通信交换局中、大型UPS的比较与选型

钱塘在线

随着通信行业的飞速发展，各种相应的先进通信及附属配套设备不断产生。今天，电信设备对于供电电网的质量要求越来越严格，不仅要求正常的供电系统输出，还要保证良好的不带任何干扰的正弦波。 由于市电电网中接有各种各样的负载，对电网造成了干扰和污染，恶化了供电网质，影响了负载设备的正常运行，使负载设备可能产生不可预料的各种问题。UPS不间断电源的产生及其可以解决电源断电、电压尖峰、电压浪涌、频率漂移、谐波干扰、过欠压、电压波动及噪声电压等由市电电源质量差对前端设备造成的危害，显示了它在应用领域的重要性。
  河北移动沧州分公司张春涛
  当前市场上UPS的种类繁多，其工作模式也多种多样，对如何选择及配置理想的UPS提出了较高的要求。本文针对通信行业交换局（站）所带负载的重要性及对市电电网要求的稳定、安全性，就中大型UPS选购以及从UPS的类型、工作方式、容量大小、参数性能、蓄电池与容量选择、配线的选择等方面进行了详细的阐述。
  一、正确选择UPS的类型
  当前的UPS可分为以下几种：在线式、在线互动式、后备式及Delta变换型。
  在线互动式UPS的单机输出功率为0.7～20kVA，后备式单机UPS输出功率为0.25～2kVA，两种类型产品在市电供电正常时逆变器均不投入工作，而是向用户提供经过简单处理的一般市电电源，该类产品供电质量差，输出功率小，只适用于要求不高的用户环境，此选型中不考虑该种产品。
  （一）Delta变换型UPS
  Delta变换型UPS也称为双逆变电压补偿在线式UPS，其单机输出功率为10～480kVA，它的原理是将交流稳压控制技术中的电压补偿原理运用到UPS的主电路中，利用补偿变压器对不稳定的市电电压进行电压调整。其运行工作原理如图1、2所示。



  1．市电电源供电正常时（即市电电压波动范围小于380V±15%，市电频率波动范围小于50Hz±3Hz），如图1所示，主供电通道上的STS1显示导通状态，STS2处在断开状态。
  当市电电压等于UPS的标称输出电压时，市电电源经补偿变压器（无需补偿）直接送到负载上，此时的电源未经过任何处理；当市电电压高于或低于UPS的标称输出电压时，补偿变压器在Delta变换器的调控下对市电电压进行降压或升压调节后送到负载上。
  2．市电电源供电不正常时（即市电电压波动范围超过380V±15%，市电频率波动范围超过50Hz±3Hz），如图2所示，STS1与STS2处于断开状态，蓄电池组放电，主变换器以逆变器的方式向负载提供纯净的正弦波逆变电源。
  3．当输出短路、输出过载、温升过高、主变换器或Delta变换器发出故障时，STS1关断，STS2导通，市电电源经过交流旁路通道给负载供电。
  由此可以看出Delta变换型UPS在正常工作时市电电网的干扰非常容易直接串入到用户负载端，对于市电电压过/欠压、电压突变、频率漂移、谐波干扰等市电电网的污染没有实质性的改善。
  （二）在线式UPS
  在线式UPS的单机输出功率为0.7～1500kVA，它采用以微处理器、数字信号处理的调控技术使逆变器连续不断地向负载提供高质量的纯净正弦波电源。其运行工作原理如图3所示。

  1．市电电源供电正常时（即市电电压波动小于380V±15%，市电频率波动小于50Hz±3Hz），如图3所示，供电质量较差的普通市电电源经过滤波整流器变成直流稳压电源，然后再经过逆变器重新将直流电源变成纯正的高质量正弦波电源，由于采用了双变换型在线设计方案，它可将市电电源中的干扰几乎都屏蔽掉，保证了向负载提供毫无干扰的纯洁正弦波电源。
  2．当市电电源供电不正常时（即市电电压波动超过380V±15%，市电频率波动超过50Hz±3Hz），市电电源故障或市电供电中断，蓄电池组继续向逆变器提供直流电源，保证了逆变器不间断地向负载提供高质量的正弦波交流电源。
  3．当输出短路、输出过载、逆变器故障、整流器或逆变器中散热片温度过高时，如图3所示，市电电源将由交流旁路通道给负载提供普通市电电源。
  由此可以看到，无论是市电供电正常时，还是市电中断由电池逆变供电期间，逆变器始终处于工作状态，这就从根本上消除了来自电网的电压波动和干扰对负载的影响，真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频以及零转换时间。综上所述，针对于通信局（站）中要求较高的通信设备、敏感仪器、非线性负载等，我们建议使用在线式UPS。
  二、UPS供电方式的选择
  针对于通信局（站）所带负载的重要性，一般要求UPS供电系统无故障率。由于中型UPS电源的平均无故障工作时间为5～16万小时，大型UPS电源的平均无故障工作时间为24～40万小时，为确保UPS供电系统向负载提供万无一失的高质量不间断逆变电源，我们建议采用多机UPS冗余供电配置方案。这可分为：热备份供电方式、直接并机冗余供电方式及双总线冗余供电方式。
  （一）热备份供电方式
  如图4所示，我们一般选用两台具有相同容量的UPS，将UPS-2电源的逆变器输出端连接到UPS-1的交流旁路静态开关的输入端上，从UPS-1的输出端给负载供电。当市电正常时，由UPS-1的逆变器电源输送给负载，UPS-2处于空载运行状态；当UPS-1中的逆变器出现故障时，负载才由UPS-2的逆变器电源输送。

  此种冗余供电方式的优点显而易见，它对UPS单机的锁相同步跟踪控制技术要求不高（仅在两台UPS进行切换瞬间有所要求），热备份冗余供电系统构成也容易、简单。缺点则表现为：长期空载运行的其中一台UPS的配套蓄电池寿命缩短；由于一台带全载，另一台空载，造成平均无故障时间下降；并要求单机具有带“阶跃性负载”的能力来保障主机出故障后能将全部负载立即加到空载运行的从机上，由于从机长期处于空载运行状态，一旦出现切换过程，负载量将由0突变至全部负载，内部电路及元器件由于大电流的冲击，易造成损坏，使UPS的不安全运行稳定性增高。
  （二）直接并机冗余供电方式
  如图5所示，N+1型冗余并机系统要求N台UPS的逆变电源必须具有同相位、同频率、同输出电压幅值，它技术要求高，可实现多台UPS共同均衡地给负载供电，如一台发生故障，会自动将有故障的UPS自动脱机，负载由其它的UPS共同均衡供电，此方法提高了此种并机方式的性能，使平均无故障时间得到了提高，设备的运行也更加稳定。可靠性较高的UPS供电自然成了Ｎ+1型直接并机供电系统。


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