各種相應(yīng)先進(jìn)的通信設(shè)備及附屬配套設(shè)備不斷的產(chǎn)生，而對(duì)于供電電網(wǎng)的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，不僅要求正常的供電系統(tǒng)輸出，還要保證良好的不帶任何干擾的正弦波。

　　現(xiàn)使用的電網(wǎng)并不是純正的交流電源，除了電網(wǎng)偶爾性的停電與各種意外的發(fā)生外，由于市電電網(wǎng)中接有各種各樣的負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)造成了干擾和污染，惡化了供電網(wǎng)質(zhì)，影響了負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行，使負(fù)載設(shè)備可能產(chǎn)生不可預(yù)料的不盡相同的各種問題。UPS不間斷電源的產(chǎn)生及它可以解決電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過欠壓、電壓波動(dòng)及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對(duì)前端設(shè)備造成危害的功能上看，顯示了其在應(yīng)用領(lǐng)域的重要性。

　　對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)UPS的種類繁多、工作模式的多樣性，應(yīng)如何選擇及配置理想的UPS提出了要求。在這里淺談一下通信行業(yè)通信交換局（站）中、大型UPS選型的細(xì)節(jié)。選用UPS時(shí)，首先要確定其將選擇的類型，然后在根據(jù)具體的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)來確定其產(chǎn)品。

　　1、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。

　　1.1Delta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。

　　
圖1 市電電源供電正常

　　
圖2 市電電源供電不正常

　?。?）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），如圖1所示，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），如圖2所示，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。

　?。?）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。

　　1.2在線式UPS

　　單機(jī)輸出功率為0.7～1500 kVA。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。

　　
圖3 在線式UPS框圖

　?。?）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），如圖3所示，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。

　?。?）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。

　?。?）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。

2、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。

　?。?）熱備份供電方式（圖4）：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。

　?。?）直接并機(jī)冗余供電方式（圖5）：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（圖6）：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)。

　　
圖4 兩臺(tái)UPS組成的熱備份冗余供電系統(tǒng)

　　
圖5 1+1型直接并機(jī)冗佘供電系統(tǒng)

　　
圖6 雙總線冗余供電系統(tǒng)

　　3、UPS系統(tǒng)容量的選擇

　　UPS既不宜長期處于滿載運(yùn)行，也不宜長期處于輕載運(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