通信用不间断电源(UPS)技术研究

1、通信誉不连续电源(UPS)技术研究摘要：随着通信技术开展，对电源提出了越来越高的要求，本文介绍了通信电源的三级划分方法以及不连续电源UPS的重要性，通过分析各种类型UPS的性能特点，提出了在设计通信誉UPS时的前级供电系统、UPS容量计算以及冗余配置的根本思路和方法。Abstrat:iththedevelpentfuniatintehnlgy,thedeandsfrperareraising.Thepaperintrduesthethree-tieredethdfuniatinperandtheiprtaneftheuninterruptiblepersupply(UPS).Atlast,by

2、analyzingtheperfraneharateristisfvariustypesfUPS,thepaperprpsedthebasidesigningideasandethdsffrepersupplysyste,UPSapaityputingandredundantnfiguratinhendesigningtheuniatinUPS.关键词：通信电源；UPS；双变换式；可用性；冗余配置Keyrds:uniatinper；UPS；dublenversintype；availability；redundantnfiguratin中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-43

3、11202211-0176-020引言近几十年来，我国通信业开展迅速,覆盖了全国绝大多数地区，已经成为人们现代生活密不可分的重要组成局部。电源作为通信网络的心脏，对保障通信网络的平安可靠运行起着至关重要的作用。1通信电源的三级划分电源系统可靠性是确保通信系统正常运行的首要条件，为了确保可靠的供电，由交流电源供电的通信设备需要采用交流不连续电源UPS。某些通信设备对交流电源的电压和频率指标要求很高，也需要由交流不连续电源UPS供电。通信电源可以分为三级，第一级电源为交流根底电源，保证能源供应，但不能保证不连续。直流电源和交流不连续电源UPS为第二级电源，主要保证不连续供电。第三级电源为二次电源，

4、主要提供通信设备内部各种不同交、直流电压的要求。综上可知，在通信电源系统中引入UPS是为了以优良的供电质量向负载连续供电，从而进步供电系统的可靠性和质量。因此，UPS的性能优劣及其可靠性就显得非常重要。2通信誉UPS电特性要求通信行业标准对通信誉UPS的电气性能技术要求如表1所示：在实际设计和配置UPS时，可根据负载特性、电网以及对UPS的详细要求，来确定选择侧重的电气性能指标。3典型UPS的组成及特点UPS的较早形式由整流器、电池、直流电动机、柴汽油机、飞轮和发电机组成，飞轮为储能装置，称为动态式UPS。其维护简单，比拟稳定，但系统庞大，操作不便，效率低，噪声大，电力品质不高。随着技术的进步

5、，动态式UPS逐渐被蓄电池做储能装置的UPS所取代，称为静态式UPS，因其具有一系列优点而成为主流，由整流器、充电器、蓄电池、逆变器、静态开关和手动维修旁路开关组成，构造如图1所示。根据运行原理和构造不同，可以分为后备式UPS、互动式UPS、双变换式UPS、Delta变换式UPS等四种类型。3.1后备式UPS后备式UPS对市电进展简单的升降压及滤波处理后直接供应负载，当输入电源不符合要求时才由电池供电，绝大多数时间内负载使用的是市电或经简单处理后给负载供电。具有本钱低、部件少、体积孝效率高等优点。但市电/电池供电转换时间约410s，输出精度低、输出波形差、输出波形为方波，适用于单台计算机系统的

6、断电保护。3.2互动式UPS互动式UPS，当市电正常时，供应负载为改进了的市电；市电故障时，负载完全由电池逆变供电。双向变换器既可当逆变器，又可作为充电器给蓄电池供电。市电正常时逆变器处于热备份状态而作为充电器给电池充电，故又称为在线互动式UPS，此时其工作效率可达98%以上。具有输出才能强，不对电网产生谐波干扰等优点。但输出电压精度和稳定度比拟差，能满足一般负载的供电要求。3.3双变换式UPS双变换式UPS的电路构造如图1所示，这是10kVA以上功率范围的电源最常用的UPS类型。不管有无市电，负载的全部功率都由D/A逆变器提供，可以保证高质量的电源输出。市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有

7、转换时间，具备典型的在线式UPS功能。可以彻底解决市电停电、电压波动、频率不稳、波形失真及电压干扰等所有输入电源的问题。可以作为通信局站或者关键性负载的首选电源。由于负载功率100%都由逆变器负担，因此UPS的输出才能不理想，对负载提出限制条件。而且，其可控输入整流器决定了UPS输入功率因数低，无功损耗大，输入电流谐波成分大于30%，对电网产生很大的污染。3.4Delta变换式UPSDelta变换式UPS把电网调节技术中的串并联有源滤波技术应用到了UPS电路构造中，适用于功率范围5kVA到1.6的应用领域。它始终由逆变器提供负载电压，故有高性能输出特点。而且，Delta变换器也向逆变器输出供电

8、，克制了双变换式UPS对电网产生污染和输出才能差的固有缺点。其优点在于过载才能、输出电流峰值系数、输出功率因数等都得到了进步。但是，当市电存在时，Delta变换器承当的最大有功功率为额定的20%左右，而两个变换器承当的无功功率可能为输出功率的1倍。效率是个可变量，只有市电输入为额定值，负载为线性负载时，效率才到达最高值。当输入停电甚至出现短路时，Delta变换器将进入保护状态，假设保护失效，那么故障将是消灭性的。事实上，电网停电或短路时有发生，相比之下，双变换式却不会出现此现象。4通信誉UPS的设计综合上述各种构造UPS性能的优劣，结合应用实际。我国通信誉UPS几乎全部为双变换构造，为保证系统

9、可用度，通常采用多个双变换单机UPS组成适当的冗余。在通信电源系统的实际应用中，设计UPS系统时主要包括以下几个方面的内容：前级供电系统、UPS容量计算、冗余配置等。4.1前级供电系统UPS向负载提供电压稳定、频率稳定、波形失真度小的高质量电源，且保证实现无连续供电，其前级供电质量很重要。前级供电系统电源电压及频率要稳定在正常范围内，通常大容量UPS主机输入电压范围为380V15%。电压过低将使UPS后备蓄电池频繁放电，缩短蓄电池的使用寿命。电压过高那么容易引起逆变器损坏。而且假如前级电压变化范围过大，会导致逆变器和旁路电源之间的切换被制止或有连续。中国论文联盟.Ll.在UPS供电系统中不应带

10、有其他频繁启动的负载，否那么其开、闭会出现瞬间高电压或低电压，导致供电线路上电压波形失真过大，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。大多数通信誉UPS都备有发电机组，以解决较长时间停电时的供电问题。在配置发电机组时，其容量不低于UPS额定输出功率的1.52倍，以保证发电机输出电压、频率正常，并改善其波形失真度。4.2UPS容量的计算通常UPS的容量首先要满足当前负载的需要，同时也要考虑负载性质对UPS输出功率的影响。UPS电源实际可带负载量受负载功率因数的直接影响，对不同的负载功率因数要进展功率折算，UPS容量不宜过大或过小，还应考虑扩容的需要。在计算

11、UPS容量时，所有共用1台UPS的用电设备额定功率总和即为总负载功率P。UPS的最正确运行负载裕量百分值称为裕度，一般裕度的值取20%为宜。考虑到通信行业的特点，功率因数PF取为0.90.95。那么可以根据负载大小来确定UPS的容量S。S=式中：UPS容量kVA；P负载有功功率k；PF负载功率因数；裕度。假如以PF取为0.90.95，为0.2，那么S=1.31.4P。可见，在确定UPS容量时，应按照所有负载功率总和的1.31.4倍来设计。4.3UPS冗余配置方式进步UPS系统可用性问题的根本方法是采用多个双变换单机UPS组成冗余。UPS冗余主要有并联冗余、备用冗余、主从串联冗余和分布冗余等几种

12、形式。并联冗余UPS由两个或多个单机UPS组成，各单机UPS的输出并联到一个公共的配电系统。系统一般按照个单机UPS配置，其中个单机就足以满足系统的全部负载用电，再增加一个作为备用。备用冗余UPS的两个UPS中有一个是主用，另一个是备用。正常时两UPS同步运行，只有主用UPS为负载供电，备用UPS空载运行。当主用UPS故障时，转换为备用UPS供电，故障的主用UPS与负载断开。其控制电路简单，但主用UPS向备用UPS转换时，备用UPS要承受100%额定阶跃负载，故对逆变器的动态性能要求较高。主从串联冗余UPS由两个单机UPS按照串联方式连接，一个是主UPS1，另一个是冗余UPS2。冗余UPS2的输出直接与主UPS1的旁路输入端连接。当主UPS或冗余UPS需要进展维护时，负载可由另一台UPS供电，此时负载仍可与市电电源和各种干扰隔离。在实际运用中，UPS输出端至负载之间的配电电路往往产生故障。为了既保证UPS输出端的电源可靠，又保证负载输入端的电源可靠，设计了分布冗余UPS。其目的是将电源系统的冗余扩展到每一个负载设备，使电源系统的冗余尽可能接近负载设备的输入端。它有两个独立的UPS，每个独立的UPS都能为全部重要负载供电，构成双母线供电系统。每个UPS系统的输出功率总容量都大于或等于系统负载总容量。通过适