韓德柱

[摘 要]UPS電源是能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備。從功能上來說，UPS可以在市電出現(xiàn)異常時，有效地凈化市電，還可以在市電突然中斷時持續(xù)一定時間給計算機等設(shè)備供電。從用途上來說，隨著信息化社會的快速發(fā)展，UPS廣泛地應(yīng)用于從信息采集、傳送、處理、存儲到應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)，其重要性日益突出。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字；廣播大廈UPS；系統(tǒng)配置；產(chǎn)品選型

中圖分類號：TN949.197 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0290-02

一、UPS系統(tǒng)配置方案

在新建數(shù)字廣播大廈工藝供配電系統(tǒng)中，UPS直接為工藝用電設(shè)備供電，UPS及其相關(guān)供配電設(shè)備的質(zhì)量和可靠運行直接關(guān)系到未來我臺節(jié)目的安全播出。因此，UPS系統(tǒng)配置方案在整個工藝配電系統(tǒng)中起到極為重要的作用。

依據(jù)目前規(guī)劃，九層UPS機房主要為播出系統(tǒng)供電，配置四臺UPS主機，按照2（N+1）的拓撲結(jié)構(gòu)進行配置，即雙機雙母線配置，如圖1。系統(tǒng)主要為分布于七至九層各區(qū)域的播出設(shè)備供電，兩路來電在末端配電箱進行切換，目前計算的負荷約為135KW。正常情況下，四臺UPS主機均攤用電負荷。即便在極端情況下，如當其中的三臺UPS主機同時出現(xiàn)故障，且不能向用電設(shè)備供電時，最后一臺UPS主機可以承擔起全部的用電負荷。

六層UPS機房主要為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電，配置兩臺UPS主機，按照2N的拓撲結(jié)構(gòu)進行配置，即單機雙母線配置，如圖1。系統(tǒng)主要為分布于六層各區(qū)域的工藝設(shè)備供電，并且還為負一層至九層工藝豎井內(nèi)的設(shè)備供電，兩路來電在末端配電箱進行切換，目前計算的負荷約為169KW。正常情況下，兩臺UPS主機均攤用負荷。當一臺UPS主機出現(xiàn)故障時，另一臺主機可以承擔起全部的用電負荷。

三層UPS機房主要為錄制系統(tǒng)供電，考慮到用電保障級別與經(jīng)濟成本，目前預(yù)留兩臺UPS主機，計算的負荷約為80KW。在預(yù)留UPS主機的情況下，在設(shè)備前端配置辦公用的小型UPS來滿足用電需求。

蓄電池系統(tǒng)為UPS電源提供應(yīng)急電能，每臺主機配一組電池。按照單母線供電不少于30分鐘的原則，在九層機房為每臺主機配置單套供電時間不少于15分鐘的電池組，在六層機房為每臺主機配置單套供電時間不少于30分鐘的電池組。

一般認為容量在200KVA及以下的主機屬于中小功率的UPS電源系統(tǒng)。根據(jù)目前我臺未來規(guī)劃的負載情況，適宜配置中小型UPS電源系統(tǒng)。另外，根據(jù)產(chǎn)品說明和使用規(guī)定，因為考慮到單機的負載率過高會影響到產(chǎn)品的實際使用壽命，所以要保證單機所帶負載一般不超過額定容量的80%。例如，若兩臺UPS主機并機且平均分配負載的情況下，單臺UPS主機所帶負載最高不要超過40%。

在依據(jù)設(shè)計院的相關(guān)設(shè)計方案，考慮UPS系統(tǒng)配置方案和容量的同時，還需要確定UPS機型的選用。

二、工頻機或高頻機的選用

目前，市場上眾多品牌的UPS既有工頻機的產(chǎn)品，也有高頻機的產(chǎn)品。在中小功率產(chǎn)品中，高頻機居多。

1、兩者在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別

（1）高頻機采用IGBT整流器，而工頻機多為可控硅整流器，從時間上看IGBT的研發(fā)及商業(yè)應(yīng)用晚于可控硅。IGBT具有驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高的優(yōu)點。應(yīng)用于中小容量的負荷中心，IGBT的應(yīng)用完全可以滿足需求，而且具有體積小、重量輕、能耗低的優(yōu)點。

（2）與工頻機不同，高頻機不需要隔離變壓器

工頻機的特點是除了整流器、逆變器外還帶有隔離變壓器。由于過去電力電子器件的限制，缺少高耐壓、大電流的功率器件作逆變器，整流器變換出的直流電壓不能很高，所以逆變器輸出的交流電電壓較低，需要輸出隔離變壓器再進行一次升壓。

目前，由于電力電子器件已能夠滿足中、小功率的高壓設(shè)計，帶輸出隔離變壓器的UPS，存在輸入諧波污染高和效率低下、體積笨重等固有缺陷，這類結(jié)構(gòu)在國際上已屬淘汰之列。而高頻機的出現(xiàn)解決了工頻機結(jié)構(gòu)體積大、效率低的問題。

并且，工頻UPS在多機并聯(lián)時會出現(xiàn)多個變壓器的并聯(lián)。變壓器的并聯(lián)是電力行業(yè)應(yīng)盡量避免的情況，因為變壓器并聯(lián)時的環(huán)流是不可避免的，環(huán)流的長期存在將導(dǎo)致設(shè)備壽命的縮短。而高頻UPS因沒有輸出變壓器，所以幾乎沒有環(huán)流。

2、兩者在技術(shù)參數(shù)上的比較

（1）UPS輸入特性

輸入功率因數(shù)為衡量輸入特性優(yōu)劣的重要指標。標準規(guī)定分為三類：Ⅰ類為≥0.95，Ⅱ類為≥0.90，Ⅲ類為≥0.85。輸入功率因數(shù)越高對電網(wǎng)的影響就越小。輸入功率因數(shù)低，意味著輸入無功功率大，輸入諧波電流將污染電網(wǎng)，造成電壓失真，使由同一電網(wǎng)供電的變壓器、電動機等產(chǎn)生附加諧波損耗、過熱、加速絕緣老化；高次諧波對通信線路、測量儀器產(chǎn)生輻射干擾；影響電表計算精度。

目前，主流品牌的高頻機單機可滿足大于0.99，屬于Ⅰ類。而工頻機為0.9左右，屬于Ⅱ類。相比較而言，高頻機具有明顯優(yōu)勢。

（2）UPS輸出特性

逆變器的工作頻率是輸出特性的重要指標，工作頻率的高低直接影響輸出電壓波形的好壞。

如圖2所示：

觸發(fā)開關(guān)的頻率越低，方波越寬，包絡(luò)線上鋸齒臺階毛刺越明顯，包絡(luò)曲線的平滑連續(xù)性越差，輸出的直流成分和奇次諧波成分越多。

觸發(fā)開關(guān)的頻率越高，方波越窄，包絡(luò)線上鋸齒臺階毛刺越不明顯，包絡(luò)曲線越接近平滑的標準正弦波，輸出的直流成分和奇次諧波成分越少。

高頻機的逆變器工作頻率較工頻機要高，輸出端電壓波形更接近于正弦波，這樣可以盡量避免由于輸出電壓波形不良，造成對負載端播出工藝設(shè)備的損害。

所以高頻機不用加裝輸出隔離變壓器，輸出波形就較好。

又如輸出功率因數(shù)，高頻機PF≥0.9，而工頻機PF≥0.8。輸出功率因數(shù)越高，則UPS帶載能力越強，反之輸出功率因數(shù)越低，則UPS帶載能力越弱。

因此，輸出特性方面，高頻機也整體優(yōu)于工頻機。

3、結(jié)合目前國內(nèi)UPS市場行業(yè)現(xiàn)狀，在中小容量的UPS種類的選擇上，各家生產(chǎn)廠商及代理商均主推使用高頻機。并且在行業(yè)內(nèi)，高頻機的使用正成為主流趨勢?？紤]到未來一段時間內(nèi)所要求的技術(shù)領(lǐng)先性，以及在產(chǎn)品壽命期內(nèi)，工頻機產(chǎn)品逐漸減少，備品備件供應(yīng)的可持續(xù)性等各種因素，高頻機的使用成為首選。

三、選購UPS的重要因素

功率器件是在線雙變換UPS的心臟，最好選擇自行生產(chǎn)功率器件的UPS廠家，它不但選用優(yōu)質(zhì)的功率器件制造UPS，而且器件會運行在最佳狀態(tài)，因而UPS性能好、可靠性高。并且應(yīng)選用大功率高性能的IGBT，選用高集成度和控制功能更強的專業(yè)組件。目前主流一線的品牌如伊頓、APC、梅蘭日蘭、艾默生等。

最好選擇全數(shù)字化、集成化控制電路的UPS，即UPS在變換、控制、反饋、測量、顯示、通信等方面均采用數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字化代表了UPS高指標、高可靠、高穩(wěn)定的特性。

四、用電負荷的雙電源配置

根據(jù)美國IDC的研究表明，在UPS供電中，影響供電可靠性的最大因素在于輸出側(cè)的配電系統(tǒng)，包括開關(guān)跳閘、熔絲燒毀、電路短路等供電回路故障：79%為UPS輸出與負載之間的供電線路上的故障，11%來源于UPS和蓄電池，其他故障占10%。

未來六層和九層分別設(shè)有網(wǎng)絡(luò)機房和播控機房，其中重要的工藝用電設(shè)備均由UPS供電。如六層網(wǎng)絡(luò)機房，也屬于數(shù)據(jù)中心的范疇。為了解決配電回路的故障，就要將服務(wù)器等設(shè)備的電源配置成N+X冗余電源系統(tǒng)，如采用1+1電源模塊。服務(wù)器的電源冗余一般配備雙份或多份支持熱插拔的電源。正常工作時，每個電源平均輸出一部分功率，從而使每臺電源都處于輕松的符合狀態(tài)，這樣有利于電源穩(wěn)定工作。若其中一臺發(fā)生故障，則另外幾臺就會在沒有任何影響的情況下接替工作，并通過燈光或聲音報警。此時，可以在不關(guān)閉系統(tǒng)的前提下更換損壞的電源，所以采用熱插拔冗余電源可以避免系統(tǒng)因電源損壞而產(chǎn)生的停機現(xiàn)象。

所以，目前依據(jù)設(shè)計院方案，網(wǎng)絡(luò)及播出系統(tǒng)的重要工藝設(shè)備均為雙電源設(shè)備。

五、未來的施工與使用維護

在未來的施工中，當安裝和使用UPS時，應(yīng)嚴格遵守廠家的產(chǎn)品說明書中的有關(guān)規(guī)定，保證UPS所接市電的相線和零線的順序符合要求。

在以后的使用和維護中，三相UPS電源都會不同程度地向不對稱負載或非線性負載供電，尤其網(wǎng)絡(luò)和播出系統(tǒng)的工藝設(shè)備多為非線性負荷。當逆變器帶不平衡負載或非線性負載時，會使直流輸入電流出現(xiàn)兩倍于逆變器工作頻率的脈動分量，對設(shè)備的正常使用和壽命產(chǎn)生不良影響。

如果監(jiān)測到這種現(xiàn)象比較嚴重，可以再進行施工改造。目前有多種方法可以濾除這種二次諧波分量，其中效果最好的是采用并聯(lián)有源濾波器的方法。它可以實現(xiàn)通過把諧波源產(chǎn)生的諧波電流分離出來，用有源濾波器產(chǎn)生的電流進行抵消來達到抑制直流紋波的目的。因此，并聯(lián)有源濾波器適用于消除由不平衡負載或非線性負載引起的二次諧波電流分量，濾波效果是非常顯著的。

參考文獻

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