關于大容量UPS 電源應用的探討

樊 峰

（樊氏科技發展有限公司，山西 太原 030012）

0 引 言

大容量UPS電源又可稱為大容量不間斷電源，可以實現不間斷供電，促使機房內設備不間斷運行。近幾年，大容量UPS電源逐步克服了大型集中網絡供電瓶頸，構建了現代化和智能化的自動供電體系，提高了供電穩定性。現代化和智能化自動供電體系可以在交流停電的情況下，充分利用蓄電池優勢，啟動備用交流電設備或者在短時間內恢復交流電，保證相關設備穩定運行。可見，對大容量UPS電源的具體應用進行探究非常必要。

1 大容量UPS電源應用原理

大容量UPS電源（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）又可稱為不間斷電源，主要是將鉛酸免維護型蓄電池與主機相連接，利用主機逆變器模塊電路，將直流電轉換成設備所需電源的系統設備。大容量UPS電源多用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其他電力電子設備（如電磁閥、壓力變送器等）提供穩定、不間斷的電力供應。在設備所需電源輸入正常時，大容量UPS電源可以將設備所需電源穩壓后供應給負載運行。在整個過程中，大容量UPS電源主要作為交流式電穩壓器使用。同時，大容量UPS電源可向機內電池充電；而在設備所需電源因事故中斷時，可第一時間利用逆變器，將電池的直流電能轉化為交流電向負載繼續供應220 V交流電，以保證負載維持正常工作，同時保護負載軟、硬件的完整性[1]。

2 大容量UPS電源應用優勢

2.1 提高系統可靠性及安全性

在大容量UPS電源系統中，大容量UPS電源可以依據中國電網環境、網絡監控、網絡系統以及醫療系統等對電源的可靠性要求，從根本上解決中型或大型計算機網絡系統集中供電導致的供電電網環境惡化問題。利用基于全新的數字技術的第三代工頻純在線式智能型大容量UPS直流電源，不僅可以維持電路中穩恒電流，而且可以提高系統可靠性及安全性。同時，大容量UPS電源可以在計算機系統停電后，保障計算機系統繼續工作一段時間，以便用戶能夠緊急存盤，避免電力中斷對用戶工作造成不利影響。

2.2 提高系統冗余利用率

大容量UPS電源內每一設備具有獨立供電能力，且每臺大容量UPS電源帶載率均與理論值相符或高于理論值，整體設備資源利用率較高。在后期運行過程中，相關人員可以通過對大容量UPS電源進行擴容，進一步提高系統的冗余利用率。

2.3 降低系統維護難度

在日常巡檢外觀的基礎上，相關人員可以通過定期更換電池、濾波電容以及風機等易損件，保證大容量UPS電源穩定運行。由于大容量UPS電源具有的特殊優勢，它在維護階段危險度低，易擴容，維修難度小。大容量UPS電源內關鍵設備以模塊化存在，替換難度低。維修人員可以直接使用高級工具測試電池性能，實時掌握設備運行狀態和關鍵數據，設備事故預防能力較高[2]。

3 大容量UPS電源在某機房中的應用方案設計

3.1 某機房項目概述

某機房內裝設有單機容量為300 MW的混流式發電機組。該機房現場設備自動化程度較高，計算機監控系統負責整體機房運行監視及操作。計算機監控系統供電電源主要為系統UPS電源供電網絡和現場控制單元供電網絡。其中，系統UPS供電網絡負載主要包括GPS對時系統、環形以太網各系統交換機、現場控制級各機組功率變送器交流電源及電站控制機全部設備；現場控制單元供電網絡則由機器旁路直流電源配電屏220 V直流電源和機器旁路交流電源配電屏220 V交流電源組成。通過交流、直流輸入電源與現場控制單元柜內電源模塊連接，可輸出24 V直流電源，為計算機監控系統內負載提供電源，以達到現場控制單元不間斷供電的目的。

3.2 大容量UPS電源型號及容量選擇

依據控制便捷、穩定性好、安全可靠的UPS電源選擇原則，可采用德國SADT（AEG PSS）Protect7.00 20 kVA工業型UPS雙機并聯冗余系統。在確定大容量UPS電源型號后，依據容量額定視在功率，相關人員可以設定容量較高的大容量UPS電源。一般機房運行負載為額定功率的1/4～4/5，以保證后期擴容工作順利進行[3]。同時，為適應現代化機房無人值班或少人值班的要求，可對上述UPS電源系統進行優化改造，即在UPS電源輸入端采用三路供電的方式，選擇不同的母線及電源。其中，一號UPS電源主電源為220 V交流電源，來自400 V交流電源廠用電5D配電盤供電；二號UPS電源主電源為220 V交流電源，來自400 V交流電源廠用電6D配電盤供電。整體系統采用CAS BUS總線控制的模式，可以利用相應的通信接口板及電源板，對UPS整流器、逆變器以及靜態旁路進行冗余處理。

3.3 大容量UPS電源線路連接方式選擇

大容量UPS電源的多機并聯可以有效提升整機供電容量和運行可靠性，是現階段大容量UPS電源向超大容量UPS電源轉化的主要指導。為進一步提高大容量UPS電源運行穩定性及安全可靠性，工程主要利用新型全控高頻開關器件構成大容量UPS電源模塊，隨后經多模塊并聯的方式，對大容量UPS電源進行擴容。在大容量UPS電源基本連接方式確定后，相關人員可選擇互動熱備份式連接方式、主從熱備份式連接方式以及冗余并聯式方式等幾種類型。其中，互動熱備份式連接方式主要是單機帶載+單元互助的形式；主從熱備份式主要為主機帶負載，備份大容量UPS電源空負荷運行模式，此時備份大容量UPS電源輸出需經主機旁路輸入；冗余并聯式接線方式主要是通過自動均分負載，促使系統穩定運行。

雖然大容量UPS電源自身安全可靠性較高，但是部分場合對大容量UPS電源可靠性要求接近100%。因此，在選擇大容量UPS電源接線方式時，相關人員需要結合自身工作經驗，選擇安全可靠性最高且成本較低的接線方式。上述方式中，互動熱備份式接線方式包括人工分配負載和單元自動分配負載兩種模式。其中，人工分配負載模式具有較強的瞬時過載能力，且可同時進行老化作業，沒有備份機電池長期浮充環流老化風險。但是，由于它在運行期間必須由人工分配負載，人工作業不確定性較大，且技術人員工作負擔較大。而單元互動熱備份式主要是通過單元互助的形式促使兩臺大容量UPS電源系統輪流運行，整體系統運行階段沒有瓶頸故障，但是在自動分配負載階段具有較大的環流風險，且瞬時過載能力較差[4]。

主從熱備份式接線方式具有安裝簡單、不需增加輔助電路的優勢，且可以開展分期擴容、N+1熱備份作業，但瞬時過載能力較差，且每一UPS模塊老化時間差異較大、電池壽命較低，不利于長期穩定運行。

冗余并聯式具有較為突出的瞬時過載能力，且可自動分配負載。但是，由于冗余并聯式增加了輔助電路，整體運行成本較高，且存在環流風險。

根據上述大容量UPS電源連線方式特點，相關人員可以集成上述連線方式優勢，選擇最簡單的串聯熱備份模式，即利用單一大容量UPS電源裝置，將備用一組一號UPS電源輸出與工作的二號UPS旁路輸入相連。常規運行中，主要供電的二號UPS電源旁路輸出與旁路電源即一號UPS電源同步。在機房故障發生后，無需瞬時切斷轉換，可以直接由一號UPS電源向敷負載提供不間斷穩定電流。而在大容量UPS電源檢修階段，可以通過切換一號UPS電源開關和二號UPS電源開關，通過斷開維修旁路開關，順利完成大容量UPS電源檢修作業。通過上述開關遙控，也可以進行大容量UPS電源零部件更換及維修。同時，由于上述接線模式始終為一臺大容量UPS電源對負載供電，整體控制模式較簡單便捷、安全可靠且運行成本較低。

4 大容量UPS電源應用及維護

4.1 大容量UPS電源主機維護

在大容量UPS電源應用階段，相關人員應定期對大容量UPS電源主機進行維護，即定期對大容量UPS電源主機進行清潔除塵，避免塵土大量堆積在大容量UPS電源主機表面影響系統穩定運行。若需要大容量UPS電源單獨供電，則相關人員應首先關閉負載，隨后啟動大容量UPS電源進行電源供應。最后重新啟動負載，以避免瞬時電流過大導致大容量UPS電源系統內逆變器損壞。同時，相關人員應嚴格依據大容量UPS電源系統維護流程，避免修改大容量UPS電源主機參數，避免大容量UPS電源在大量負載下長時間運行，以保證大容量UPS電源主機處于正常運行狀態。

4.2 大容量UPS電源組維護

大容量UPS電源組是大容量UPS電源系統維護的關鍵模塊，相關人員可從環境、電壓等方面開展全方位維護管理作業。

首先，在大容量UPS電源組運行期間，相關人員應定期清潔大容量UPS電源組兩端部件，并對大容量UPS電源組各模塊進行檢查、記錄，以便及時發現大容量UPS電源組運行風險，及時采取防護措施。同時，考慮到大容量UPS電源組電壓位于一個較高的數值，相關人員可在操作階段預先進行絕緣防護操作和防觸電保護作業。

其次，一般環境溫度與大容量UPS電源組浮充電壓呈負相關。因此，在大容量UPS電源組運行期間，相關人員應加強對環境溫度控制的重視，將大容量UPS電源組運行環境溫度控制在一定范圍內，保證大容量UPS電源組的使用壽命。

最后，在大容量UPS電源組運行期間，深度放電會導致大容量UPS電源組內阻增大而無法順利充電。大電流放電會導致蓄電池電池極板變形和耐用程度下降。因此，在大容量UPS電源組運行維護期間，相關人員可在每次放電結束后，利用大容量UPS電源組充電回路進行浮充作業，避免放電期間大容量UPS電源組兩級間出現放電短路情況。同時，對于長時間閑置的大容量UPS電源，重新啟動前，技術人員需要將其放置在不經常停電區域內進行浮充處理。一般浮充時間為10～12 h。注意需要間隔充電，即每間隔一段時間中斷一次電流供應，保證大容量UPS電源組的運行年限。

5 結 論

綜上所述，大容量UPS電源具有構造簡單、供電可靠性高以及能量損失小的優良特點。因此，在機房建設過程中，相關人員應結合現階段機房設備運行要求，選擇恰當的大容量UPS電源型號及容量，隨后從大容量UPS電源運行維護入手，對機房內大容量UPS電源進行定期維護管理，充分發揮大容量UPS電源的優勢，最大限度地提高機房運行效益。