通信機房UPS電源改造方案研究

郇亮

摘要：本文通過分析當前UPS系統存在的問題，結合目前機房運行情況，采用雙母線UPS冗余方式，為機房各類設備的穩定運行提供連續電力供應保障。

關鍵詞：通信機房;UPS;研究;改造

第1章前言

UPS（Uninterruptible Power System，不間斷電源）作為一種重要的電源設備，為機房設備提供持續、不間斷、穩定的動力，在保護各類生產數據的同時，還具有消除或衰減各類干擾雜波、穩頻穩壓等功能，起到了非常重要的作用。

第2章UPS概述

2.1UPS的組成

UPS是一種以逆變器為主要元件，帶有儲能裝置，可以穩壓穩頻輸出電源的設備，一般由蓄電池、整流器、逆變器、旁路開關等組成。

1）逆變器

逆變器是UPS系統中很重要的組成部分，是將直流電（DC）轉變成交流電（AC）后，電壓和頻率都比較穩定的輸出，其性能影響UPS的可靠性、效率、輸出波形等重要指標[2]。

2）整流器

UPS的輸入指標由整流器的性能決定。整流器是為蓄電池和逆變器提供電能，同時把交流電（AC）轉變為直流電（DC）。

3）旁路開關

旁路開關的功能是旁路轉換，用于提高UPS的可靠性。

4）蓄電池

蓄電池是儲存電能的裝置，在市電正常時，整流器對蓄電池充電，當市電中斷時，由蓄電池向負載供電。除了儲能，蓄電池還能起到屏蔽干擾、凈化的作用。

2.2UPS分類及工作原理

按工作方式UPS可分為三類，即后備式、在線式、在線交互式。

后備式UPS接線簡單，價格低廉，適用于不太重要的設備供電。

在線交互式UPS當市電故障時，負載由蓄電池通過逆變器變換后供電;當市電正常時，逆變器只給蓄電池供電。

在線式UPS無論市電是否正常，負載所用的交流電壓都要經過逆變電路，即逆變器一直在運行狀態。因此，通信機房通常采用在線式UPS，其工作原理如圖1：

市電正常時，首先經過變壓器和整流濾波，再經由逆變器到變壓器，最后經過開關S3后給負載供電。當市電不正常時，UPS有一個或多個能量的變換裝置和儲能環節能繼續向負載提供穩定、不間斷的電源。

第3章存在的問題

由于條件限制，一些通信機房各類設備共用一套UPS系統，而各類設備的安全等級不同，運行管理部門也不同。

因此，本文針對幾類專業設備共用一套UPS系統的情況下提出改進方案，采用雙母線UPS冗余方式，以確保各類設備不間斷運行。

第4章改造方案

4.1容量選擇

為了保證UPS的供電質量和可靠性，提高經濟效益，應當根據負載的總容量及性質選擇適當的UPS，以滿足當前負載的需求。

1）容量選擇。UPS容量即不能過大，也不能過小。容量過大，UPS輕載運行，以致于蓄電池放電電流小，放電時間長;容量過小，UPS重載運行，無法為負載提供優質電源。這兩種情況都容易致使元件受到損壞。

2）負載性質。在實際情況中，UPS系統的負載與功率因數有很大關系。計算機設備在運行狀態下，平均功率小，瞬時功率高，UPS在帶計算機設備時功率因數約為0.65。

4.2橫截面積計算公式

因機柜容量限制，考慮到走線、散熱及安裝設備所需的空間，單個機柜最多安裝服務器6到8臺[5]。

4.3電池后備時間計算公式

I：電池工作電流（A）

V：外接電池的直流電壓（V）

T：連續放電時間（H）

Kh：電池容量換算系數（Ct/C10）

10Hr放電率為1，5Hr放電率為0.9，3Hr放電率為0.75，1Hr放電率為0.62[5]。

4.4改造方案

在實際運行中，UPS所帶負載至輸出端之間的線路和開關發生故障的概率較高。因此，本改造方案采用雙母線冗余方式，即將兩個獨立的UPS單機系統，通過適當的配電電路，使得全部負載都可以由任一個獨立的UPS系統供電。

如果即有雙電源設備又有單電源設備，兩個UPS在正常運行時都同步于市電，但當市電發生故障時，同步源消失，兩個UPS會出現同步問題。LBS（Load Bus Synchronization，負載母線同步）系統可以有效地避免電源和負載產生環流，使市電在非正常狀態下兩個UPS也能同步。如果沒有條件配置LBS系統，單電源設備則只能接在一條母線上?？捎韶撦d情況決定雙母線UPS冗余方式是否配備LBS，如果負載以雙電源設備為主，只有個別不重要的單電源設備，或當雙母線UPS系統供電的設備全部為多電源設備、雙電源設備或單電源設備時，不需要考慮同步問題。

在實際應用中，如果機房即有雙電源設備又有單電源設備，這時就需配置LBS系統。兩個UPS的輸出端分別經由配電屏后各自分成兩路，一路則過STS（Static Transfer Switch，靜態轉換開關）接入兩臺分配電屏，然后分別接入單電源設備，另一路則通過分配電屏后連接雙電源設備（圖2）。

4.5小結

實際改造過程中可能出現很多限制，比如現有的配電系統、資金、場地等等，所以要從滿足經濟性、提高可靠性和減少施工難度等多方面綜合考慮UPS設備選型。

參考文獻

[1]莊維等，信號機房雙電源改造技術方案可行性研究[J]，上海市鐵路智能調度指揮系統工程研究中心，2020.

[2]丁仁杰等，一種調度自動化機房UPS電源設計方案[J]，電腦知識與技術，2018

[3]第四屆電能質量國際研討會論文集[C]，中國標準出版社，2006.

[4]宮正，UPS電源在電力調度自動化系統中的應用與維護[D]，通訊世界，2016（5）：150～156.

[5]賴亞芳，調度自動化機房UPS電源系統改造實踐[D]，華北電力大學 ，2016.

[6]UPS蓄電池配置與放電的簡單計算[S]，中國百科網.

[7]陳洪偉，徐新民，不間斷電源應用分析[J]，電源世界，2017 （5） ：34～36

[8]張青松，廣播電視系統中UPS電源的選型與配置，衛星電視與寬帶多媒體，2011 （19） ：132～134