通信機(jī)房高效節(jié)能UPS供電系統(tǒng)對(duì)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(lái)越大，同時(shí)，對(duì)供電的穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高，這就需要使用UPS電源來(lái)解決穩(wěn)定電源的問(wèn)題。一個(gè)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(lái)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(jì)方式是塔式的設(shè)計(jì)，分為高頻機(jī)和工頻機(jī)，工頻機(jī)的設(shè)計(jì)原理為傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，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(guò)濾波、全波整流、變壓器的降壓效果將來(lái)自電網(wǎng)的交流電變成直流電，供逆變電路使用。這個(gè)過(guò)程叫作AC-DC變換，其優(yōu)點(diǎn)是電網(wǎng)可以通過(guò)其軟啟動(dòng)的電路來(lái)抵擋開(kāi)機(jī)時(shí)帶來(lái)的沖擊。通過(guò)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(dòng)態(tài)范圍內(nèi)非常小，響應(yīng)速度非?？?。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)極大改善逆變器的穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)特性?？刂乞?qū)動(dòng)對(duì)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(cè)、同步、保護(hù)及顯示驅(qū)動(dòng)的信號(hào)與多種開(kāi)關(guān)的控制，還能夠通過(guò)靜動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程是零時(shí)間轉(zhuǎn)化的，保證設(shè)備真正地做到不間斷地運(yùn)行。

2影響UPS供電系統(tǒng)效率的因素

2.1UPS的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)

平均無(wú)故障工作時(shí)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(kāi)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(gè)過(guò)程的需要的平均工作的時(shí)間。UPS的MTBF數(shù)值越大，說(shuō)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(jì)方案有關(guān)系，就算采用相同元器件，制備工藝和設(shè)計(jì)方式不同也會(huì)形成UPS的失效率（V0）的不同。而MTBF=1/V0,這個(gè)公式就是用來(lái)表示平均無(wú)故障工作時(shí)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(yùn)行的時(shí)候，其中正常工作的時(shí)間和總的工作時(shí)間兩者的比值。這個(gè)數(shù)值和平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）和平均修復(fù)的時(shí)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(jì)，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(guò)分別代表平均無(wú)故障工作時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間，MTPF則是表示網(wǎng)絡(luò)平均癱瘓時(shí)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(fèi)的時(shí)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(xiàn)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(duì)來(lái)說(shuō)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(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇在線(xiàn)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?yàn)楦行载?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(duì)來(lái)說(shuō)，采購(gòu)成本比價(jià)高，一般的通訊設(shè)備都是采購(gòu)的高頻UPS電源，相對(duì)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(wú)故障工作時(shí)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(wú)故障工作時(shí)間，因?yàn)樵谙嗤腢PS正常工作時(shí)間的條件下，如果提高了平均無(wú)故障工作時(shí)間，就會(huì)提高UPS供電的效率。要想提高平均無(wú)故障工作時(shí)間，我們得找好解決故障的方案。UPS電源常見(jiàn)的故障有：（1）市電有電時(shí)，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(kāi)跳閘、輸入交流線(xiàn)接觸不良、市電輸入電壓過(guò)高、過(guò)低或頻率異常、UPS輸入空開(kāi)或開(kāi)關(guān)損壞或保險(xiǎn)絲熔斷、UPS內(nèi)部市電檢測(cè)電路故障。其對(duì)應(yīng)的解決方案是檢查輸入空開(kāi)、檢查輸入線(xiàn)路、如市電異常可不處理或啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電、更換損壞的空開(kāi)、開(kāi)關(guān)或保險(xiǎn)絲、檢查UPS市電檢測(cè)回路。（2）市電正常時(shí)，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(guò)載，UPS旁路輸出、負(fù)載未接到UPS輸出、長(zhǎng)延時(shí)機(jī)型的電池組未連接或接觸不良、UPS逆變器未啟動(dòng)，負(fù)載由市電旁路供電、逆變器損壞，UPS旁路輸出。其對(duì)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(duì)、接好、啟動(dòng)逆變器對(duì)負(fù)載供電（打開(kāi)面板控制開(kāi)關(guān)）、檢查逆變器。（3）UPS無(wú)法啟動(dòng)。這種情況的原因有電池長(zhǎng)期放置不用，電壓低、輸入交流、直流電源線(xiàn)未連接好、UPS內(nèi)部開(kāi)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(duì)應(yīng)解決方案有將電池充足電、檢查輸入交流、直流線(xiàn)是否接觸良好、檢查UPS開(kāi)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(guò)這些解決方案將故障率降到最低，自然會(huì)提高平均無(wú)故障時(shí)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(jì)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(wú)故障工作時(shí)間和UPS單機(jī)的平均無(wú)故障時(shí)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(huì)出現(xiàn)輸出停電的故障。我們可以通過(guò)以下常用技術(shù)措施做到這一點(diǎn)，一是在市電供電電源和雙總線(xiàn)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(jí)跳閘設(shè)計(jì)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(shí)要選擇正確的防雷擊與抗浪涌的抑制器。使UPS停機(jī)時(shí)的維修時(shí)間減少，降低MTTR值，UPS出現(xiàn)故障后，用最短時(shí)間恢復(fù)其正常的工作。為了加強(qiáng)UPS供電系統(tǒng)容錯(cuò)性，可以使用N+1和N+X兩種冗余并機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(yáng)光直射并且保持清潔。延長(zhǎng)UPS電源使用壽命提高運(yùn)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(shí)，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(guò)輕有可能造成電池的深度放電，會(huì)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(zhǎng)期不停市電，每隔三個(gè)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(zhǎng)電池的使用壽命。正常時(shí)，電池每隔3～6個(gè)月帶載充、放電一次，放電后標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的連續(xù)充電時(shí)間應(yīng)不少于10小時(shí)。UPS長(zhǎng)期閑置不用，應(yīng)每隔3～6個(gè)月充電一次。UPS放電后應(yīng)及時(shí)充電，避免電池因過(guò)度自放電而損壞。（4）對(duì)于多數(shù)小型UPS，上班再開(kāi)UPS電源，開(kāi)機(jī)時(shí)，要避免帶載啟動(dòng)，下班時(shí)應(yīng)關(guān)閉UPS；對(duì)于通訊機(jī)房的UPS電源，由于多數(shù)網(wǎng)絡(luò)是24小時(shí)工作的，所以UPS也必須全天候運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，如今信息化的程度越來(lái)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(shí)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(gè)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(duì)