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0.74~0.77kVA。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。铅酸蓄电池放电容量系数(η)表放电小时数(h)0.512346放电终止电压(V)1.651.701.751.701.751.801.801.801.801.80放电容量系统防酸电池0.380.350.300.530.500.400.610.750.790.88阀控电池0.480.450.400.580.550.450.610.750.790.88(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：小时市电类别通信枢纽楼中小型综合通信局交换局市话模块局一类市电1111二类市电11～21～23～1三类市电2～34～2(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。