建筑智能信息化系統UPS電源選用技術要點探討

摘要：在對UPS電源組成及工作原理進行簡單闡述后，對UPS電源系統在建筑電氣中的應用現狀進行簡單歸納總結。最后，結合多年實際工作經驗，對高層建筑智能信息化系統UPS電源選用技術要點進行了詳細分析研究。

關鍵詞：高層建筑；智能信息化系統；UPS電源

隨著城市居民生活水平的進一步提高，建筑智能化、網絡化、自動化技術發展也非常快，尤其是以網絡通訊技術為基礎發展起來的高層建筑智能信息化系統，已成為高層樓宇建筑智能人性化服務的重要功能系統。為了提高住宅小區人性化智能服務水平，很大大規模高層建筑開發商競相引進各種弱電智能自動化集成系統，以提高整個高層樓宇建筑的智能人性化服務水平，實現樓宇建筑機電設備管理自動化（BA）、通訊自動化（CA）、以及協同辦公自動化等功能。在建筑智能信息化系統中，UPS供電系統的運行穩定性和動作可靠性，對確保信息化網絡及智能自動化設備功能的正常發揮和安全穩定運行，就顯得尤為重要。

1 UPS電源組成及工作原理

UPS（Uninterruptible Power System）不間斷電源，主要由市電輸入濾波電路、整流充電電路、蓄電池充電控制回路、逆變輸出回路、自動切換開關、邏輯動作波愛護電路等共同組成，當UPS系統中充電電池性能變差或存在安全隱患時，UPS會自動校驗并報警，提醒相關運行管理人員及時維護處理，避免由于UPS電源系統失電而造成事故的發生或擴大。UPS電源其供電原理是當市電正常供電時，系統會通過內部轉換電路將交流電轉為直流，對能夠儲能裝置中的電池進行充電，以備市電突然中斷后重新啟動使用；當高層建筑市電供電系統發生突然中斷時，UPS系統就會將儲存于儲能裝置中直流電能通過逆變電路轉換為交流電源，向高層建筑供配電系統中的特殊弱電系統（如：計算機監控系統、樓宇信息化系統、中心機房等弱電系統）繼續提供電能資源，確保高層樓宇建筑特殊系統的正常穩定運行。UPS電源系統并不是簡單的供電停電后才會動作，而是當市電供電系統出現非正常運行工況如：雷電過電壓、瞬間浪涌、以及超荷低電壓等會影響到高層樓宇建筑弱電系統和信息化系統正常穩定運行時，均會自啟動為這些特殊系統或設備提供穩定且純凈的電能資源，確保其穩定可靠的運行。高層樓宇建筑供配電系統中一般負載（如：水泵電機、風機、冰蓄能空調等）在啟動瞬間均會對建筑供配電系統產生沖擊電流，雖然UPS電源內部功率電力電子元件均有一定的安全工作區，且在UPS電力電子元件選配過程中均會留有一定余地，但由于供配電系統中過大的沖擊波，還是會降低UPS系統內部元器件的工作性能，縮短其使用壽命，甚至還會造成一些元器件發生燒損等危害。因此，在UPS系統選型、設計、調試、使用維護過程中，應盡量避免或減少沖擊電流對UPS系統帶來的影響[1]。

2 UPS電源系統在建筑電氣中的應用現狀

UPS和EPS（Emergency Power Supply）應急供電電源系統，其工作原理基本相同，均是通過蓄電池在正常供電情況進行蓄電以作為后備電源，但兩個系統所支持的負載類型、切換時間、控制保護方式等均存在很大差異。的性質不同，切換時間、控制方式都有所差別。EPS電源系統主要支持電感性和混合性的負載(如水泵電機、風機、安全照明、應急照明、消防系統等)，其過載能力較強，但對切換時間要求不是非常高。大部分EPS電源系統生產廠家其將切換時間控制在0.1～0.25s范圍，這顯然不能滿足智能信息化數據處理弱電系統運行需求。UPS不間斷供電電源，可用于允許中斷供電時間在ms級范圍的特殊供電場所或系統，后備式（暗備用）UPS電源系統其電源轉換時間應控制在2～10ms范圍；而在線式（明備用）UPS電源系統，則不存在轉換時間問題。絕大部分UPS電源系統，還可以提供在線自檢高、低電壓動態保護，能夠進行供電電源波形失真自動校正處理，且具有頻率穩定、供電電壓穩定功能，同時還能起到抑制差模、共模等噪聲污染問題。因此，UPS電源系統在高層樓宇建筑中弱電及生命安全維系系統領域中，得到廣泛推廣應用，發揮著非常強大的功能。

3 高層建筑智能信息化系統UPS電源選用技術要點

UPS作為高層樓宇建筑信息化系統中計算機和其他先進電子設備，正常穩定運行不可缺少的供電保護系統，其在建筑智能信息化系統中發揮著非常重要的功能。但由于長期以來，設計、調試、運行管理等人員，對UPS電源系統的性能、特點、動作保護特性等不夠了解，從而造成選擇不當，使其在工程應用中使用壽命大大縮短、故障率較高，不僅大大影響了UPS電源系統性能的正常發揮，同時給高層樓宇建筑智能信息化系統安全穩定運行埋下巨大安全隱患。

3.1 UPS類型選擇

目前，在工程中常用的UPS電源系統主要包括后備式、在線交互式、以及雙變換在線式三大類，其中，后備式和在線交互式UPS電源系統，由于其逆變器電路結構按照一些不是十分苛刻的應用場所進行設計的，其在運行過程中對暫態干擾的綜合處理能力有限；雙變換在線式UPS電源系統，由于其逆變器電路結構具備在線實時監測校正工作，能對建筑供電系統中所有電源故障或異常沖擊進行有效隔離處理，非常適用于存在大量非線性負載的高層樓宇建筑低壓配電網，能夠有效隔離建筑低壓配電網系統中時刻存在的各種暫態干擾分量，進而可以避免低壓配電網中任何可能的電源故障，對高層樓宇建筑重要信息計算機機房等關鍵設備帶來破壞。因此，雙變換在線式UPS電源系統，是高層樓宇建筑智能信息化系統不間斷供電電源的最佳選擇[2]。

3.2 UPS電源系統輸出電性能指標選擇

不同類型UPS電源系統，其所適用的范圍不同，其所能達到的電性能指標也有很大差異，因此，合理選擇UPS電源系統的輸出電性能指標也是UPS電源選用的重要點之一。不同類型UPS電源系統其輸出電性能指標如表1所示：

從表1可知，雙變換在線式UPS電源系統，其電壓穩定精度可以達到±1%，電壓波形失真度(<3%，線性負載；<5%，非線性負載)，負載不平衡度可以自動調整到100%。高層樓宇建筑智能信息化系統中，計算機負載的輸入端均是脈寬調制開關電源，其對輸入交流電的質量要求并不是相當高，因此，在進行智能信息化系統UPS電源選型設計時，應根據負載類型和使用場所技術性能要求，不應過分追求UPS電源系統常規輸出電性能指標的高標準，要從技術、經濟等角度出發，選擇技術指標符合應用要求，性能較為優越的UPS電源類型。因此，高層樓宇建筑智能信息化系統用戶，第一次在計算機機房內配置UPS電源系統時，應對UPS電源系統的功能特性進行全面全方位了解，不僅要了解UPS電源系統的輸出電性能指標，同時還應從供電可靠性、供電經濟性、對低壓配電網適應能力、運行維護管理、以及與其他信息化系統匹配功能等方面，進行全面系統的考察分析。

3.3 UPS容量選擇

UPS電源系統中，蓄電池供電時長主要受負載大小、電池容量、環境溫度、以及電池放電截止電壓等因素影響。因此，在UPS電源實際工程選型設計時，可以按以下式進行估算：蓄電池運行安時數(Ah) = UPS電源功率(VA)×延時時間(h)÷UPS電源起動電壓(V)，也就是根據設計要求，在知道UPS電源功率、延長時間、以及起動電壓三個分量后，就可以計算出UPS電源的運行安時數。在選擇UPS電源系統容量時，除了要考慮高層建筑智能信息化系統UPS電源額定工作容量外，還要考慮一定的裕量，通常按照各設備額定功率總和的1.5倍進行容量設計。

4 結束語

在高層樓宇建筑智能信息化系統UPS電源選用過程中，只有合理地選配、正確地使用與維護，才能確保UPS電源系統在具有較高質量和運行穩定性的基礎上，獲得最大經濟效益，充分發揮UPS電源系統的性能，確保現代高層樓宇建筑智能信息化系統的安全正常穩定運行。

參考文獻

[1] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規范[S].

[2] 張乃國.UPS供電系統應用手冊[M].北京:電子工業出版社， 2004.