DQZHAN技術(shù)訊：數(shù)據(jù)中心中UPS電源技術(shù)詳解
GB50052---1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的強(qiáng)制性條文規(guī)定："**負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個(gè)電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。"柴油發(fā)電機(jī)組可以作為應(yīng)急電源，但其反應(yīng)速度太慢，要15，才能恢復(fù)供電，這與現(xiàn)代化的通信及網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)流無法匹配。因此，工程中的一些重要部門和系統(tǒng)必須考慮不間斷電源UPS供電。

1.交流不間斷電源系統(tǒng)供電

在下列情況下應(yīng)設(shè)計(jì)并采用交流不間斷電源系統(tǒng)供電：

(1)對供電可靠性要求較高，采用備用電源自動(dòng)投人方式或柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急自啟動(dòng)方式等仍不能滿足要求時(shí)。

(2)一般穩(wěn)壓穩(wěn)頻設(shè)備不能滿足要求時(shí)。

(3)需要保證順序斷電**停機(jī)時(shí)。

(4)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制時(shí)。

(5)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)。

計(jì)算機(jī)設(shè)備對電源要求質(zhì)量較高，不僅要求采用不間斷供電系統(tǒng)，而且要求電源電壓波動(dòng)在一定范圍以內(nèi)才能正常工作。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要求電源電壓的波動(dòng)在±5%以內(nèi)。

2.UPS的特性

UPS是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨(dú)立電源，是一種蓄電池靜止型不間斷供電裝置。它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組組成。平時(shí)，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗π铍姵馗〕潆?，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負(fù)載，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當(dāng)市電因故停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對重要負(fù)荷供電。

UPS的不間斷特性體現(xiàn)在其"同步切換"工作程序上，當(dāng)市電與逆變器進(jìn)行切換時(shí)，其控制系統(tǒng)會適時(shí)地檢測市電的同步范圍，在市電不超限時(shí)，逆變器實(shí)現(xiàn)"先通后斷"的供電，從而保證了供電系統(tǒng)的"無間斷切換"。

市場上的UPS產(chǎn)品，其容量規(guī)格大致有0.25、0.4、0.6、1、2、3、4、5、10、15、20、40、60、80、100、120、160、200、300、400、500、600、800、1000kV A等，并巳形成系列化產(chǎn)品。一般都經(jīng)IS0g00l國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、UL**標(biāo)準(zhǔn)及CE抗電磁干擾認(rèn)證和標(biāo)記。多數(shù)采用了PWM脈寬調(diào)頻技術(shù)、PIGBT高效功率器件、微處理器主/從控制技術(shù)等，可雙機(jī)或多機(jī)并聯(lián)。具備電池測試維護(hù)、微機(jī)監(jiān)控元人值守、可遠(yuǎn)程通信等功能;在機(jī)器構(gòu)成上，元器件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、互換性好;有寬電壓輸入、高效率輸出、過載能力強(qiáng)等優(yōu)良性能。
3.UPS的供電方式

UPS電源的工作方式根據(jù)用電設(shè)備對供電可靠性和連續(xù)性的要求可分為單一式、并聯(lián)式、冗余式和并聯(lián)冗余式等方式;根據(jù)用電設(shè)備對供電可靠性和管理方便的要求也可分為分散式、集中式、分散與集中相結(jié)合三種方式。分散式UPS供電采用的設(shè)備容量都比較小，支持時(shí)間較短，適合用于一些辦公區(qū)和控制室;集中式UPS供電適合一些要求支持時(shí)間較長和較大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等。應(yīng)當(dāng)根據(jù)甲方需求來確定采用哪種UPS的供電方式和容量。集中設(shè)置的UPS電源容量的統(tǒng)計(jì)需由設(shè)計(jì)方與業(yè)主密切配合，并考慮所選UPS產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率。尤其是功率較大時(shí)，UPS轉(zhuǎn)換效率非常重要，效率高就可節(jié)省初期投資和長期能源損耗的費(fèi)用。

一般情況下，機(jī)房供電采用市電十UPS后備電池相結(jié)合的方式較多。正常情況下，市電通過UPS穩(wěn)頻穩(wěn)壓后給計(jì)算機(jī)設(shè)備供電，保證計(jì)算機(jī)設(shè)備的電能質(zhì)量;當(dāng)市電停電時(shí)，后備電池通過UPS逆變后給計(jì)算機(jī)設(shè)備供電，保證計(jì)算機(jī)設(shè)備的電源。市電與UPS后備電池間通過靜電轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，確保計(jì)算機(jī)設(shè)備無瞬間斷電。

UPS供電為集中方式時(shí)，還應(yīng)充分考慮UPS機(jī)房的設(shè)備布置、饋線的鋪設(shè)、主機(jī)柜的散熱和整個(gè)機(jī)房的降噪措施等;對于分散式UPS供電，分散在各處的UPS容量都很小，上述問題可不予考慮。但是，UPS電源都應(yīng)引自雙電源末端互投配電柜(箱)的出線回路，不能從普通插座接引。

設(shè)計(jì)UPS供電方案時(shí)，針對分散在各處的重要控制室，在保證雙電源末端自投的**供電模式下，采用分散式小型UPS電源作為后備供電也很實(shí)用。

4.盡量避免過電流充電

過電流充電易造成電池內(nèi)部的正負(fù)極板彎曲，使極板表面的活性物質(zhì)脫落，造成電池可供使用容量下降，情況嚴(yán)重時(shí)會造成電池內(nèi)部極板短路而損壞。

5.盡量避免蓄電池過電壓充電

過電壓充電往往會造成蓄電池電解液所含的水被電解分離成氫氣和氧氣而逸出，從而使電池使用壽命縮短。
6.更換活性下降、內(nèi)阻過大的電池

(1)隨著UPS電源使用時(shí)間的延長，總有部分電池的充放電特性會逐漸變壞，端電壓明顯下降，這種電池的性能不可能再依靠UPS電源內(nèi)部的充電電路來解決，繼續(xù)使用會存在隱患，應(yīng)及時(shí)更換。

(2)由于蓄電池內(nèi)阻增大，當(dāng)用正常的充電電壓對電池進(jìn)行充電已不能使蓄電池恢復(fù)其充電特性時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。電池的內(nèi)阻一般在10--30mn，如果電池的內(nèi)阻超過200m巴則將不足以維持UPS的正常運(yùn)行，對內(nèi)阻偏大的電池必須更換。

7.避免新舊蓄電池混用或新舊電池混合充電

由于新電池的內(nèi)阻都比較小，而舊電池的內(nèi)阻都有不同程度的增大，當(dāng)新舊電池混合在一起充電時(shí)，由于舊電池的內(nèi)阻大，分壓會相對偏大，極容易造成過電壓充電現(xiàn)象;而對于新電池，內(nèi)阻較小，充電電壓小但電流偏大，又容易造成過電流現(xiàn)象，所以在充放電過程中應(yīng)避免新舊電池混充。

8.蓄電池的使用環(huán)境

電池的使用壽命與環(huán)境溫度密切相關(guān)，電池處于較低溫度時(shí)，蓄電池中的鋅板容易粉化，失去蓄電性能，造成長久性損壞;溫度過高時(shí)，電池的容量也會下降，情況嚴(yán)重時(shí)會造成長久性損壞。根據(jù)電池生產(chǎn)廠家的技術(shù)規(guī)范，電池的*佳使用溫度是2~25℃，在該溫度范圍使用，可延長電池的使用壽命。

總之，做好UPS蓄電池的維護(hù)工作，可以減少UPS的故障，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過對電池的維護(hù)可以提高電池的使用壽命。

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