交流不间断供电系统设计思路

交流不间断供电系统设计思路
在现代通信系统中，随着智能网、数据网、网络管理与监控系统、计费营帐系统及客户服务系统等大规模建设和发展，为了确保计算机、服务器类精密交流不间断用电设备的安全、稳定工作，必须配备高质量的交流不间断供电系统。

如何建立一个合理的、安全的交流不间断供电系统成为大家关注的问题。

现通信系统中，常见交流不间断供电系统以UPS为电源，采用并机冗余方式工作为主，此方式也符合系统安全性高、投资合理的设计要求。

下面以此为模型，从交流不间断供电系统的供电系统容量配置、配电系统组成两方面设计思路进行阐述。

1 .交流不间断供电系统供电环境要求
UPS可以向负载提供稳压精度高、稳频、波形失真度小的高质量电源，并且在与静态旁路切换时可以做到供电无间断。

但要做到这点，它的前级供电质量不容忽视。

我们在设计通信机房前级供电系统时，应考虑以下几个方面：
(1)前级供电系统电源质量不宜太差，电压及频率应稳定在正常范围。

一般地讲，大容量UPS主机输入电压范围应为380V±15％。

电压过低，将使UPS备用电池频繁放电，最终因长期处于欠压充电状态而大大缩短它的使用寿命；相反，电压过高，则易引起逆变器损坏。

对于旁路输入，其电压和频率波动也有一定的范围，一般为额定电压±10％，额定频率±15％。

如果前级电源变化范围过大，就会导致逆变器和旁路电源之间的切换被禁止或有间断。

因此，如果通信机’房的前级电网在电压范围上达不到要求，应在UPS前级配置合适的抗干扰交流稳压电源，但不宜采用电子管型交流稳压器或磁饱和稳压器，因为这两类稳压器在开机时可产生瞬时高压，输出波形失真度也较大，易造成UPS故障。

(2)前级供电系统中不应当带有频繁启动负载，比如经常使用的电梯，频繁开启的空调等。

原因是在这些负载开、关机时会出现瞬间高低压，使供电线路上电压波形失真度过大，造成UPS市电旁路供电与逆变器供电转换控制电路误动作，进而引起同步控制电路故障。

所以在条件许可下，宜将UPS电源尽可置于电网输入的前端。

(3)前级供电系统中的交流发电机组容量应适当放大。

大多数通信机房都备有发电机组，以解决较长时间停电难以供电问题。

但在配置发电机组时，核定发电机组保证的功率时应根据其输入电流谐波含量的大小确定，当输入电流谐波含量在5％～15％时，其需要的发电机组保证功率按不少于UPS电源额定输出功率的1.5～2倍，以保证发电机输出电压、频率正常，并改善其波形失真度。

2.交流不间断供电系统设计思路
交流不间断供电系统的设计应充分考虑设备供电的安全可靠，系统供电采用UPS设备并联冗余(N+1)方式，每台UPS系统由整流器、逆变器、静态开关、维修旁路开关和蓄电池组组成。

正常情况下由N＋1台UPS 并联均分负载运行，当市电停电，由电池放电来保证通信负荷的不间断供电。

当一台UPS发生故障时，则由其他N台UPS承担全部负荷。

当两台以上UPS发生故障且有交流电源时，则通过静态开关自动将负荷转换到旁路，由交流电源供电。

交流不间断供电系统中设备按用途可分为两部分：交流不间断配电设备和交流不间断供电设备。

下面分别给出两部分设备的设计思路。

3.交流供电设备的设计思路
1）UPS容量的确定
根据负载容量及性质，选择适当的UPS，既可保证UPS的供电质量，降低故障率，又可节省投资，提高经济效益。

一般来说，UPS容量的确定主要是要满足当前负载的需要，同时，
也要考虑几个因素：
(1)负载性质对UPS输出功率的影响。

当前大部分UPS生产厂家在产品说明书中所给的输出功率都是指负载功率因数为-0.8(滞后)时的值，而UPS电源实际可带的负载量是与负载功率因数密切相关的。

当负载为纯电阻性或电感性时，逆变器在额定功率下其有功功率将有所下降。

所以在考虑UPS容量时，对不同的负载功率因数要进行功率折算。

通常可作这样的估算：假设负载功率因数为-0.8(滞后)时UPS额定功率为1kVA，则当功率因数为-0.9和-1.0时，输出功率分别约为0.9～0.92kVA和0.74~0.77 kVA。

对于计算机类负载，只要负载的峰值系数在UPS允许的范围内，UPS基本上可以输出额定功率，对于电感性负载，则需酌情加大UPS容量。

(2)UPS容量较负载不宜过大，以免使其过度轻载运行，且降低投资的合理性。

过度轻载运行虽有利于降低逆变器的损坏概率，但可能造成市电停电时，电池放电电流过小而放电时间偏长，在电池保护装置故障时，电池组被深度放电，而遭永久性损坏。

(3)UPS容量不宜过小，以免使其长期处于重载运行状态。

这样虽可节省一部分投资，但由于逆变器处于重载运行，其输出波形将发生畸变，输出电压幅值抖动过大。

这样既不能为负载提供优质电源，还极易造成UPS逆变器的损坏，所以，即使从经济角度讲也是得不偿失。

根据目前一些UPS厂家推荐，UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80％。

(4)对于通信机房面积较大，负载不断分期扩容的情况，在首期配置UPS容量时，应适当考虑中远期发展趋势，并在选型中挑选可并机或多机运行的机型，以使中远期负载容量增大时，通过UPS并机扩大其输出容量。

(5)UPS设备应具有遥测、遥信、遥控的功能，以实现本系统与上级监控管理系统之间的数据通信，该设备除应同时向用户提供RS232和RS485两个标准通信接口外，还可提供继电器干接点端子。

2）UPS后备电池容量的确定
UPS备用电源(蓄电池组)：是一种短时间的备用电源。

主要作用是当市电不正常时，其可为通信设备提供不间断电源。

下面给出蓄电池组的设计思路：
(1)蓄电池组容量计算
UPS电池的总容量确定，应分两步计算，首先根据公式(3.1)计算出蓄电池组放电电流；再根据公式(3.2)和电流值计算出蓄电池组容量。

蓄电池组放电电流的计算公式(3.1)为：
I=S×0.8/ηU (3.1) 式中：S--UPS额定容量(KVA)；
I--蓄电池组的计算放电电流(A)；
η—逆变器的效率；
U—蓄电池放电时逆变器的输入电压(V)(单体电池电压1.85V时)。

蓄电池容量的计算公式(3.2)为：
Q=KIT/η[1+α(t-25)] (3.2) 式中：Q--蓄电池组容量(安时)；
K--安全系数 K=1.25；
I--电池组最大放电电流；
η--放电容量系数；
T--取定蓄电池组放电小时率；
t—实际电池所在地最低环境温度数值，所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑；
α－电池温度系数(1/℃)，当放电小时率≥10时，取α＝0.006；当1≤放电小时率＜10时，取α＝0.008；当放电小时率＜1时，取α＝0.01。

(2)蓄电池组放电时间的取定
各局站根据市电类别的不同，蓄电池组的放电要求时间不同。

下面给出各种情况下蓄电池组的放电时间要求表。

铅酸蓄电池放电时间要求表
单位：小时
(3)蓄电池组设计的其他注意事项
●交流不间断电源设备的蓄电池组每台一般设一组，当容量不足时可并联，蓄电池组
最多的并联组数不要超过4组；
●不同厂家、不同容量、不同型号、不同时期的蓄电池组严禁并联使用。

4.交流配电设备的设计思路
1)交流配电系统的设计思路
N＋1并联冗余方式工作的交流不间断供电系统，应具备完善的配电安全性和良好的可扩容性。

这两种性能优势，均需通过良好的交流配电系统组织结构实现。

因此，在交流不间断供电系统的配电系统设计，即要考虑系统的安全保障，还要考虑到系统的可扩容性。

交流配电系统组织结构一般可采用两种方式：
(1)交流不间断用电设备数量、种类较少时，可采用统一配电方式，通过一套配电设备完成配电功能；
(2)交流不间断用电设备数量、种类较多时，可采用分区配电方式，通过多个分区配电设备完成配电功能。

2)交流配电设备的设计思路
(1)交流配电设备输入端子数量及容量的配置，根据远期UPS主机数量和单机最大输出容量要求确定，以便日后扩容。

(2)交流配电设备输出端子数量及容量的配置，根据所负责区域的负载远期容量要求确定。

结束语：在设计通信机房UPS供电系统时，我们既要节省投资，又要考虑系统的可靠性、灵活性，为通信设备及计算机负载提供有效的动力保障。