選用和配置UPS時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

2019-11-03 09:54:32

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選用和配置UPS時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題（張廣明）摘要　隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，UPS市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)成熟階段。如何去選擇和配置UPS經(jīng)成為用戶最關(guān)心的問(wèn)題。本文主要介紹了UPS的功能和物理性能指標(biāo)，指出了用戶選用UPS應(yīng)注意的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞　UPS　指標(biāo)　選擇隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，不停電供電系統(tǒng)——UPS已逐漸成為供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。縱觀我國(guó)UPS市場(chǎng)，特點(diǎn)之一是增長(zhǎng)速率高，特點(diǎn)之二是UPS廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈，包括國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口近百種品牌。但對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，絕大部分單位和部門是首次使用，對(duì)UPS技術(shù)和使用維護(hù)方面還顯得生疏，因此在選用時(shí)就不免存在一些問(wèn)題，本文將就如何評(píng)價(jià)一臺(tái)UPS的優(yōu)劣，以及如何根據(jù)使用要求合理配置等方面談幾點(diǎn)看法。1UPS性能指標(biāo)的分類和使用的一般要求使用者首先應(yīng)對(duì)UPS的功能和各項(xiàng)指標(biāo)有一個(gè)全面清晰的了解，這是正確地選擇UPS的必要條件。 UPS的功能可概括為： ·當(dāng)市電掉電時(shí)，不間斷地向負(fù)載繼續(xù)供電； ·要具有電網(wǎng)的輸出能力，并全面地改善供電質(zhì)量； ·當(dāng)供電系統(tǒng)（包括Upe）有故障時(shí)，能給負(fù)載（特別是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）以全面的保護(hù)。根據(jù)其功能的要求，UPS性能指標(biāo)可分為以下四個(gè)方面：（1）對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力這指的是UPS必須能在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件下正常運(yùn)行，并且不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。這方面的性能指標(biāo)包括： ·允許電網(wǎng)電壓變化的范圍； ·UPS輸入功率因數(shù)； ·UPS輸入電流的諧波成份； ·允許電網(wǎng)電壓頻率變化的范圍； ·允許電網(wǎng)的不平衡度（三相）和波形失真度。上面的第一、、四五項(xiàng)是要求Upe能適應(yīng)電網(wǎng)環(huán)境，第二、第三項(xiàng)則要求UPS不干擾和破壞電網(wǎng)。（2）滿足負(fù)載要求的UPS常規(guī)輸出指標(biāo) 這指的是要UPS滿足負(fù)載要求，并改善供電質(zhì)量的一般性輸出指標(biāo)。這方面的指標(biāo)包括： ·輸出電壓穩(wěn)定精度； ·輸出電壓波形失真度； ·輸出電壓不平衡度； ·輸出電壓頻率穩(wěn)定度； ·市電掉電時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間； ·市電掉電后的繼續(xù)供電維持時(shí)間； ·抗干擾配置和抗干擾功能。（3）UPS的輸出能力和可靠性對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，要求UPS有真實(shí)的電網(wǎng)輸出能力和可靠性，否則，它就會(huì)影響負(fù)載的運(yùn)行，甚至構(gòu)成新的故障源。輸出能力指標(biāo)既是負(fù)載的要求，又是可靠性的量化指標(biāo)。具體包括： ·運(yùn)行效率； ·輸出電流峰值系數(shù)（周期性峰值負(fù)載）； ·輸出電流浪涌系數(shù)（非周期性峰值負(fù)載）； ·輸出過(guò)載能力； ·輸出功率因數(shù)； ·冷啟動(dòng)能力。（4）智能管理和通信功能 UPS的智能化不僅是提高UPS本身功能的技術(shù)措施，也是使用維護(hù)的需要。一臺(tái)智能化高的UPS，要有高度自動(dòng)化的自檢功能，自動(dòng)顯示、報(bào)警、狀態(tài)記憶功能，以及通信功能。 UPS不僅應(yīng)能向由它直接供電的硬件設(shè)備提供保護(hù)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，還應(yīng)該向這些設(shè)備所運(yùn)行的軟件以及數(shù)據(jù)傳輸途徑提供安全可靠的保護(hù)，這就意味著，UPS應(yīng)配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件、SNMP調(diào)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）管理器，使其有遠(yuǎn)程管理能力，用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)通信操作。2評(píng)價(jià)UPS性能優(yōu)劣時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題用以上指標(biāo)評(píng)價(jià)一臺(tái)UPS的優(yōu)劣性，要有輕重之分，要根據(jù)電網(wǎng)條件、用電環(huán)境、用電設(shè)備的特殊要求及使用和維護(hù)水平等因素，確定所需的UPS。有以下幾個(gè)問(wèn)題是值得注意的。　（1）不要過(guò)份追求對(duì)UPS常規(guī)性能指標(biāo)的要求。諸如轉(zhuǎn)換時(shí)間。電壓和頻率穩(wěn)定精度。波形失真度等，對(duì)負(fù)載而言，對(duì)這些指標(biāo)的要求并不苛刻，事實(shí)上當(dāng)前上市的各品牌UPS的這些指標(biāo)都可以滿足負(fù)載的要求。至于抗干擾能力，這是必須具備而又難以檢測(cè)的一項(xiàng)指標(biāo)，使用者要考查UPS（包括在線式）電路結(jié)構(gòu)中是否有高頻濾波環(huán)節(jié)和配置。（2）不應(yīng)忽視對(duì)UPS輸入功率因數(shù)和諧波電流大小的要求。輸入功率因數(shù)低和輸入電流諧波成份大意味著干擾電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)形成電力公害，影響在同一電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行，加大電網(wǎng)以及供電系統(tǒng)中其它設(shè)備和部件的功率容量。特別是大功率UPS，一般都是雙逆變?cè)诰€式結(jié)構(gòu)，由于輸人端有整流電路，其輸入功率因數(shù)只有0.8，而諧波電流高達(dá)25％－30％，也就是說(shuō)無(wú)功功率在電網(wǎng)與UPS之間流動(dòng)，這對(duì)電網(wǎng)的影響是相當(dāng)嚴(yán)重的，如果由柴油發(fā)電機(jī)帶動(dòng)這樣的UPS，就需要發(fā)電機(jī)的功率容量是UPS功率容量的2.5－3倍。（3）應(yīng)該重視對(duì)UPS輸出能力和可靠性的考察。UPS的平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）僅僅是一個(gè)估算可靠性的參數(shù)，影響此數(shù)值的因素很多，是一個(gè)事先無(wú)法檢測(cè)的參數(shù)，而上面提到的UPS輸出能力的各項(xiàng)性能指標(biāo)，都是可以量化的可靠性指標(biāo)，在同等運(yùn)行條件下，效率高。輸出電流峰值系數(shù)和浪涌系數(shù)大、過(guò)載能力強(qiáng)的UPS，其可靠性必然高，這是毋容置疑的道理。事實(shí)上，同真實(shí)的電網(wǎng)能力比較，以上這些指標(biāo)實(shí)際上是UPS對(duì)負(fù)載的限制，限制就意味著UPS本身能力的不足。具體的說(shuō)，效率低意味著UPS本身?yè)p耗大、發(fā)熱量大，這會(huì)加快主要功率半導(dǎo)體器件的老化，降低使用壽命。輸出電流浪涌系數(shù)低迫使UPS在負(fù)載啟動(dòng)的瞬間轉(zhuǎn)旁供電，待啟動(dòng)過(guò)程完成后，再轉(zhuǎn)回逆變器供電，這個(gè)過(guò)程是存在轉(zhuǎn)換時(shí)間的，同時(shí)增加了故障的機(jī)率。輸出電流峰值系數(shù)只有3：1是不夠的，為了滿足特殊負(fù)載的要求，此系數(shù)應(yīng)提高到5：1。至于輸出功率因數(shù)為0.7（容性），這就意味著當(dāng)負(fù)載為純阻或者感性時(shí)，UPS的輸出能力就大幅度地降低。3可靠性是UPS的最關(guān)鍵的指標(biāo) 不管使用者還是UPS的設(shè)計(jì)者和廠商，實(shí)際上都把可靠性看做UPS最重要的性能指標(biāo)。近幾年來(lái)，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)者對(duì)UPS技術(shù)的諸項(xiàng)改進(jìn)措施中絕大部分是針對(duì)提高輸出能力指標(biāo)和可靠性的。這些措施和新技術(shù)對(duì)提高可靠性是很有成效的，應(yīng)引起使用者在選用UPS時(shí)特別的關(guān)注。（1）器件選用選用性能更強(qiáng)容量更大的功率器件，提高控制和驅(qū)動(dòng)電路的集成化程度，例如大功率高性能的半導(dǎo)體器件IGBT，高集成度和控制功能更強(qiáng)的專用組件，微處理器控制技術(shù)，數(shù)字化調(diào)節(jié)技術(shù)（代替電位器之類的器件），減少電路環(huán)節(jié)之間的轉(zhuǎn)插件等。（2）模塊化設(shè)計(jì) 把電路中與一種功能有關(guān)的各電路環(huán)節(jié)集中在一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)里，可以很方便地插技更換，或者以冗余方式熱插技，這對(duì)提高各環(huán)節(jié)的可靠性和提高整機(jī)的利用率（大幅度降低維修時(shí)間MTTR）是絕對(duì)有效的，周兀公司的Matrix和Symmetra UPS就是這種設(shè)計(jì)思路的典型實(shí)例。（3）冗余配置采用并聯(lián)技術(shù)，并使并聯(lián)輸出的總?cè)萘看笥谪?fù)載容量，使得當(dāng)一臺(tái)或幾臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)，其它UPS可以繼續(xù)向負(fù)載供電，且其輸出容量仍然滿足負(fù)載的要求。這是一種提高系統(tǒng)可靠性的絕對(duì)有效的措施，一級(jí)冗余就可把平均無(wú)故障時(shí)間MTBF提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)，有的品牌（例如TMV）還在關(guān)鍵器件和部件上采用冗余設(shè)計(jì)，其可靠性將得到進(jìn)一步的提高。UPS并聯(lián)運(yùn)行是一項(xiàng)難度較高的技術(shù)，它要求并聯(lián)各臺(tái)的輸出電壓同壓。同頻、同相、均流，當(dāng)前很多品牌的UPS在這方面都達(dá)到較高的水平，只用一塊并機(jī)板就可以把多臺(tái)UPS簡(jiǎn)單地并聯(lián)起來(lái)。（4）在線式UPS的后備運(yùn)行 UPS最根本的功能是在市電掉電時(shí)繼續(xù)維持對(duì)負(fù)載供電，后備式和在線互動(dòng)式UPS是當(dāng)市電存在時(shí)UPS逆變器不工作或者輕載工作，因此它們的輸出能力和可靠性極高。而在線式UPS的逆變器始終承擔(dān)100％的負(fù)載功率強(qiáng)度，這對(duì)逆變器可靠運(yùn)行是不利的。IMV和CHLORIDE都曾提出了在線式UPS的后備運(yùn)行設(shè)想和技術(shù)，即在電網(wǎng)電壓條件好的地方，UPS本身又在其輸入輸出部分配置了功能很強(qiáng)的抗干擾電路環(huán)節(jié)的情況下，在輸入電壓處在某一范圍內(nèi)時(shí)（可設(shè)置），通過(guò)智能開(kāi)關(guān)把UPS設(shè)置在后備運(yùn)行方式，逆變器空載運(yùn)行，這樣一來(lái)，在線式UPS的輸入功率因數(shù)，輸入電流諧波、效率，輸出能力等各項(xiàng)指標(biāo)存在問(wèn)題都迎刃而解了。在電網(wǎng)條件好，而對(duì)UPS可靠性要求極高的場(chǎng)合，這種措施未嘗不是一種現(xiàn)實(shí)可行的設(shè)計(jì)思想。（5）新的電路結(jié)構(gòu) UPS技術(shù)以日新月異的速度發(fā)展著，新的電路結(jié)構(gòu)往往會(huì)帶來(lái)意想不到的效果，美國(guó)APC Silcon UPS把交流穩(wěn)壓器的電壓補(bǔ)償技術(shù)成功地用到了雙逆變?cè)诰€式UPS中，他們用高頻開(kāi)關(guān)調(diào)制技術(shù)取代了一般交流穩(wěn)壓器中的電壓補(bǔ)償器件，在兩個(gè)逆變器聯(lián)合作用下，既保留了雙逆變?cè)诰€式UPS的全部功能和高輸出電壓質(zhì)量，又完成了電壓補(bǔ)償調(diào)節(jié)功能，使得雙逆變?cè)诰€式ffe的很多關(guān)鍵指標(biāo)得到改善，輸入功率團(tuán)數(shù)為0.99，輸入電流諧波降低至3％，效率高達(dá)97％，輸出電流峰值系數(shù)。浪涌系數(shù)和輸出功率因數(shù)都不再對(duì)負(fù)載提出限制，使UPS的輸出能力向真實(shí)的電網(wǎng)能力靠近了一步。4結(jié)論用戶選用UPS時(shí)，應(yīng)明確自己的供電要求和特點(diǎn)，對(duì)各品牌的UPS要全面分析和考察，要注意以下幾點(diǎn)：（1）切忌脫離實(shí)際需求而刻意追求高指標(biāo)；（2）切忌簡(jiǎn)單地以UPS電路結(jié)構(gòu)評(píng)定UPS優(yōu)劣；（3）切忌以某一單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定UPS的優(yōu)劣，或者作為決定是否選用的依據(jù)；（4）要對(duì)UPS廠商的供貨能力和維修能力做必要的考察；（5）要對(duì)UPS廠商的實(shí)力，UPS生產(chǎn)歷史、技術(shù)和工藝水平等做必要的考察。摘自《電信科學(xué)》

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