通信機(jī)房高效節(jié)能UPS供電系統(tǒng)對策

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關(guān)鍵詞：機(jī)房；高效節(jié)能；UPS；供電系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)信息的處理量快速地增加，導(dǎo)致通信機(jī)房的負(fù)載越來越大，同時，對供電的穩(wěn)定性要求也越來越高，這就需要使用UPS電源來解決穩(wěn)定電源的問題。一個好的UPS供電系統(tǒng)可以提供高質(zhì)量的電源給負(fù)載，還可以給通信機(jī)房正常工作和數(shù)據(jù)不受干擾，所以，打造合理安全并且高效節(jié)能ups供電系統(tǒng)越來越有必要。

1UPS基本結(jié)構(gòu)和工作原理

大型機(jī)房中，UPS通訊電源系統(tǒng)一般的設(shè)計方式是塔式的設(shè)計，分為高頻機(jī)和工頻機(jī)，工頻機(jī)的設(shè)計原理為傳統(tǒng)的電路設(shè)計，組成器件包括逆變器、整流器、變壓器及旁路，變壓器與整流器的工作頻率都是50Hz。高頻機(jī)的組成器件包括變換器、逆變器、整流器及旁路。高頻機(jī)的整流器的工作頻率要比工頻機(jī)高很多。UPS的工作原理為通過濾波、全波整流、變壓器的降壓效果將來自電網(wǎng)的交流電變成直流電，供逆變電路使用。這個過程叫作AC-DC變換，其優(yōu)點是電網(wǎng)可以通過其軟啟動的電路來抵擋開機(jī)時帶來的沖擊。通過DC-AC逆變電路的高頻限流的技術(shù)與快速短路的保護(hù)技術(shù)，使得不論是在負(fù)載沖擊或者短路，還是在供電的電壓瞬間變化的情況下，逆變器都可以非常安全且可靠地進(jìn)行工作。該逆變電路使用的是IGBT的逆變電路，功率有很大的富余量，輸出阻抗在輸出的動態(tài)范圍內(nèi)非常小，響應(yīng)速度非?？?。通過控制驅(qū)動極大改善逆變器的穩(wěn)定性與動態(tài)特性?？刂乞?qū)動對整機(jī)功能的控制完成起著核心的作用，不僅能夠提供檢測、同步、保護(hù)及顯示驅(qū)動的信號與多種開關(guān)的控制，還能夠通過靜動態(tài)的雙重電壓的反饋機(jī)制很好地控制SPWM正弦脈寬的調(diào)制。穩(wěn)壓、濾波和不間斷供電是UPS電源的三大基本功能。當(dāng)市電提供用電時，UPS起到穩(wěn)壓器與濾波器作用，使設(shè)備能夠正常地工作。當(dāng)市電突然中斷時，UPS又能將直流電完美轉(zhuǎn)化為交流電，保證負(fù)載的正常使用，并且這個轉(zhuǎn)化過程是零時間轉(zhuǎn)化的，保證設(shè)備真正地做到不間斷地運行。

2影響UPS供電系統(tǒng)效率的因素

2.1UPS的平均無故障工作時間(MTBF)

平均無故障工作時間（MTBF）是UPS供電系統(tǒng)健壯性的關(guān)鍵指標(biāo)，其定義為從設(shè)備開始啟用到UPS供電系統(tǒng)發(fā)生故障，從而導(dǎo)致UPS的輸出端的電壓變?yōu)?，這個過程的需要的平均工作的時間。UPS的MTBF數(shù)值越大，說明UPS供電效率越高，而MTBF的數(shù)值大小不僅和UPS各種部件與元件失效率（V0）存在關(guān)系，還和UPS的制備工藝和設(shè)計方案有關(guān)系，就算采用相同元器件，制備工藝和設(shè)計方式不同也會形成UPS的失效率（V0）的不同。而MTBF=1/V0,這個公式就是用來表示平均無故障工作時間和失效率的關(guān)系的。

2.2UPS電源可利用率(V1)

UPS電源可利用率（V1），是指UPS在運行的時候，其中正常工作的時間和總的工作時間兩者的比值。這個數(shù)值和平均無故障工作時間（MTBF）和平均修復(fù)的時間（MTTR）都有密切關(guān)系，它們之間的關(guān)系表達(dá)式為：V0=MTBF/(MTBF+MTTR)，其中MTTR的值是由UPS機(jī)柜的設(shè)計，可維護(hù)性的高低和維修水平的高低等因素決定的。

2.3UPS可利用率（V2）

UPS可利用率（V2），代表機(jī)房信息網(wǎng)絡(luò)可利用率，其表達(dá)式為：V2=MTBF/(MTBF+MTPF+MTTR)，其中，MTBF和MTTR在上文中解釋過分別代表平均無故障工作時間和平均修復(fù)時間，MTPF則是表示網(wǎng)絡(luò)平均癱瘓時間，操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后到能夠正常工作這期間需要花費的時間決定了MTPF數(shù)值的大小。效率高的電源是可以一定程度地降低其本身的發(fā)熱量與自身功耗的，使電能使用的效率提高很多，在線式UPS一般可以使其電源使用效率到達(dá)90%甚至以上，其他UPS相對來說電源使用效率就低很多，只有大概80%，所以在增加配置比較大容量的不間斷的交流供電設(shè)備時，應(yīng)該優(yōu)先選擇在線式UPS。但是有一些設(shè)備必須使用工頻式的UPS電源，主要是因為感性負(fù)載，工頻UPS電源的效率比較低，但是，穩(wěn)定性、可能承受沖擊能力強(qiáng)，相對來說，采購成本比價高，一般的通訊設(shè)備都是采購的高頻UPS電源，相對成本比較低，而電效率比較高。

3打造高效節(jié)能UPS供電系統(tǒng)的具體措施

3.1提高平均無故障工作時間

UPS供電系統(tǒng)供電效率提高的非常重要的方法之一就是要提高平均無故障工作時間，因為在相同的UPS正常工作時間的條件下，如果提高了平均無故障工作時間，就會提高UPS供電的效率。要想提高平均無故障工作時間，我們得找好解決故障的方案。UPS電源常見的故障有：（1）市電有電時，UPS出現(xiàn)市電斷電告警。這種情況出現(xiàn)的可能原因有市電輸入空開跳閘、輸入交流線接觸不良、市電輸入電壓過高、過低或頻率異常、UPS輸入空開或開關(guān)損壞或保險絲熔斷、UPS內(nèi)部市電檢測電路故障。其對應(yīng)的解決方案是檢查輸入空開、檢查輸入線路、如市電異?？刹惶幚砘騿影l(fā)電機(jī)供電、更換損壞的空開、開關(guān)或保險絲、檢查UPS市電檢測回路。（2）市電正常時，UPS輸出正常，市電斷電后，負(fù)載也跟著斷電。這種情況出現(xiàn)的可能原因有由于市電經(jīng)常低壓，電池處于欠壓狀態(tài)、UPS充電器損壞，電池?zé)o法充電、電池老化、損壞、負(fù)載過載，UPS旁路輸出、負(fù)載未接到UPS輸出、長延時機(jī)型的電池組未連接或接觸不良、UPS逆變器未啟動，負(fù)載由市電旁路供電、逆變器損壞，UPS旁路輸出。其對應(yīng)解決方案是在UPS輸入端加穩(wěn)壓器、檢查充電器、更換電池、減少負(fù)載、將負(fù)載接到UPS的輸出、檢查電池組是否接對、接好、啟動逆變器對負(fù)載供電（打開面板控制開關(guān)）、檢查逆變器。（3）UPS無法啟動。這種情況的原因有電池長期放置不用，電壓低、輸入交流、直流電源線未連接好、UPS內(nèi)部開機(jī)電路故障、UPS內(nèi)部電源電路故障或電源短路、UPS內(nèi)部功率器件損壞。其對應(yīng)解決方案有將電池充足電、檢查輸入交流、直流線是否接觸良好、檢查UPS開機(jī)電路、檢查UPS電源電路、檢查UPS內(nèi)部整流、升壓、逆變等部分的器件是否損壞。通過這些解決方案將故障率降到最低，自然會提高平均無故障時間，從而提高UPS供電效率。

3.2提高可利用率

要將UPS的設(shè)計與制備的工藝方案進(jìn)行改進(jìn)以改善UPS可靠性，并且提高UPS的逆變器電源平均無故障工作時間和UPS單機(jī)的平均無故障時間。要將輸入電源供電的可靠性提高，從而降低UPS輸入端停電的概率，即使UPS發(fā)生故障轉(zhuǎn)入到交流旁路的供電狀態(tài)，也不會出現(xiàn)輸出停電的故障。我們可以通過以下常用技術(shù)措施做到這一點，一是在市電供電電源和雙總線冗余輸入供電系統(tǒng)的選擇上盡可能選擇高質(zhì)量的，并為了防止越級跳閘設(shè)計一套有選擇性的跳閘功能的供電系統(tǒng)。二是選擇配電系統(tǒng)時要選擇正確的防雷擊與抗浪涌的抑制器。使UPS停機(jī)時的維修時間減少，降低MTTR值，UPS出現(xiàn)故障后，用最短時間恢復(fù)其正常的工作。為了加強(qiáng)UPS供電系統(tǒng)容錯性，可以使用N+1和N+X兩種冗余并機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計。以上幾種措施都可以有效明顯地提高UPS可利用率。

3.3提高電源可靠性

（1）UPS的使用環(huán)境應(yīng)注意通風(fēng)良好，利于散熱。電池使用環(huán)境要求溫度在0～40℃，避免陽光直射并且保持清潔。延長UPS電源使用壽命提高運行的可靠性，推薦最佳工作環(huán)境溫度為25℃左右，最佳濕度為50%。一般在室溫條件下，正常使用時，密封免維護(hù)鉛酸電池的浮充使用壽命為3～5年。（2）UPS電源的輸出負(fù)載控制在60%左右為最佳，可靠性最高。UPS帶載過輕有可能造成電池的深度放電，會降低電池的使用壽命，應(yīng)盡量避免。（3）適當(dāng)?shù)姆烹?，有助于電池的激活，如長期不停市電，每隔三個月應(yīng)人為斷掉市電用UPS電源帶負(fù)載放電一次，這樣可以延長電池的使用壽命。正常時，電池每隔3～6個月帶載充、放電一次，放電后標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的連續(xù)充電時間應(yīng)不少于10小時。UPS長期閑置不用，應(yīng)每隔3～6個月充電一次。UPS放電后應(yīng)及時充電，避免電池因過度自放電而損壞。（4）對于多數(shù)小型UPS，上班再開UPS電源，開機(jī)時，要避免帶載啟動，下班時應(yīng)關(guān)閉UPS；對于通訊機(jī)房的UPS電源，由于多數(shù)網(wǎng)絡(luò)是24小時工作的，所以UPS也必須全天候運行。

4結(jié)語

總的來說，如今信息化的程度越來越高，在通信機(jī)房里打造高效節(jié)能的UPS供電系統(tǒng)是必然的選擇，我們要做到的不僅僅是提高供電的時間，并且要盡可能將供電的效率和質(zhì)量都提升上去，創(chuàng)建一個新一代環(huán)保節(jié)能高效的通信機(jī)房。

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作者：田俊峰 單位：解放軍92474部隊