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)先進的通信設(shè)備及附屬配套設(shè)備不斷的產(chǎn)生，而對于供電電網(wǎng)的質(zhì)量要求也越來越嚴格，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載，對電網(wǎng)造成了干擾和污染，惡化了供電網(wǎng)質(zhì)，影響了負載設(shè)備的正常運行，使負載設(shè)備可能產(chǎn)生不可預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、電壓波動及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對前端設(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。

　　對于當前市場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選型的細節(jié)。選用UPS時，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)指標來確定其產(chǎn)品。

　　1、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。

　　1.1Delta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。

　　
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（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），如圖1所示，主供電通道上的STS1在導通狀態(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。

　?。?）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），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載提供純凈的正弦波逆變電源。

　?。?）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。

　　1.2在線式UPS

　　單機輸出功率為0.7～1500 kVA。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。

　　
圖3 在線式UPS框圖

　?。?）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），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。

　?。?）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。

2、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（圖4）：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（圖5）：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（圖6）：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)。

　　
圖4 兩臺UPS組成的熱備份冗余供電系統(tǒng)

　　
圖5 1+1型直接并機冗佘供電系統(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