通信UPS供電系統合理化配置的探討

1 引言

　　當今通信網(wǎng)絡(luò )，技術(shù)發(fā)展趨勢是IT（信息技術(shù)）與CT（通訊技術(shù)）的日益融合。為了保證供電安全的可靠性，建立在以軟交換技術(shù)為基礎的核心網(wǎng)絡(luò )技術(shù)上的下一代通信網(wǎng)絡(luò )（NGN）雖然仍將以直流電源作為基礎供電電源模式，但在業(yè)務(wù)支撐系統平臺上，使用交流電源供電模式也將同時(shí)并存?；谟嬎銠C類(lèi)設備的大量應用，UPS系統設備在通信網(wǎng)絡(luò )上的使用也越來(lái)越多。其供電對象已經(jīng)由單臺計算機設備發(fā)展到業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )設備、數據存儲設備、業(yè)務(wù)支撐平臺乃至整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )。供電對象的范圍主要涉及到計算機終端、服務(wù)器、路由器、交換器、顯示器、磁盤(pán)存儲陣列、小型機等。供電的方式也由小型 UPS 分散供電演變到大型UPS 的集中供電。為保證供電可靠性，甚至采用n+1 并聯(lián)熱備份系統乃至雙總線(xiàn)UPS 系統供電方式。一個(gè)設計良好的UPS 供電系統能給負載提供優(yōu)質(zhì)電源，然而在實(shí)際應用中，許多問(wèn)題又往往是UPS 供電系統引起的。因此，如何建立一個(gè)合理的、安全的UPS 供電系統成為大家關(guān)注的問(wèn)題。本文將從UPS 供電系統設計角度對這一問(wèn)題進(jìn)行探討。

　　2 UPS 系統容量的配置

　　UPS 的帶載能力是用戶(hù)選擇UPS 時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，即需要一個(gè)多大容量的UPS，被選中的UPS 在各種情況下帶負載的能力又如何，都是需要認真對待的。UPS 不象變壓器那樣，只要負載功率不超過(guò)其額定輸出容量（kVA）數值，無(wú)論什么負載都行，UPS 的輸出容量不僅與負載大小有關(guān)，還與負載的性質(zhì)有關(guān)。合理配置系統容量既可保證UPS 的供電質(zhì)量，降低故障率，又可節省投資，提高經(jīng)濟效益。

　　2.1 根據負載大小選擇系統容量在UPS

　　選型時(shí)必須充分注意，不能為追求UPS 運行的高可靠性，片面地認為UPS 的容量越大可靠性就越高。若UPS 長(cháng)期處于輕載運行，雖然有利于降低逆變器的損壞概率，但卻增加了UPS 內部蓄電池失效的可能性。因為蓄電池的放電電流過(guò)小而放電時(shí)間偏長(cháng)，容易造成深度放電，遭永久性損壞。若UPS 長(cháng)期處于重載運行，這樣雖可節省一部分投資，但由于逆變器處于重載運行，其輸出波形將發(fā)生畸變，輸出電壓幅值抖動(dòng)過(guò)大。這樣既不能為負載提供優(yōu)質(zhì)電源，還極易造成UPS 逆變器的本級驅動(dòng)元件損壞，所以，即使從經(jīng)濟角度講也是得不償失。根據目前一些UPS 廠(chǎng)家推薦，UPS 單機按帶載量60%～80%來(lái)配置，并機按每臺帶載 35%～40%來(lái)配置為佳。

　　另外在UPS 選型時(shí)還要考慮負載系統的擴容問(wèn)題，其預增加帶載量為20%左右。對于通信機房面積較大，負載不斷分期擴容的情況，在首期配置UPS 容量時(shí)，應適當考慮中遠期發(fā)展趨勢，并在選型中挑選可并機或多機運行的機型，以使中遠期負載容量增大時(shí)，通過(guò)UPS 并機擴大其輸出容量。相應地，配置UPS 輸入輸出配電屏時(shí)，應預留多臺 UPS 的輸入開(kāi)關(guān)和中遠期的負荷分路開(kāi)關(guān)，以便今后擴容。例如，UPS 的實(shí)際負載量為60kVA，則UPS 的最小選擇容量可估算為：（60kVA+60kVA× 20％）/60%=120kVA。

　　2.2 根據負載性質(zhì)選擇系統容量

　　負載性質(zhì)一般分為線(xiàn)性負載（包括阻性負載或功率因數已校正負載、感性負載、容性負載）和非線(xiàn)性負載(即帶有電解電容的整流濾波型負載）。

　　根據上表可看出，不同性質(zhì)的負載有不同的功率因數和峰值因數，所以選擇UPS 時(shí)，必須考慮負載的性質(zhì)。

　　大多數計算機設備的輸入功率因數為微容性0.7，而UPS 主要針對的負載正是這些智能精密設備，基于這樣的原因，所有的UPS 設計均需采用輸出功率因數匹配為0.7～0.8 的參數，從而最大限度地發(fā)揮UPS 的帶載能力。在功率因數匹配的情況下，即計算機負載的輸入功率因數為微容性0.7，而UPS 標定的輸出功率因數也為0.7 時(shí)，負載的VA 數與UPS 的VA 數比值為1：1。也就是說(shuō)1VA 容量的UPS 在不考慮沖擊、曾容等余量因素時(shí)可帶1VA 的此類(lèi)負載。若功率因數不匹配，例如電阻負載，1VA 容量的UPS 只能帶0.7VA 的電阻負載，否則UPS 會(huì )出現過(guò)載現象(即使UPS 的VA 數大于負載此時(shí)的VA 數)。

　　選擇負載容量還應考慮不同負載的沖擊電流，通常UPS 的峰值因數為3：1，適合電腦等非線(xiàn)性負載在正常工作中的峰值因數要求。但當沖擊較大時(shí)，UPS 等供電設備的電流容量乘以3 后還不足以滿(mǎn)足負載的瞬間電流要求。在這種情況下需要考慮增加供電設備的容量，從而提高電流提供能力。通常計算機負載在開(kāi)機時(shí)會(huì )產(chǎn)生超出平常多倍的大沖擊電流。通常超過(guò)UPS 的峰值因數提供能力，因此在選擇UPS 容量時(shí)需要考慮負載波動(dòng)及沖擊余量，適當增大UPS 容量以抵御負載的波動(dòng)，選擇UPS 容量余量為： UPS 容量(VA 數)：計算機負載容量 (VA 數) = 1：0.7

　　而對于某些特殊負載而言，在起動(dòng)或工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生很強的沖擊電流，負載容量瞬間升高數倍(有時(shí)高達6 倍)。對于此種負載應在普通容量余量比例基礎上進(jìn)一步加大余量。正確的容量配比對UPS 的正常穩定工作及UPS 的工作壽命影響很大，經(jīng)常工作在滿(mǎn)載或過(guò)載狀態(tài)下的UPS 系統故障的機會(huì )遠遠高于正確容量配比的UPS 電源。