淺析機(jī)房UPS不間斷的電源設(shè)計(jì)

施平平

【摘 要】隨著科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人民日常生活越來(lái)越依賴(lài)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)房每天每時(shí)每刻要保障人民辦公、生活所需的網(wǎng)絡(luò)通暢，網(wǎng)站的正常訪問(wèn)等，這將對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房的電力供電質(zhì)量提出更加高的要求。本文立足計(jì)算機(jī)理論，詳細(xì)探討UPS選型理念，選取一款UPS對(duì)它的優(yōu)勢(shì)做一論述。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)化 UPS選型 電源設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TP303【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0293-02

1、UPS的選型理念

對(duì)UPS進(jìn)行選取，首先要掌握UPS的分類(lèi)，目前市場(chǎng)一般按照其主電路結(jié)構(gòu)的技術(shù)屬性實(shí)施分類(lèi)，并且廣為用戶(hù)認(rèn)可，并以此作為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)判斷UPS的優(yōu)劣。第一類(lèi)為后備式，主要有APC的BK500，山特的TG500；第二類(lèi)為在線互動(dòng)式，主要有APC的SmartUPS；第三類(lèi)為在線雙變換式，主要有MGE和EXIDE的大機(jī)；第四類(lèi)為在線電壓補(bǔ)償式，主要有APC秀康DP300系列UPS。而具體描述UPS的技術(shù)性能指標(biāo)有四大類(lèi)：一是對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力；二是滿(mǎn)足負(fù)載要求的UPS常規(guī)輸出指標(biāo)；三是UPS的輸出能力和可靠性；四是智能管理和通信功能。那么在這四大類(lèi)指標(biāo)中，比較和選擇UPS應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，一直是當(dāng)前專(zhuān)家和行業(yè)大用戶(hù)普遍認(rèn)可的一些觀點(diǎn)：

1.1 選擇大功率UPS要慎重考慮UPS的輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波

雙逆變?cè)诰€式UPS，其AC/DC逆變器多為整流濾波電路，它的輸入功因數(shù)低，一般只在0.8左右，輸入電流諧波大，達(dá)30%，加專(zhuān)門(mén)濾波措施后，也僅能降到10%。輸入功率因數(shù)低，意味著輸入無(wú)功功率大，輸入諧波電流則干擾破壞電網(wǎng)，特別是三相大功率UPS這兩項(xiàng)指標(biāo)危害很大，形成所謂的電力公害，這會(huì)1）使由同一電網(wǎng)供電的變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等產(chǎn)生附加諧波損耗、過(guò)熱、加速老化；2）引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩降低，振動(dòng)加劇噪聲增大；3）引起繼電器和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，其次諧波對(duì)通訊線路、測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生輻射干擾，影響電能計(jì)量的精度等。所以，UPS的輸入功率因數(shù)和輸入諧波電流應(yīng)被視為重要性能指標(biāo)之一，應(yīng)該把輸入功率因數(shù)>0.95，輸入電流諧波<5%作為判定UPS性能指標(biāo)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)之一。

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家早已立例，嚴(yán)格限制用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的污染。我國(guó)有關(guān)部門(mén)亦正制訂相關(guān)法規(guī)，施行日期亦不會(huì)遙遠(yuǎn)，因此用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)UPS不間斷電源時(shí)，若不考慮此因素，將會(huì)留下日后治理的諸多麻煩，造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失，同時(shí)也會(huì)因?yàn)橹卫矶a(chǎn)生系統(tǒng)效率降低，可靠性下降等副作用。作為UPS，相應(yīng)有三類(lèi)解決方案。

第一，對(duì)于帶有整流濾波輸入的傳統(tǒng)雙變換UPS，無(wú)論是采用相控或不控整流，從市電吸取能量的方式均不是連續(xù)的正弦波，而是以脈動(dòng)的斷續(xù)方式向電網(wǎng)吸取電流，使得這類(lèi)UPS具有諧波電流，功率因數(shù)低、效率低，對(duì)電網(wǎng)造成較大的污染，若采用12脈沖整流及輸入濾波器，雖然可以將輸入功率因數(shù)改善到0.95，諧波電流小于5%，但系統(tǒng)的總效率降低到90%左右，且成本增加，可靠性下降。

第二，輸入整流器采用高頻化整流技術(shù)，輸入功率因數(shù)≈1，輸入總諧波電流<5%，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染。但電路復(fù)雜，AC-AC總效率一般為92%左右。

第三，采用雙逆變電壓補(bǔ)償在線式的UPS，其輸入端是一個(gè)四象限高頻逆變器，從市電吸取的電流是連續(xù)的正弦波，且與輸入電壓同相位，因此其輸入功率因數(shù)≈1，輸入諧波電流≤ 3%，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染。 AC-AC總效率高達(dá)96%。

由上可見(jiàn)，目前只有采用雙逆變電壓補(bǔ)償在線式UPS，才能在獲得輸入功率因數(shù)≈1，輸入諧波電流<3%的同時(shí)，保持UPS系統(tǒng)AC-AC總效率達(dá)96%或以上。雙逆變電壓補(bǔ)償在線式UPS為APC公司專(zhuān)利技術(shù)。APC Silcon 20K系列大型UPS，即屬此類(lèi)。

1.2 要考慮UPS的輸出能力與可靠性。

輸出功率因數(shù)、輸出電流波峰系數(shù)、輸出過(guò)載能力、輸出不平衡負(fù)載的能力等指標(biāo)，直接反映了UPS的輸出能力，對(duì)這些指標(biāo)的限制，說(shuō)明了UPS輸出能力的局限性和脆弱的一面，盡管在配置UPS容量時(shí)盡可以使負(fù)載滿(mǎn)足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但這些指標(biāo)卻直接反映了UPS的可靠性。過(guò)載能力強(qiáng)，允許輸出電流波峰系數(shù)高的，對(duì)負(fù)載功率因數(shù)限制小的，在同樣電網(wǎng)環(huán)境和負(fù)載條件運(yùn)行，其可靠性必然高，這是毋容置疑的道理。

1.3 要考慮效率與可靠性

UPS的工作效率高時(shí)，意味著節(jié)省電能，這是綠色電源的標(biāo)志之一。但還應(yīng)該注意到效率與可靠性是密切相關(guān)的，效率高意味著電路技術(shù)先進(jìn)，元器件選用得好，意味著功器件功率損耗小，功率強(qiáng)度小，溫度低，這必然會(huì)增強(qiáng)元器件乃至整機(jī)的壽命和可靠性。

根據(jù)***鎮(zhèn)政府的實(shí)際情況和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴(kuò)容的需要，我們建議為網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房選配一臺(tái)APC秀康SL20KW ，它的延遲時(shí)間有2小時(shí)，充分保證網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房設(shè)備的電源供給。

2、APC秀康SL20KW系列UPS的性能優(yōu)勢(shì)

秀康SL20KW系列 UPS有綠色電源之稱(chēng)，DELTA逆變器技術(shù)把電壓補(bǔ)償原理成功地運(yùn)用到UPS主電路中，使Silcon UPS的指標(biāo)在很多方面超過(guò)其它同類(lèi)產(chǎn)品，就目前情況下，有的指標(biāo)是其它方案的UPS無(wú)論如何也達(dá)不到的。

下面的八個(gè)指標(biāo)體現(xiàn)了Silcon UPS的優(yōu)越性：

2.1 輸入功率因數(shù)等于1對(duì)于一般UPS而言，要提高輸入功率因數(shù)，就必須加輸入功率因數(shù)校正電路，成本很高。

但是，Silcon UPS卻輕易實(shí)現(xiàn)了輸入功率因數(shù)為1，它借助于DELTA逆變器對(duì)輸入電流進(jìn)行調(diào)制，使UPS的輸入端對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)一個(gè)純線性電阻，輸入電流和電壓完全同相。在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)，輸入功率因數(shù)都很高，這是其它校正技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

輸入功率因數(shù)高的好處有兩點(diǎn)：一是減少了無(wú)功電流對(duì)電網(wǎng)的污染；二是使輸入無(wú)功功率為零，可降低電網(wǎng)功率容量，可用1.2（考慮效率和傳輸損耗）的電網(wǎng)容量和油機(jī)的功率容量向UPS配電，而一般功率因數(shù)低的UPS則需要1.5倍的電網(wǎng)功率容量或2.5-3倍的油機(jī)功率容量向UPS配電。同時(shí)還降低其它供電設(shè)備諸如開(kāi)關(guān)、傳輸線、熔斷器、變壓器等的功率容量，降低設(shè)備投資成本。

2.2 對(duì)電網(wǎng)無(wú)高次諧波干擾

一般UPS的輸入電壓電流都有很大失真，輸入端的可控整流電路可使電流諧波失真高達(dá)30%以上，既使增加外部濾波裝置也僅能降至10%，而Silcon UPS的輸入電流電壓不僅同相，而且是純正的正弦波，諧波電流可降至3%以下，這是其它UPS很難做到的。

效率高本身就意味著節(jié)省能源，降低能源成本，以100KVA的UPS為例，與一般雙逆變器UPS相比，使用Silcon可把電能損耗降低7%，即7KW，如果常年連續(xù)運(yùn)行，每年節(jié)約24（小時(shí)）x 365（天）x7KW=61320KWH。

2.3 UPS主機(jī)功率器件的壽命長(zhǎng)，可靠性高

UPS主要器件的壽命可靠性是與它承擔(dān)的功率（功率強(qiáng)度）有直接關(guān)系的，一個(gè)大功率半導(dǎo)體器件的壽命和可靠性直接與它承擔(dān)的電壓、電流、功耗和殼溫有關(guān)，以功耗而言，在其額定功率范圍內(nèi)，實(shí)際使用功率如增大一倍，其平均壽命就降低20-30%（非線性關(guān)系）。

在市電存在的情況下，Silcon UPS主逆變器只承擔(dān)了20%的負(fù)載功率，這與一般UPS（承擔(dān)100%的負(fù)載功率）相差相當(dāng)懸殊。功率器件的壽命和可靠性的提高是顯而易見(jiàn)的。

在UPS選用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)房的具體條件來(lái)選用，例如機(jī)房系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)的形式、常規(guī)性的UPS單元容量等。在安裝過(guò)程中，還要求有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行，充分結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，以及主要供貨商的產(chǎn)品規(guī)格對(duì)自己的機(jī)房進(jìn)行選用、安裝。同時(shí)安全性、穩(wěn)定性是安裝過(guò)程中最需要考慮的因素，充分保證工作連續(xù)性。

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