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："一級(jí)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(wú)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(duì)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)需要保證順序斷電安全停機(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(duì)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?duì)蓄電池浮充電，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(duì)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(huì)適時(shí)地檢測(cè)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(wú)間斷切換"。

市場(chǎng)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(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、UL安全標(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(cè)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(guò)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)靜電轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，確保計(jì)算機(jī)設(shè)備無(wú)瞬間斷電。[!--empirenews.page--]

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(duì)于分散式UPS供電，分散在各處的UPS容量都很小，上述問(wèn)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(duì)分散在各處的重要控制室，在保證雙電源末端自投的一級(jí)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(guò)電流充電

過(guò)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(huì)造成電池內(nèi)部極板短路而損壞。

5.盡量避免蓄電池過(guò)電壓充電

過(guò)電壓充電往往會(huì)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(guò)大的電池

(1)隨著UPS電源使用時(shí)間的延長(zhǎng)，總有部分電池的充放電特性會(huì)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(lái)解決，繼續(xù)使用會(huì)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(duì)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(guò)200m巴則將不足以維持UPS的正常運(yùn)行，對(duì)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(huì)相對(duì)偏大，極容易造成過(guò)電壓充電現(xiàn)象;而對(duì)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(guò)電流現(xiàn)象，所以在充放電過(guò)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，造成永久性損壞;溫度過(guò)高時(shí)，電池的容量也會(huì)下降，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成永久性損壞。根據(jù)電池生產(chǎn)廠家的技術(shù)規(guī)范，電池的最佳使用溫度是2~25℃，在該溫度范圍使用，可延長(zhǎng)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(guò)對(duì)電池的維護(hù)可以提高電池的使用壽命。