賀建強

1概述

大型綜合單位重要部門及機房為了全面改善供電質量，需要—種能夠提供高質量、無時間中斷的供電交流電源，這就是不間斷電源——UPS（UninterruptiblePower Supply）。不間斷電源的主要優(yōu)點，在于它的不間斷供電能力。在市電交流輸入正常時，UPS把交流電整流成直流電，然后再把直流電逆變成穩(wěn)定無雜質的交流電，給后級負載使用。一旦市電交流輸入異常，比如欠壓了或者停電了又或者頻率異常了，那么UPS會啟用備用能源.蓄電池，UPS的整流電路會關斷，相應的，會把蓄電池的直流電逆變成穩(wěn)定無雜質的交流電，繼續(xù)給后級負載使用。這就是UPS不間斷供電能力的由來。

UPS電源作為保護性電源設備。不僅能夠為負載提供連續(xù)穩(wěn)定的電能，而且輸出的電源）還非常純凈，沒有干擾，是一種高質量的不間斷電源系統(tǒng)。它主要服務于計算機、網(wǎng)絡系統(tǒng)及重要部門等，在保護重要部門安全、保護計算機數(shù)據(jù)，改善電能質量，防止停電和電網(wǎng)污染對設備設施造成危害等方面起著很重要的作用。

UPS具有以下發(fā)展特點：

（1）高效率、高可靠性

由于IT設備不斷增多、用電量加劇、機房面積緊張、低耗節(jié)能需求等客觀因素的存在，高效率、高可靠性的UPS技術倍受關注。為提高UPS運行效率，高性能電力電子器件不斷被研發(fā)成功并投入實際應用，如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模塊IPM、MOS控制晶閘管MCT等，變流技術也需要隨著電力電子器件而更新。此外，業(yè)界正逐步推廣UPS內部多模塊冗余并聯(lián)運行、甚至多臺UPS組成的系統(tǒng)冗余運行技術，在并聯(lián)運行中，當單一模塊或單機發(fā)生故障時，其功能則自動轉由冗余單元承擔，大大提高了UPS供電系統(tǒng)的可靠性。

（2）大功率化、模塊化

由于IT行業(yè)迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量也在以爆炸式的速度持續(xù)增長，隨之而來功率消耗增大。UPS一方面朝著更大功率的方向發(fā)展，另一方面為應對不間斷電源容量分期擴充的需求，產(chǎn)品模塊化已是不可阻擋的趨勢。更個性化的用戶需求、更龐大的數(shù)據(jù)中心規(guī)模及更高的維護成本使得UPS已不再是單純的不間斷供電設備，針對不同行業(yè)領域的全套電源供應與管理解決方案才將倍受市場青睞。

行業(yè)內針對模塊化UPS解決方案基本形成了兩個方向：一是單機冗余化，即通過多模塊冗余并聯(lián)構成大功率單相或者三相UPS，其可用性指標得到了質的飛躍；二是全模塊化結構，即一個模塊是一臺完整的UPS，通過冗余并聯(lián)直接構成中等功率UPS，在兼顧可用性指標的同時還具有良好的性價比。

（3）高頻化

相比傳統(tǒng)的工頻UPS，高頻UPS采用功率因數(shù)校正和高頻軟開關技術，省去了工頻電能轉換環(huán)節(jié)，因此運行效率更高、對電網(wǎng)的諧波污染及無功消耗極小，完全能夠滿足國內外相關電力行業(yè)的標準要求。此外，高頻電能變換裝置在減小磁性部件體積和重量、降低制造成本、遏制運行噪音、節(jié)能環(huán)保等方面效果顯著，因此越來越受到用戶認可。

（4）數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化

數(shù)字化技術的優(yōu)勢在當今信息社會中愈加明顯。在UPS產(chǎn)品的研發(fā)和制造過程中采用全數(shù)字化技術可有效縮小產(chǎn)品體積、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的可靠性及針對用戶需求的匹配性；而數(shù)字化控制技術則會在UPS系統(tǒng)運行過程中準確及時地進行信號采樣、處理、控制（包括電壓電流環(huán)等）、通信等工作，并將各環(huán)節(jié)的控制參數(shù)優(yōu)化統(tǒng)一后發(fā)送給UPS綜合控制單元，從而使UPS系統(tǒng)的運行更具效率，實現(xiàn)更簡單、更穩(wěn)定的通信與均流，并獲取優(yōu)良的電磁兼容指標。智能化主要貫穿于UPS系統(tǒng)的控制、檢測與通信過程中，完全由計算機管理。計算機及其外設能自主應付一些可預見的問題，進行自動處理和調整，發(fā)出預警、告警信息等。通信設施所處環(huán)境日趨復雜，增大了維護難度，對電源設備的網(wǎng)絡化監(jiān)控管理提出了新的要求。網(wǎng)絡化技術可通過對UPS配置與計算機互連的軟硬件接口，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)及數(shù)據(jù)資料的雙重保護、網(wǎng)絡遠程事件記錄和監(jiān)測控制、故障告警、參數(shù)自動測試分析等功能，使維護人員更為輕松、安全、高效地通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)查詢、控制等維護工作。

（5）綠色、節(jié)能、環(huán)保

在世界能源格局變化加劇，國際油價劇烈震蕩，全球能源供應緊張的形勢下，節(jié)能環(huán)保已成為UPS廠商進行產(chǎn)品技術創(chuàng)新的指導原則。對UPS而言，輸入功率因數(shù)的高低表明其吸收電網(wǎng)有功功率的能力及對電網(wǎng)影響的程度。降低電源的輸入諧波，不但能改善UPS對電網(wǎng)的負載特性，減少給電網(wǎng)帶來的嚴重污染，也能降低對其他網(wǎng)絡設備的諧波干擾。已有許多UPS廠商推出的產(chǎn)品功率因數(shù)接近1，可最大限度地減少無功功率的消耗。

2UPS的選型及配置

2.1為何選擇在線式UPS電源

UPS分類的方法很多，通常按工作方式分類可分為三大類，即離線式、在線式和線上互動式。當今大型綜合單位重要部門及機房均選用在線式UPS電源。

在線式是指不管電網(wǎng)電壓是否正常，負載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)，在線式UPS一般為雙變換結構。所謂雙變換是指UPS正常工作時，電能經(jīng)過了AC/DC、DC/AC兩次變換后再供給負載。

這種UPS不間斷電源一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，它首先通過電路將外部交流電轉變?yōu)橹绷麟?，再通過高質量的逆變器將直流電轉換為高質量的正弦波交流電輸出給計算機。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾，同時對蓄電池充電管理；在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴格要求的場合。

在線式UPS在市電正常時，由市電.整流.逆變.輸出，而市電不正常時，由電池.逆變一輸出。因此在線式UPS不管市電是否正常，均通過逆變器變成穩(wěn)定的正弦波電壓對負載供電，從而從根本上消除了市電電網(wǎng)的電壓波動和干擾對負載的影響。在線式UPS由市電供電轉換成電池供電時的切換時間很短，一般不超過150μs，可以認為是零切換，從而實現(xiàn)了真正意義上的不間斷電源，適用于對供電有嚴格要求的場合。當今在線式UPS均為智能化的UPS，可有效實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控及對蓄電池的管理。該UPS電源目前普遍采用，其它類型不在贅述。endprint

2.2在線式UPS電源開、關機應嚴格按順序執(zhí)行

1.正常的開機順序

由于一般負載在啟動瞬間存在沖擊電流，而UPS內部功率元件都有一定的安全工作區(qū)范圍，盡管我們在選用器件時都留有一定的余量，但是過大的沖擊電流還是會縮短元器件的使用壽命，甚至造成元器件損壞。因此，在使用時應盡量減小沖擊電流帶來的損害。

一般UPS在旁路工作時，抗沖擊能力較強，我們可以利用這一特點在開機時采用以下方式進行：先送市電給UPS，使其處于旁路工作，再逐個打開負載，先開沖擊電流較大的負載，再開沖擊電流較小的負載，然后UPS面板開機，使其處于逆變工作狀態(tài)。開機時千萬不能將所有負載同時開啟，也不可帶載開機。

2.正常的關機順序

關機順序如下：先逐個關閉負載，再將UPS面板關機，使UPS處于旁路工作而充電器繼續(xù)對電池組充電。如果需要將UPS電源完全關閉，則再將輸入市電斷開即可。

2.3UPS電源功率配置與安全擺放

根據(jù)UPS供電安全需求，UPS電源運行要求負載功率不得高于輸出功率的80%，最佳負載功率通常為標準功率的30～60%，不宜長期空載使用，禁止超負載使用。大型綜合單位選型中可根據(jù)單位負載大小及發(fā)展情況合理配置UPS電源。大型綜合單位由于負載量很大，會采用數(shù)臺或數(shù)十臺UPS電源同時供電，設計時應避免UPS主機過于集中擺放，以防一臺炸機起火造成連環(huán)事故。

3UPS并機系統(tǒng)中是否采用共用蓄電池組

3.1大功率UPS并機系統(tǒng)中共用電池組的優(yōu)點

目前，在UPS供電機房方案設計中，不少單位在UPS并機系統(tǒng)中提出共用電池組的要求，那么，在并機系統(tǒng)中采用共用電池組有何好處呢，以下均以并機冗余備份為例說明。

在共用電池組并機系統(tǒng)中，假如是UPS1、UPS2兩臺并機系統(tǒng)，電池組要保證停電供應1h。當市電異常時，電池組分別向UPS1和UPS2的逆變器供電，當市電異常時，而且假設UPS1中的逆變器故障，則此時整個電池組可以保證剩下的UP2的逆變器工作1h。當采用分開電池組工作時，若出現(xiàn)以上問題，只能單臺供電，時間只有0.5h，可見供電時間相對電池共用系統(tǒng)少了0.5h，這也就是共用電池組最大且唯一的好處。

3.2大功率UPS并機系統(tǒng)中建議采用電池組分開帶載的方案

由于大型綜合單位重要部門及機房UPS電源需求負載功率很大，UPS電源多采用多臺并機方式。并機系統(tǒng)中有采用共用電池組和不完全共用電池組的方式，經(jīng)分析認為，在并機系統(tǒng)里采用電池組分開帶載的方案是比較合理的。

共用電池組即使用于冗余備份系統(tǒng)中，當一臺UPS的整流器故障，尤其是電壓失控，則整個電池組將面臨災難性后果，可能因過充電而導致所有電池組報廢。那么，一旦停電則整個系統(tǒng)斷電，后果不堪設想。既然在方案上已經(jīng)選擇并機系統(tǒng)供電，就是充分考慮到并機系統(tǒng)的安全可靠性。這時，如果在共用電池的使用上出現(xiàn)供電故障問題將得不償失。因此，建議在并機系統(tǒng)里采用電池組分開帶載的方案，保證供電的高可靠性。

4UPS電源及蓄電池的管理與維護

1.日常點檢。

日常點檢，就是對UPS的各部分配置、運行情況及工作狀態(tài)進行經(jīng)常性的檢查。通過日常點檢和日常點檢記錄，操作管理人員能隨時掌握設備的運行和使用情況，從中發(fā)現(xiàn)UPS是否存在故障隱患，如果發(fā)現(xiàn)故障隱患，就及時采取措施排除隱患。

2.環(huán)境溫度。

UPS電源主機對環(huán)境溫度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但儲能電池則對溫度要求較高，標準使用溫度為25℃，平時不能超過+15℃～+30℃。溫度太低，會使儲電池容量下降。溫度太高，電池壽命會降低。每升高10℃，電池的壽命就要縮短一半。達不到規(guī)定的環(huán)境要求，其壽命的長短就有很大的差異。另外，環(huán)境溫度的提高，會導致電池內部化學活性增強，從而產(chǎn)生大量的熱能，又會反過來促使周圍環(huán)境溫度升高，這種惡性循環(huán)，會加速縮短電池的壽命。

3.清潔保養(yǎng)。

UPS電源在正常使用情況下，主機的維護工作很少，主要是防塵和定期除塵。一般每季度應徹底清潔一次。

4.蓄電池的保養(yǎng)與維護。

對蓄電池的保養(yǎng)與維護應包括定時對蓄電池的端電壓、內阻等進行適時檢測，以使異常和故障的蓄電池被及時發(fā)現(xiàn)和處理。平時的保養(yǎng)與維護要保持蓄電池及其周圍的清潔、干燥，不宜用具有腐蝕性的有機溶劑去清洗，以免蓄電池產(chǎn)生操作損傷、裂紋或損壞。

5.安全操作。

最后要強調的是，在定期維護中，一定要注意安全操作，堅決要杜絕觸電事故和電池短路引起的爆炸。

5結語

保證任何情況下的正常供電，是安全運行的重要基礎。因此，除市電電網(wǎng)正常供電外，大型綜合單位重要部門及機房必需配備UPS電源及蓄電池組。而正確配置、安全使用、保養(yǎng)維護UPS電源及蓄電池組，可以延長UPS電源的使用壽命，提高供電的可靠性和穩(wěn)定性，給我們的提供—個放心的使用環(huán)境。endprint