陳志彬

（科華數(shù)據(jù)股份有限公司 福建省廈門市 361006）

不間斷電源（簡稱 UPS）屬于工業(yè)交流電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的優(yōu)質(zhì)性和可靠性。UPS系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，而有了更加廣泛的應(yīng)用范圍，目前在金融行業(yè)以及航天航空等行業(yè)，都應(yīng)用到了UPS，該種電源系統(tǒng)的市場需求量也在不斷的增加。

1 UPS 供電系統(tǒng)作用

部分供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，需要把UPS設(shè)備作為相應(yīng)的核心，其主要的功能是改善負(fù)載供電的質(zhì)量，保證供電不間斷。通信設(shè)備自身的性能以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在很大程度上與交流輸入不間斷性有一定的關(guān)系，除此之外，與整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也有一定的聯(lián)系。供電設(shè)備如果應(yīng)用UPS電源系統(tǒng)，那么能夠保證供電的穩(wěn)定性，在具體使用過程中不會(huì)出現(xiàn)瞬變的情況，除此之外還能夠保護(hù)用電設(shè)備。UPS能夠在斷電的情況下發(fā)揮相應(yīng)的作用，為負(fù)載供電，電源負(fù)載，在電力不穩(wěn)定的情況下，可能會(huì)受到相應(yīng)的沖擊危害，而UPS系統(tǒng)能夠很好的改善供電的質(zhì)量。供電系統(tǒng)的短路故障以及過載故障等都能夠通過UPS來進(jìn)行防護(hù)，確保負(fù)載的工作環(huán)境良好。

2 UPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

UPS技術(shù)隨著電子電力行業(yè)的快速發(fā)展，而涌現(xiàn)出了很多的新品，UPS供電系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于本身的可靠性以及供電方案的科學(xué)性。在對UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到以下內(nèi)容。

2.1 UPS負(fù)載特性與容量的確定

首先要考慮到UPS負(fù)載的特性，在此基礎(chǔ)上對負(fù)載裝置的影響狀況進(jìn)行分析，然后選擇科學(xué)合理的UPS供電系統(tǒng)。除此之外也要對負(fù)載的功率有所了解，這樣才能夠確定UPS的容量。

2.1.1 UPS負(fù)載特性

UPS在很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，有著比較多的負(fù)載類型，能夠按照負(fù)載的特性進(jìn)行分類，包含非線性復(fù)雜以及沖擊性負(fù)載等。以下針對常見的負(fù)載特性進(jìn)行了介紹：

（1）整流性負(fù)載。該種負(fù)載是以計(jì)算機(jī)為代表的。整流性負(fù)載在啟動(dòng)過程中具有比較大的非正弦沖擊電流，與此同時(shí)還會(huì)存在高次諧波，UPS的輸出電壓會(huì)受到該種特性的影響。在選擇整流性負(fù)載的UPS時(shí)，要考慮到以下內(nèi)容，首先，在UPS的規(guī)定范圍內(nèi)啟動(dòng)瞬時(shí)沖擊電流。其次，需要對UPS允許的峰值因素進(jìn)行考慮，正弦波的視在功率是UPS的額定功率，在單向狀態(tài)下，正弦波峰值要比整流性負(fù)載的電流峰值要小。在對UPS輸出功率進(jìn)行選擇時(shí)，要按照負(fù)載的恒定視在功率，如果功率值超出規(guī)定的范圍，那么在選擇UPS時(shí)，要考慮到更大的容量。

（2）要考慮到電感性以及電容性負(fù)載等，在判斷產(chǎn)品所提供的負(fù)載最大功率時(shí)，要參照UPS電源的額定輸出功率，廠家在標(biāo)識(shí)輸出功率時(shí)，所給出的視在功率值是因數(shù)為-0.8的條件下。 UPS的實(shí)際允許輸出功率會(huì)在功率因數(shù)為負(fù)載條件下，存在一定的差異性。如果是純阻性負(fù)載，UPS的實(shí)際允許輸出功率為額定的80%，如果是電容性負(fù)載，允許輸出功率會(huì)有所增加。如果是感性負(fù)載，那么不具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。如果感性負(fù)載為正0.8，那么僅為額定輸出功率的50%左右。

（3）沖擊性負(fù)載包含了電動(dòng)機(jī)以及變壓器等。變壓器在掛接負(fù)載的過程中會(huì)流經(jīng)相應(yīng)的額定電流，電流在電機(jī)啟動(dòng)過程中是非常大的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流。電信發(fā)射機(jī)的瞬時(shí)功率遠(yuǎn)大于額定值，但是平均功率比較小。UPS不具有較強(qiáng)的過電流承受能力，所以要采取科學(xué)合理的措施，對沖擊電流的大小進(jìn)行減少，并且要考慮到UPS的容量。如果插入了啟動(dòng)電阻，那么在選擇UPS時(shí)，要具備相應(yīng)的旁路功能，啟動(dòng)之后確保逆變回路供電。

2.1.2 UPS容量確定

用戶在選擇UPS容量時(shí)，要考慮到是否能夠根據(jù)負(fù)載所需功率大小進(jìn)行選擇，這與整個(gè)系統(tǒng)的供電質(zhì)量以及故障率有很大的聯(lián)系。如果容量比較小，那么系統(tǒng)在工作過程中往往會(huì)出現(xiàn)故障，如果容量比較大，那么會(huì)加大相應(yīng)的投資成本。功率因數(shù)為0.8時(shí)，其視在功率能夠表示UPS的輸出功率。可以通過負(fù)載設(shè)備的功率和來對所需的功率進(jìn)行估算，除此之外還要考慮到設(shè)備的增額容量。

2.2 UPS規(guī)格的選擇

UPS的規(guī)格能夠按照輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行分類，一共有三種狀態(tài)，包含了三進(jìn)三出以及三進(jìn)單出等。在歸納過程中，如果按照逆變器的工作狀態(tài)，那么可以分為后備式和在線式，后備式UPS又可以分為普通式和三端口。在選擇UPS的類型時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況考慮到負(fù)載的要求以及經(jīng)濟(jì)狀況。在負(fù)載裝置中，如果同時(shí)存在多種負(fù)載，那么也要科學(xué)合理的進(jìn)行分析，然后選擇UPS裝置。

2.3 UPS電源系統(tǒng)的選擇

在對UPS電源系統(tǒng)進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到下列內(nèi)容。

2.3.1 采用集中式供電還是分布式供電

用戶在對UPS供電方案進(jìn)行選擇和確定時(shí)，要考慮到集中式供電以及分布式供電，在此過程中，用戶要根據(jù)實(shí)際情況，來對UPS的供電形勢進(jìn)行判斷。首先要考慮到現(xiàn)場的負(fù)載分布，集中式供電可以應(yīng)用到負(fù)載比較集中的場合中，與此同時(shí)，電力線布線比較方便的場合也可以使用集中式供電。分布式供電會(huì)用到負(fù)載分散的場合，與此同時(shí)，布線困難的場合也可以應(yīng)用該種供電方式。另外，需要對負(fù)載間的關(guān)聯(lián)狀況進(jìn)行相應(yīng)的分析，冗余并聯(lián)供電可以應(yīng)用到系統(tǒng)本身采用冗余方式的工作系統(tǒng)中。在各負(fù)載間相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)中，可以使用集中式供電，這樣能夠避免整個(gè)系統(tǒng)受到一個(gè)負(fù)載的影響。

2.3.2 采用雙路供電還是單路供電

要想保證系統(tǒng)具有一定的可靠性，可以應(yīng)用雙路供電，在該種供電場合下，可以使用旁路功能的UPS。如果具備雙路電網(wǎng)自動(dòng)切換裝置，那么能夠保證系統(tǒng)的可靠性得到提高。

2.3.3 系統(tǒng)可靠性與多機(jī)并聯(lián)形式

多機(jī)并聯(lián)的方式，一般情況下會(huì)被應(yīng)用到重要場合的供電中。在應(yīng)急時(shí)可以采用熱備份串并聯(lián)或者是直接并機(jī)的方法，如果需要使用并聯(lián)方法，那么要考慮到整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及可靠性，按照實(shí)際負(fù)載的大小情況，選擇科學(xué)合理的并聯(lián)方法。如果選擇的是直接并機(jī)方法，那么并聯(lián)臺(tái)數(shù)的增加會(huì)對系統(tǒng)的可靠性有一定的影響。

2.4 UPS供電系統(tǒng)的外圍設(shè)備設(shè)計(jì)

UPS系統(tǒng)的外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)，在整個(gè)UPS的設(shè)計(jì)過程中，起到了非常重要的作用。

2.4.1 自備發(fā)電設(shè)備

在判斷是否需要自備發(fā)電設(shè)備時(shí)，要考慮到負(fù)載要求的停電補(bǔ)償時(shí)間。按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：發(fā)電機(jī)容量=UPS容量×（2.5～3）。

2.4.2 輸入，輸出配電柜

輸入斷路器盤和變壓器盤，一般情況下會(huì)被應(yīng)用到特殊高電壓的輸入中。輸入分配電盤會(huì)被應(yīng)用到輸入電源分配給各電源裝置的過程中。輸出分配電盤會(huì)被應(yīng)用到UPS輸出分支為很多個(gè)系統(tǒng)時(shí)。輸出切換盤會(huì)被應(yīng)用到旁路電源的切換。旁路盤會(huì)被應(yīng)用到維修切換過程中。輸出母線盤會(huì)被應(yīng)用到UPS并聯(lián)過程中。

2.4.3 遠(yuǎn)程操作監(jiān)視裝置

UPS的運(yùn)行和停止能夠通過遠(yuǎn)程操作監(jiān)視裝置進(jìn)行操作，在此過程中也能夠?qū)PS運(yùn)行過程中的關(guān)鍵信息進(jìn)行顯示。

3 UPS設(shè)置環(huán)境設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)置場所

在對UPS進(jìn)行設(shè)置時(shí)，一般情況下會(huì)選擇標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)環(huán)境，室內(nèi)環(huán)境會(huì)出現(xiàn)吸濕的情況而降低裝置的穩(wěn)定性。在對UPS進(jìn)行設(shè)置時(shí)，盡量的選擇不易燃燒的房間，并且要與負(fù)載的距離比較近。在設(shè)置蓄電池時(shí)，要有專用的房間。如果蓄電池是密封的，那么可以設(shè)置在UPS裝置房間中。在選擇設(shè)計(jì)的環(huán)境和場所時(shí)，要考慮到空間問題以及維護(hù)問題等。

3.2 接地系統(tǒng)

UPS輸出裝置以及旁路供電電路，一般情況下是非接地的，如果供電電路是接地系統(tǒng)，那么在選擇變壓器時(shí)要使用隔離變壓器。如果UPS裝置為接地系統(tǒng)那么旁路同樣要接地系統(tǒng)。UPS裝置與旁路供電電路一般情況下是相同的，可以是接地系統(tǒng)，也可以是非接地系統(tǒng)。

3.3 配線設(shè)計(jì)

輸入電源系統(tǒng)一般情況下會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓等噪聲，而UPS裝置能夠?qū)@種噪聲吸收，但是UPS的輸入和輸出線是接觸的，如果有其他的線靠近，那么裝置輸出線上會(huì)有噪聲混入，最終會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)，所以UPS裝置輸出線要與其它線保持距離。工程在具體建設(shè)過程中，如果需要使用平行配線，那么會(huì)采用屏蔽電纜的方法。在進(jìn)行電磁屏蔽時(shí)可以使用金屬管，這樣能夠保證屏蔽的效果。除此之外，還要保護(hù)UPS裝置不會(huì)有噪聲入侵，屏蔽電纜一般情況下是要用到UPS裝置的信號(hào)線與動(dòng)力線分離的狀態(tài)下，除此之外也要保證其他裝置不會(huì)受到UPS裝置的影響。如果UPS裝置的線路有其他裝置的信號(hào)線靠近，那么其他裝置的信號(hào)線就會(huì)受到UPS的開關(guān)噪聲影響。

4 工業(yè)UPS改進(jìn)設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 工業(yè)場站UPS現(xiàn)有情況

針對當(dāng)前兩臺(tái)互為冗余的意大利公司所生產(chǎn)的UPS進(jìn)行技術(shù)分析后發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備的供電線路采用單回路的接線方式進(jìn)行連接，但其設(shè)備中仍然保留有雙電源接線。其中所涉及到的變頻控制系統(tǒng)以及潤滑油泵通過獨(dú)立的UPS進(jìn)行電力供給。設(shè)備中包含的UPS以及exe系統(tǒng)也安裝有單獨(dú)的小型UPS保證其電力輸送。針對這種供電方式的UPS涉及數(shù)量較多，質(zhì)量水平不平均，因?yàn)榫€路較為復(fù)雜，所以一旦出現(xiàn)問題，不僅維修困難大，而且可能會(huì)因?yàn)橐惶幑收弦l(fā)其他設(shè)備故障。

4.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)策略

改進(jìn)型的UPS設(shè)備已經(jīng)支持了模塊化的設(shè)計(jì)以及熱插拔功能，大大提高了改進(jìn)型UPS的運(yùn)行穩(wěn)定程度，并且因?yàn)槟K化的設(shè)計(jì)使其維護(hù)保養(yǎng)的難度大大降低，且能夠在模塊化的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)充。在對其進(jìn)行技術(shù)分析后可以發(fā)現(xiàn)單臺(tái)UPS采用大于2種模塊完成了UPS整合工作，如果容量不足可以通過增加模塊來進(jìn)行擴(kuò)容。如果其中的某一臺(tái)模塊出現(xiàn)問題，會(huì)快速的通過模塊更換來保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)UPS具備了這種可靠的組合方式后，便可以通過合理的方式來完成通過UPS進(jìn)行供電的設(shè)想。這種設(shè)想能夠有效的降低設(shè)備使用的數(shù)量，使得后期維護(hù)的難度大大降低，有效的提升了供電設(shè)備的安全性以及穩(wěn)定性。模塊化和熱插拔能夠使得在不超過最大功率的前提下采用單臺(tái)模塊化UPS進(jìn)行電源供給，這不僅能夠有效的提升擴(kuò)展容量，而且無需再增添多臺(tái)UPS設(shè)備，通過UPS與設(shè)備之間的雙回路供電方式，通過不同的配電箱給設(shè)備提供電源，這個(gè)有效的提升設(shè)備運(yùn)行過程中的可靠程度。針對采用單回路供電的電源設(shè)備，可以采用兩臺(tái)電源設(shè)備來保證電源供給的可靠性。

5 UPS 供電系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，UPS系統(tǒng)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，并且市場需求也在不斷的擴(kuò)大，其設(shè)計(jì)理念以及配置方法也在隨著市場需求的變化而改變。通信企業(yè)一般情況下會(huì)使用UPS產(chǎn)品，該行業(yè)在設(shè)備和技術(shù)方面都有著比較快的更新速度，所以在對UPS系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足相應(yīng)的變化需求。除此之外，其他行業(yè)在使用UPS系統(tǒng)時(shí)，也要考慮到未來的發(fā)展情況。目前UPS產(chǎn)品在發(fā)展過程中逐漸趨于智能化和小型化，結(jié)構(gòu)的可用性也得到了人們的重視，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)更加的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一，確保UPS在未來應(yīng)用過程中更加的實(shí)用和可靠。

6 結(jié)束語

該文章對UPS進(jìn)行了全面的闡述，并且針對相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，希望能夠給行業(yè)的發(fā)展帶來幫助。