UPS电源及重要用户保障方案探讨

邵省平

（西安电信分公司设备维护中心，陕西 西安710004）

随着微型机算机应用的日益普及和信息处理技术的不断发展，在通信行业中的数据核心设备、计费系统、核心网、IDC核心服务器等设备对高品质的供电提出了越来越严格的要求。在微型计算机运行期间供电中断，将会导致随机存储器中数据的丢失和程序破坏，造成计费丢失，有时甚至会使磁盘盘面及磁头遭到损坏，造成难以弥补的损失。在目前广泛使用的微型机算机中，其内部供电系统都装有高速欠压保护电路，当电网欠压时，微机靠储存在滤波电容中的能量来维持工作，一般能维持半个周期（10 ms）左右。为了避免存储器中数据的丢失，这就要求一旦市电发生瞬时断电时，必须要有一种电源系统能在小于10 ms的时间间隔内重新送电（通信行业的核心设备要求瞬时断电时间小于4 ms），以保证微机系统的正常运行。微机除了要求供电系统具有连续可靠性之外，还要求市电的输出应保持良好的正弦波波形，而且不带干扰。交流市电电网波动较大，严重的干扰常常会造成计算机的计算错误和数据丢失，并导致数据通讯处理系统的损坏，给通信用户造成重大损失，因此，必须采用高供电质量的UPS电源。

1 UPS不间断电源

1.1 UPS组成

UPS是不间断电源（uninterruptible power system）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备，它由整流器（AC/DC）、逆变器（DC/AC）、蓄电池、静态开关组成的。

1.2 UPS的功能

在市电供电时，UPS系统输出无干扰的工频交流电；当市电掉电时，UPS系统由蓄电池供电，并输出纯净的交流电。随着计算机网络结构的扩展，现在网络中应用的UPS不再只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网络中电源的管理中心，UPS由最初单纯不间断供电已发展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，而且当负载设备无人值守时，当市电故障后，UPS可以按照事先的约定顺序关机，甚至还可以自动发传呼或E－mail给管理者。现代的UPS与服务器上的软件协同工作，还能实现事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分析、调节等多项功能，提供了完全的电源管理解决方案。现在有些UPS甚至可以对环境温度、湿度和烟雾等进行监视。

2 几种UPS工作原理

2.1 在线式UPS

在线式UPS电路结构如图1。当市电正常供电时，市电经UPS滤波吸收回路后，经整流回路对电池组充电，同时整流器的输出作为逆变器的输入，再经过变流器的转换提供净化过的交流电力给负载使用。若市电发生异常，则逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，达到完全不断电的目地。由此可知，在线式UPS系统的输出完全由变流器来供应，不论市电电力品质如何，其输出均是稳定且纯净的正弦波电源。

图1 在线式UPS电路结构

2.2 在线互动式UPS

在线互动式UPS电路结构如图2。这种不间断电源主要由市电、整流器、蓄电池、逆变器、三端口变压器组成。当市电正常时，它经一条交流旁路直接向负载供电；当市电电压在150～180 V或240～276 V范围内时，它经由变压器调压向用户提供经过简单处理的市电（这时用户实际使用的仍然是来自一般市电）；对于这种UPS来说只有当市电电压低于150 V或高于276 V时，它才向用户提供真正的“UPS逆变器高质量的正弦波电源”。

由此可见，这类UPS逆变器一直处于工作状态，但从逆变器的角度来说，它又是处于非在线状态。逆变器具有两用性，即互动性，所以称为在线互动式或者说是准在线式。

图2 在线互动式UPS电路结构

2.3 后备式UPS

后备式UPS电路结构如图3。对于这种UPS来说，当市电电压在170～270 V的范围内时，它经由变压器调压向用户提供经过简单处理的市电（这时用户实际使用的仍然是来自一般市电）；对于这种UPS来说只有当市电电压低于170 V或高于270 V时，它才向用户提供真正的“UPS逆变器高质量的正弦波电源”。

图3 后备式UPS电路结构

2.4 UPS电源逆变切换时间比较

旁路开关切换时间要短、备用时间要长、恢复时间要快。

在线式UPS，从市电供电到市电中断的过程中，UPS电源对负载供电的转换时间为零。

互动式UPS，从市电供电向逆变器供电进行转换时对负载而言，它约有4 ms左右的中断供电，但其中断时间小于微型机算计所允许的10 ms要求。

后备式UPS，从市电供电向逆变器供电进行转换时对负载而言，它约有4 ms～12 ms左右的中断供电。

结论：如果按技术性能的优劣来排序的话，其顺序应为：在线式UPS＞在线互动式UPS＞后备式UPS。

目前通信行业所用的均为在线式UPS。

3 在线式UPS并机运行方式

目前通信机房普遍采用的UPS运行方式，为两台（或两台以上）并列式UPS系统，旁路电源均由市电引入，两台并列式运行的UPS设备总输出负荷，不能超过一台UPS设备输出的额定容量。

这种两台并列式UPS系统运行方式的优点：当一台设备故障时，另一台设备承担给负载供电任务。

这种运行方式的缺点：

a.UPS利用率低、电费高、成本高。两台UPS额定容量，只能当一台使用，在提高UPS供电系统可靠性的同时，损失了UPS设备的利用率。

b.单电源设备重要用户得不到有效保护。当UPS故障转旁路供电时，旁路市电供电不可靠，当市电波动较大或闪断时，会影响负载的正常运行或中断，给用户造成重大损失。

c.机房有效面积利用率低，机房环境控制（温度、湿度）投资大，能耗大。同一个电源机房往往有多套并联运行的UPS系统，各系统负载容量都只能是安装容量的一半以下，投资成本高、利用率低，对机房有效使用面积占有率高，同时由于UPS散热量大，对机房环境控制投资也会相应加大。

那么，有什么方法能够在保证重要负载用电安全的前提下，提高各系统设备的利用率，减少投资、提高机房有效利用面积，降低能耗，这是个很值得探讨的问题。

4 重要用户UPS电源保障方案探讨

目前中国电信集团公司要求对UPS电源系统重要用户，保证供电方式应满足旁路和整流为两路不同路由电源保障。为了更好地保障重要用户UPS电源供电，保障用户不间断用电，提出以下探讨性保障方案，以供参考。

4.1 保障方案一

对小容量UPS电源系统重要用户保障方案。

小容量UPS电源系统大多数为重要用户、大的营业厅等供电，这些用户对供电指标要求较高，不能瞬时断电。其保障方案是：建一台大容量UPS，将大容量UPS输出电源，作为小容量UPS设备的旁路引入电源。当小容量UPS设备故障系统倒旁路供电时，旁路电源即为大容量UPS系统的输出，这样既保证了小容量UPS系统旁路电源的稳定、可靠、又延长了系统放电时间，且小容量UPS设备如果是并联系统，该小容量UPS系统可以考虑各单台UPS设备均在带额定容量负荷下供电，提高了该小容量UPS系统的利用率。

注意事项：

a.市电引入方式：对于小容量UPS系统交流引入和大容量UPS设备交流引入可以来自同一台变压器。为了更加可靠，小容量UPS系统交流引入和大容量UPS设备交流引入应来自不同的变压器。

b.在选择大容量UPS设备时，应考虑该大容量UPS设备的输出容量，应满足小容量UPS系统容量之和，连接方式如图4。

图4 对小容量UPS电源系统重要用户保障方案连接方式

4.2 保障方案二

对多套小容量UPS电源系统重要用户保障方案。

同方案一相同，建一台大容量UPS，将大容量UPS输出电源，作为各小容量UPS系统设备的旁路引入电源。当某小容量UPS设备故障，系统倒旁路供电时，旁路电源即为大容量UPS的输出，这样就保证了该小容量UPS系统负荷的用电安全。

在选择大容量UPS设备时，应考虑该大容量UPS设备的输出容量，只满足最大小容量UPS系统容量之和即可。该方案最大优势是：

a.提高了各小系统设备的利用率，降低了能耗损失。

b.大容量UPS系统交流引入和各小容量UPS设备交流引入分别来自不同的变压器，就更加保证了各小容量UPS系统旁路电源的稳定、可靠，又延长了系统放电时间。

c.减少了机房面积占有率。各小容量UPS系统均不需要考虑备份，避免了各小系统设备量的成倍增加，减少了机房面积占有率。

d.减少了投资成本。连接方式如图5。

4.3 保障方案三

对由UPS电源系统供电的IDC大负荷重要用户保障方案。

图5 对多套小容量UPS电源系统重要用户保障方案连接方式

对三台并机的大负荷UPS系统，给IDC设备做重要保障供电时，如果考虑另建一套同系统UPS系统，作为该系统的保障电源，投资很大，且机房占地面积较大，不切实际。但该系统同样重要，不能瞬时断电，为了保障大容量UPS系统负荷的安全可靠性，其保障方案是：用一台大容量的UPS设备输出，作为该系统设备的旁路电源。当UPS系统某台设备故障，系统倒旁路供电时，旁路电源即为保障UPS的输出电源，这样既保证了UPS系统旁路电源的稳定、可靠和用户的安全，又节省了投资。

注意事项：

a.市电引入方式：被保障UPS系统交流引入，与作为保障设备的大容量UPS设备交流引入，应来自不同的变压器。

b.在选择保障设备的大容量UPS设备时，应考虑该大容量UPS设备的输出容量，应满足被保障UPS系统两台UPS容量之和。

在三台并机的大UPS系统中，一台UPS设备作为系统中任意一台的备机，保障设备的大容量UPS作为该系统的保障电源，连接方式如图6。

图6 对由UPS电源系统供电的IDC大负荷重要用户保障方案连接方式

5 结束语

UPS电源在通信行业保障核心设备和重要用户方面使用的越来越多，重要性越来越强，其系统供电的安全性非常重要，直接影响着企业的信誉和利益。这就要求必须做好UPS供电系统的保障工作。所以在新建UPS系统和系统扩容时，必须考虑在确保重要用户用电安全的同时，尽量减少投资，更好的节约能耗和提高设备利用率，减少机房面积占有率，做好规划工作尤为重要。

［1］ 李成章，王淑芳.新型UPS不间断电源原理与维修技术［M］.北京：电子工业出版社，1999.