浅谈基于数据应用的不间断电源系统

2018-11-14□□

建材技术与应用 2018年4期

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(山西职业技术学院，山西太原 030006)

引言

伴随着网络发展的全球化和广泛化，多种形式的网络系统将连接在一起，这势必引起网络的复杂化。不间断电源(简称UPS)系统作为所有设备运作的供电基础，不仅需要其运行稳定可靠，还要求能在各种网络平台上实现对UPS系统的实时监测及监控。同时，随着Internet和电子商务的高速发展，用户对网络可用性的要求会越来越高，使UPS系统从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护，使得UPS系统与Internet技术紧密结合在一起。虽然传统技术如电话拨号、SNMP、Telnet等已实现了对UPS系统的远程和集中监控，但这些技术通常要求特定的配置和操作技能。随着Internet技术的普及，使用浏览器监控UPS将成为UPS监控技术发展的主流，具有集中分析和集中数据处理功能的智能化不间断电源系统已成为未来智能化发展的必然趋势。

1 不间断电源系统工作原理

不间断电源系统由整流器、滤波器、逆变器、交流静态开关和蓄电池组等组成。其工作原理为：在市电正常时，市电经整流器变为直流电对蓄电池组进行充电，同时经逆变器输出高质量的交流净化电源供重要负载使用，使其不受市电电压、频率、谐波等的干扰；当市电电网出现异常或因故停电时，系统自动切换到蓄电池组，此时蓄电池放电经逆变器对重要负荷供电。其工作原理如图1所示。

2 不间断电源设备的类型

数据中心、医院、制造工厂的大部分电力均通过UPS传输。UPS可调节输入电源，并在电源受干扰或停电时，为关键性的工作负载提供备用电源。因此，UPS设备和能源存储的选择至关重要。目前，有三种普遍类型的UPS设备可供选择，包括带电池的静态双转换UPS设备、带集成飞轮的静态并联在线式UPS设备、带柴油发电机的旋转式UPS设备。每种UPS设备都以其独特的方式运行，并依赖于其不同类型的能量存储模式。

图1 不间断电源系统工作原理

2.1 静态双转换UPS设备

静态双转换UPS设备是依靠电力电子设备和某种形式的能量存储器(例如铅酸电池)来调节输入功率，并保护关键负载。双转换UPS将无条件输入功率转换两次，首先从交流电(AC)转换为直流电(DC)，然后再转换回(AC)，以便为负载提供干净的输出电压。

2.2 并联在线式UPS设备

并联在线式UPS设备集成了飞轮，以便用于储能。并联在线UPS设备通过电感器和逆变器连续采样和校正输入电压，为工作负载输出干净的正弦波电流。如果发生电源干扰或停机中断事故，UPS设备将断开输入，并利用其内置飞轮作为储能装置，直到公共供电输入重新建立或转移到发电机。经验证，飞轮UPS可以防止由IEEE机构所定义的九种电源干扰，并以高达98%的效率运行。

2.3 旋转式UPS设备

旋转式UPS设备是利用旋转部件(如电动发电机)来调节功率，并保护关键负载。最常见的机型是发动机耦合旋转式UPS设备，其电机通过短周期飞轮机械耦合到发电机组，不需要使用其他能量存储选项(如电池组)。与飞轮UPS类似，它不需要更换电池，但由于旋转式UPS必须旋转电动机，因而会浪费更多功率且效率低，约为93%～96%，因此其碳排放量比静态UPS更高。

3 基于数据应用的不间断电源系统的应用

基于数据应用的不间断电源系统由UPS电源、UPS电源远程数据传输及监测监控系统组成。系统以计算机为平台，通过软硬件系统，采用计算机大数据的智能化管理模式，实现对数据的收集、传输、整理、分析及保存，使其具有显示预警、运行记录、故障报警等功能。通过对采集的数据进行分析处理和保存，不仅可实现对UPS电源系统的智能化管理，还可用来监视和控制UPS，并在设备出现故障、异常等情况时及时通知相关维护人员，每个人均可以通过UPS集中监控软件实时查看每台UPS系统的运行数据。

3.1 基于集中监控的UPS系统

基于集中监控的UPS系统由UPS电源系统及服务器、智能协议转换器、远程数据回传及监测监控系统软件组成。集中监控数据传输系统结构如图2所示。智能协议转换器与UPS的通讯接口相连，每台智能协议转换器通过TCP/IP网络与服务器中的USP集中监控软件建立通信。UPS集中数据处理及监控软件通过智能协议转换器采集每台UPS的监控数据，并对采集上来的数据进行分析处理与保存。UPS电源提供RS232/RS485/SNMP通讯接口，UPS集中数据处理及监控系统通过使用厂家提供的通讯协议，实时地监视UPS电源整流器、逆变器、电池、旁路、负载等各器件的运行状态与参数。UPS监控系统可全面诊断UPS电源运行状况，实时监视UPS电源的各项参数。

图2 集中监控数据传输系统结构

一旦发生电源报警，将自动切换到电源监控子系统的运行画面，越限参数变色显示报警，并发出报警语音，系统在进行报警记录的同时，有相应的故障处理提示。使用者还可根据需要，对重要报警事件设置电话语音拨号、手机短信等对外报警功能。对于重要的参数，可绘制曲线记录，系统可查询一年内相应参数的运行曲线，并可查询具体时间段的参数值、当天(以天为单位)参数的最大值及最小值，方便管理员全面了解电源的运行状况，及时地发现并解决电源运行中出现的各种问题。

最基本的UPS监控系统类型采用无电压接触的形式，也称为干接点。包括通过UPS本身或通过插入式附件卡提供的一组终端。来自这些终端的信号通常与数据中心的建筑管理系统(BMS)或远程状态面板相连，并使UPS的警报和状态可以与位于同一地点的其他设备进行通信。

无电压通信详细地提供了直接的“真/假”响应，如UPS是否由于电源故障、电池电量已达到阈值或发生UPS故障，而需要使用电池工作。

3.2 基于网络监控的UPS系统

数据中心基于网络的解决方案，构成本地网络的一部分UPS系统可配备简单的网络管理协议(SNMP)功能，这是一种独立于供应商和平台的协议，可以从中央位置对设备进行远程监测和控制。实际上，这使得其装配了网络适配器，进而使其可以实现“通信”(传输数据)以及“接收”(接收外部命令和指令)。

基于SNMP的网络与用户友好的通讯软件(如Power Shield3平台)相结合，可将数据中心的UPS系统变成一台先进的机器，使网络管理员能够实时查看电池状态、工作负载水平和系统温度等重要信息或参数。

系统能够设置电子邮件或文本消息警报，以便在发生任何突发状况时发出警报，或是当电源不能在1 s后快速返回时，远程关闭数据中心服务器。

基于网络设置的UPS系统可记录电源干扰，预先标记低电池容量等状况，所有的事实和数据均可通过网络立即进行分析，无论是在数据中心现场站点还是远程位置，均能为UPS系统维护进行数据分析。网络环境可提高大型数据中心的运营效率，其通过收集来自同一网络上几十台UPS系统的数据信息，研究并用于优化工作负载的管理。基于网络的远程监控功能也能在不同地点的大型数据中心等设施中的庞大电力保护系统中实现；连接到同一网络的UPS设备通常分布范围可达数百英里甚至数千英里，有些甚至安置在无人值守的地点，这使得远程监控成为必然。

数据中心通过选择添加外部UPS远程监控服务，以便将平台作为整体维护计划的一部分。这一安全且基于云的设施在应用于企业数据中心系统性能监控方面，企业数据中心的内部管理运营人员不仅能够对警报和潜在的故障保持高度的警惕，而且维护团队的人员也能二十四小时不间断地监控和分析UPS设备的数据，降低了无响应报警的风险，并且还有效避免了潜在故障的进一步恶化，甚至可在关键阶段之前就能被主动地识别和修复。