通信机房UPS电源改造方案研究

郇亮

摘要：本文通过分析当前UPS系统存在的问题，结合目前机房运行情况，采用双母线UPS冗余方式，为机房各类设备的稳定运行提供连续电力供应保障。

关键词：通信机房;UPS;研究;改造

第1章前言

UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）作为一种重要的电源设备，为机房设备提供持续、不间断、稳定的动力，在保护各类生产数据的同时，还具有消除或衰减各类干扰杂波、稳频稳压等功能，起到了非常重要的作用。

第2章UPS概述

2.1UPS的组成

UPS是一种以逆变器为主要元件，带有储能装置，可以稳压稳频输出电源的设备，一般由蓄电池、整流器、逆变器、旁路开关等组成。

1）逆变器

逆变器是UPS系统中很重要的组成部分，是将直流电（DC）转变成交流电（AC）后，电压和频率都比较稳定的输出，其性能影响UPS的可靠性、效率、输出波形等重要指标[2]。

2）整流器

UPS的输入指标由整流器的性能决定。整流器是为蓄电池和逆变器提供电能，同时把交流电（AC）转变为直流电（DC）。

3）旁路开关

旁路开关的功能是旁路转换，用于提高UPS的可靠性。

4）蓄电池

蓄电池是储存电能的装置，在市电正常时，整流器对蓄电池充电，当市电中断时，由蓄电池向负载供电。除了储能，蓄电池还能起到屏蔽干扰、净化的作用。

2.2UPS分类及工作原理

按工作方式UPS可分为三类，即后备式、在线式、在线交互式。

后备式UPS接线简单，价格低廉，适用于不太重要的设备供电。

在线交互式UPS当市电故障时，负载由蓄电池通过逆变器变换后供电;当市电正常时，逆变器只给蓄电池供电。

在线式UPS无论市电是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变器一直在运行状态。因此，通信机房通常采用在线式UPS，其工作原理如图1：

市电正常时，首先经过变压器和整流滤波，再经由逆变器到变压器，最后经过开关S3后给负载供电。当市电不正常时，UPS有一个或多个能量的变换装置和儲能环节能继续向负载提供稳定、不间断的电源。

第3章存在的问题

由于条件限制，一些通信机房各类设备共用一套UPS系统，而各类设备的安全等级不同，运行管理部门也不同。

因此，本文针对几类专业设备共用一套UPS系统的情况下提出改进方案，采用双母线UPS冗余方式，以确保各类设备不间断运行。

第4章改造方案

4.1容量选择

为了保证UPS的供电质量和可靠性，提高经济效益，应当根据负载的总容量及性质选择适当的UPS，以满足当前负载的需求。

1）容量选择。UPS容量即不能过大，也不能过小。容量过大，UPS轻载运行，以致于蓄电池放电电流小，放电时间长;容量过小，UPS重载运行，无法为负载提供优质电源。这两种情况都容易致使元件受到损坏。

2）负载性质。在实际情况中，UPS系统的负载与功率因数有很大关系。计算机设备在运行状态下，平均功率小，瞬时功率高，UPS在带计算机设备时功率因数约为0.65。

4.2横截面积计算公式

因机柜容量限制，考虑到走线、散热及安装设备所需的空间，单个机柜最多安装服务器6到8台[5]。

4.3电池后备时间计算公式

I：电池工作电流（A）

V：外接电池的直流电压（V）

T：连续放电时间（H）

Kh：电池容量换算系数（Ct/C10）

10Hr放电率为1，5Hr放电率为0.9，3Hr放电率为0.75，1Hr放电率为0.62[5]。

4.4改造方案

在实际运行中，UPS所带负载至输出端之间的线路和开关发生故障的概率较高。因此，本改造方案采用双母线冗余方式，即将两个独立的UPS单机系统，通过适当的配电电路，使得全部负载都可以由任一个独立的UPS系统供电。

如果即有双电源设备又有单电源设备，两个UPS在正常运行时都同步于市电，但当市电发生故障时，同步源消失，两个UPS会出现同步问题。LBS（Load Bus Synchronization，负载母线同步）系统可以有效地避免电源和负载产生环流，使市电在非正常状态下两个UPS也能同步。如果没有条件配置LBS系统，单电源设备则只能接在一条母线上。可由负载情况决定双母线UPS冗余方式是否配备LBS，如果负载以双电源设备为主，只有个别不重要的单电源设备，或当双母线UPS系统供电的设备全部为多电源设备、双电源设备或单电源设备时，不需要考虑同步问题。

在实际应用中，如果机房即有双电源设备又有单电源设备，这时就需配置LBS系统。两个UPS的输出端分别经由配电屏后各自分成两路，一路则过STS（Static Transfer Switch，静态转换开关）接入两台分配电屏，然后分别接入单电源设备，另一路则通过分配电屏后连接双电源设备（图2）。

4.5小结

实际改造过程中可能出现很多限制，比如现有的配电系统、资金、场地等等，所以要从满足经济性、提高可靠性和减少施工难度等多方面综合考虑UPS设备选型。

参考文献

[1]庄维等，信号机房双电源改造技术方案可行性研究[J]，上海市铁路智能调度指挥系统工程研究中心，2020.

[2]丁仁杰等，一种调度自动化机房UPS电源设计方案[J]，电脑知识与技术，2018

[3]第四届电能质量国际研讨会论文集[C]，中国标准出版社，2006.

[4]宫正，UPS电源在电力调度自动化系统中的应用与维护[D]，通讯世界，2016（5）：150～156.

[5]赖亚芳，调度自动化机房UPS电源系统改造实践[D]，华北电力大学 ，2016.

[6]UPS蓄电池配置与放电的简单计算[S]，中国百科网.

[7]陈洪伟，徐新民，不间断电源应用分析[J]，电源世界，2017 （5） ：34～36

[8]张青松，广播电视系统中UPS电源的选型与配置，卫星电视与宽带多媒体，2011 （19） ：132～134