UPS在通信系统中的选用和配置

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1、UPS在通信系统中的选用与配置电信一所周辉福摘 要：通过简要介绍ups的产生、发展、特点、分类和基本原理，提出ups在通信系统中 的应用场合，最后着重阐述了 ups选用与配置应注意的问题。关键词：ups基本原理选用配置可靠性一、UPS的定义、产生和发展UPS （Uninterruptible Power Supply）的全称是不间断电源系统，顾名思义，UPS是 一种能为负载提供连续的不间断电能供应的供电系统。UPS是为了解决供电系统存在的问题应运而生的，它的产生至今已经历了40多年的历 程，在这个漫长的过程中，UPS设备的技术水平和功能在不断的变化着。近年来，随着半导 体工业、电子电路技术和网

2、络技术的迅猛发展，UPS设备技术本身也在不断的进步和改善着。 在UPS设备中，由于采用了以微处理器为核心的数字信号处理（DSP）技术、高速网络通讯 及高可靠的CAN网络技术为代表的软件可编程技术，以及Delta变换电路结构、输入功率 因数校正（PFC）技术、智能化故障自诊断技术、智能化电池充放电管理和电池性能预测技 术、远程网管型UPS监控技术、图型化输出的人-机对话型菜单操作的液晶显示技术等为代 表的UPS设备新技术新工艺的开发和应用，使得当今UPS设备无论是在输出容量上，还是在 基本性能、智能化管理和可靠性、可维护性和可管理性上，都获得了长足的发展和进步。如 今它已经不是一个简单的电网停电

3、后可以继续维持向负载供电的设备，它还肩负着全面改善 供电质量，并通过智能管理、智能监控和网络通讯实现对整体电力基础实施的保护，成为一 个有强大管理功能的信息技术设备，已经完全融合于企业信息系统，并成为其中不可缺少的 一部分。从应用的角度看，UPS功能的变化经历了三个阶段，如图1所示。199 口年1 992年P 1994年 1 996年 1明8年 如M年图1 UPS系统功能的阶段性变化V第一阶段：当市电掉电时，保护负载硬件设备；第二阶段：当市电掉电时，保护负载设备运行的数据；第三阶段：在市电正常和掉电等各种情况下，保证供电系统正常运行。第三个阶段从20世纪90年代中期开始变得愈来愈重要，随着信息

4、技术的高速发展和网 络时代的到来，对以UPS为核心的整个供电系统的可用性、可维护性、可管理性和可扩展性 也提出了越来越高的要求，越来越多的厂商和用户已经形成这样的共识：在UPS各种性能指 标基本满足计算机网络设备供电要求的情况下，真正能为客户带来价值的是系统的可用性。 用户关心的重点开始从仅仅强调ups本身由设计和制造决定的可靠性，转移到由整个供电系 统和服务决定的可用性上来。实际应用中的需要不仅是产生UPS设备的原因，同时它还规定 着UPS技术进一步发展的方向，成为UPS技术发展的动力。二、UPS电源的特点UPS电源有以下几个显著特点：（1）UPS输出电源可靠性高。由于UPS电源为负载提供了

5、主备两套供电系统，而且备 用电流和主电流通过静止开关切换，由于切换时间极短、主备电源始终保持锁相同步，故停 电时，从负载例看来，电源没有丝毫的中断。这就为负载连续可靠运行提供了强有力的保障。（2）高质量电源供应。由于采用了电脑控制的电子负反馈电路，UPS的输出电压稳定 度高，达上0.52%，同时又由于UPS采用了石英晶体振荡控制逆变器的频率，故输出频 率稳定：0.010.5%；电压失真度小（电压畸变小于1%，不存在潜波失真的问题）。（3）效率高、损耗低。由于UPS中的逆变器采用7PWM技术，因此它就具有开关电源 的一系列优点，通过精确调整脉冲宽度，保证功率稳定输出，同时，开关管在截止期间没有

6、电流流过，故自身损耗小，其供电效率可达90%以上。（4）故障率低、维护容易。由于微处理器监控技术和先进的IGBT驱动型SPWM等高技 术的采用，目前的UPS已达到了极高的可靠性水平，对于大型UPS电源来讲，其单机的年均 无故障工作时间（MTBF）超过20万小时已不成问题。如果采用双总线输出的多机“冗余” 型UPS供电系统，其MTBF甚至可达100万小时数量级。三、UPS电源的分类目前，针对用户的不同层次等级的负载用电要求，市场上已有四种类型的UPS电源品 种。（1）在线式（on-line） UPS供电系统其单机功率：0.7kVA1500kVA。该系统的主备供电通路都是通过逆变器向负载供电的，

7、由于市电经过了完善的滤波及逆变转换，所以它能为负载提供高质量的、纯净的正弦波电源。 并且它的抗雷击能力也是一流的。（2）准在线式UPS供电系统单机功率0.7kVA20kVA。这种UPS的逆变器只有当市电电压低于150V或高于264V时 才投入工作，向负载提供高质量的正弦波电源；而当电压在150264V之间时，逆变器停止 工作，UPS向用户负载提供经铁磁谐振稳压器或经变压器抽头调压处理的一般市电电源。（3）后备（off-line）正弦波输出式UPS电源单机输出功率：0.25kVA2kVA左右。当市电在170264V范围内时，它向负载提供经 变压器抽头调压处理过的一般市电电源，仅当市电电源的电压低

8、于170V或高于264V时，逆 变器才工作，蓄电池贮存的直流电逆变为正弦交流电向负载输出。（4）后备（off-line）方波输出式UPS电源其单机输出功率：0.25kVA1kVA。该种机型与后备正弦波机型的不同之处在于当市电 电压低于165V或高于270V时向负载提供的是具有稳压特性的50Hz方波电源。该机在方波 输出时，适宜接阻害性负载，如果接感性负载的话，会烧毁UPS的逆变器或对负载产生损坏。综上所述，在线式UPS输出电源质量最高，适宜各种负载类型，但价格最贵；后备方波 输出式UPS的性能最差，但价格最便宜。四、UPS的基本原理从上述的几种UPS电源来看，在线式UPS的性能最佳，其电路设计

9、也是最完善和最复杂 的。下面就以目前应用较多的微电脑控制的小型在线式UPS电源为例对UPS的典型工作原理 作一介绍。工作过程如下：市电电源先经过输入滤波器，将市电中的高频电磁干扰、射频干扰、尖 峰脉冲等干扰进行吸收、抑制处理，然后分成四路进入下面不同的处理部分：（1）送到具有“功率因数校正功能”的整流器输入端进行整流处理。（2）进入UPS锁相同步电路，提取同步信号以便逆变器在市电停电时将蓄电池组产生 的直流电进行瞬时同步逆变，保证负载侧供电的同步连续性。（3）经充电器对UPS所配置的蓄电池组进行“浮充”式充电，以便市电中断时向逆变 器提供充足的逆变能源（注：其浮充电压应为电池组标称端电压的1.

10、125倍）。（4）直接经交流旁路供电通道馈送到切换开关的常闭触点上。这样设计的目的是为了 在当逆变器或微处理器发生故障时直接由市电向负载供电避免负载供电中断，同时，启动蜂 鸣器报警，提示值班人员采取措施。这也是UPS高可靠性的一个体现。整流器将输入的无干扰市电整流为幅值稳定的直流高压电源送到逆变器的直流总线输 入端，当市电正常时，在微处理器的控制下，整流输出电压高于DC/DC输出的直流电压， 二极管D截止，蓄电池不向逆变器提供逆变电源。逆变器在微处理器提供的正弦脉宽调制脉冲的控制下，将整流器输出的高压直流电逆变 成标准的50Hz的正弦波电源。当市电中断时或市电过高过低时在微处理器的控制下DC/

11、DC 直流变换器立即投入运行，将蓄电池的相对较低的直流电压提升到完全符合逆变器输入所要 求的电压水平，经逆变器向负载输出电源。为了保证市电中断时，UPS机内的控制电路继续工作，控制电路所需的直流电压不是取 自市电输入端，而是由蓄电池组的直流电源经DC /DC变换得到的。“同步镇相电路”除了实现主备电源的同步切换外，还能使逆变器输出的电压频率保持 在所要求的误差范围内（即同步窗口）。当市电频率超过这个范围时，逆变器电源不再跟踪 市电电源，而同步于本机石英晶体振荡频率50Hz0.5%，从而确保逆变器输出电压频率稳 定在同步窗口之内。“输入功率因数校正电路”的作用是使进入整流器的输入电流和电压保持良

12、好的相位一 致的关系，提高输入功率因数，同时也就提高了对市电的利用率。“自动保护电路”具有两种主要的保护功能，一是逆变器输出过载或短路的自动保护， 它可以有效地防止逆变器中的IGBT等大功率开关元件在负载短路时被烧毁。二是电池电压 过低自动保护。UPS在市电中断或不正常时将会把蓄电池组的能量立即提供给逆变器，随着 蓄电池放电时间的延长，电池所存贮的能量逐渐释放出来，电池的电压也随之降低，当下降 到阈值电平时，为防止电池组因过度放电而损坏，保护电路会立即停止逆变器的工作，中断 电池组的放电过程。“逆变器输出电压负反馈电路”。在逆变器输出电路中，通过建立“逆变器输出一微处 理器一逆变器PWM调节一

13、逆变器输出”这样一个电子负反馈闭环控制回路，可确保UPS向 负载提供W2%的高精度稳压电源。UPS的工作过程中电源的变换顺序是220V交流市电变换为直流电，通过逆变器再将直 流电变换为交流电。通过这样的变换过程，UPS向负载提供的电源具有如下显著的特点：（1） 稳压精度高；（2 ）频率稳定度高；（3）谐波少；（4）波形失真小。五、UPS在通信系统中的应用电信设备大都采用直流供电，但有一部分通信负荷要求采用交流不间断电源供电。根据 负荷大小，通常选用逆变器或交流不间断电源设备供电。同时，目前的通信局站都有市电停 电、检修、发生事故停电的时候，此时，不论是两路市电转换，还是启动备用柴油发电机组，

14、都需要1020min的时间。这段时间使用交流供电的通信设备如不使用UPS或逆变器必然停 止工作。另外电网的电压波形也不干净，存在着过压、欠压、尖峰、浪涌等干扰。为了保证 计算机和这部分通信设备的正常工作，就必须使用高质量的交流电源一一PS。在卫星地球站中，高功率放大器(HPA)、地面通信设备(GCE)以及监视与控制设备(MAC) 都由UPS供电，一般用两台80kVA UPS并联冗余供电。在移动交换系统的操作维护中心(OMC)，由于采用计算机进行监控、维护、操作等工 作，也必须采用UPS供电，一般用两台510kVA，UPS并联冗余供电。此外，分组交换、自动转报、传真存储转发、帧中继、网管、计费、

15、寻呼、集群通信、 查号、会议电视、因特网、电子信箱等设备都用UPS供电，有单独采用UPS供电的，也有合 用的，合用的容量为1100kVA。总之，随着中国通信事业的高速发展以及计算机技术的发展，今后UPS会越用越多，容 量越来越大，越来越智能化，因此必须正确选用UPS才能真正发挥它的作用。六、选用和配置UPS纵观我国UPS市场，特点之一是增长速率高，特点之二是UPS厂商竞争激烈，包括国产 和进口近百种品牌。但对使用者来说，对UPS技术和使用维护方面还显得生疏，因此在选用 时就不免存在一些问题，包括如何评价一台UPS的优劣，以及如何根据使用要求合理配置等 方面。1、UPS性能指标的分类和使用的一般

16、要求使用者首先应对UPS的功能和各项指标有一个全面清晰的了解，这是正确地选择UPS 的必要条件。UPS的功能可概括为： 、当市电掉电时，不间断地向负载继续供电； 、要具有电网的输出能力，并全面地改善供电质量； 、当供电系统(包括UPS )有故障时，能给负载(特别是计算机和网络系统)以全面 的保护。根据其功能的要求，UPS性能指标可分为以下四个方面：(1) 对电网的适应能力这指的是UPS必须能在当地电网条件下正常运行，并且不对电网产生不良影响。这方面 的性能指标包括： 、允许电网电压变化的范围； 、UPS输入功率因数； 、UPS输入电流的谐波成份；允许电网电压频率变化的范围； 、允许电网的不平衡度(三相)和波形失真度。上面的第一、四、五项