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通信交換局(站)中、大型UPS的選型

作者: 時(shí)間:2013-03-05 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  隨著通信行業(yè)的飛速發(fā)展,各種相應(yīng)先進(jìn)的通信設(shè)備及附屬配套設(shè)備不斷的產(chǎn)生,而對(duì)于供電電網(wǎng)的質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格,不僅要求正常的供電系統(tǒng)輸出,還要保證良好的不帶任何干擾的正弦波。

  現(xiàn)使用的電網(wǎng)并不是純正的交流電源,除了電網(wǎng)偶爾性的停電與各種意外的發(fā)生外,由于市電電網(wǎng)中接有各種各樣的負(fù)載,對(duì)電網(wǎng)造成了干擾和污染,惡化了供電網(wǎng)質(zhì),影響了負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行,使負(fù)載設(shè)備可能產(chǎn)生不可預(yù)料的不盡相同的各種問(wèn)題。UPS不間斷電源的產(chǎn)生及它可以解決電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過(guò)欠壓、電壓波動(dòng)及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對(duì)前端設(shè)備造成危害的功能上看,顯示了其在應(yīng)用領(lǐng)域的重要性。

  對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)UPS的種類繁多、工作模式的多樣性,應(yīng)如何選擇及配置理想的UPS提出了要求。在這里淺談一下通信行業(yè)(站)中、大型UPS選型的細(xì)節(jié)。選用UPS時(shí),首先要確定其將選擇的類型,然后在根據(jù)具體的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)來(lái)確定其產(chǎn)品。

  1、正確選擇UPS的類型

  當(dāng)前的UPS可分為以下幾種:在線式、在線互動(dòng)式、后備式、Delta變換型。

  在線互動(dòng)式的單機(jī)輸出功率為0.7~ 20kVA,后備式單機(jī)輸出功率為0.25~2kVA,且兩種類型在市電供電正常時(shí),逆變器均不投入工作,而是向用戶提供經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的一般市電電源,供電質(zhì)量差,輸出功率小,只適用于要求不高的場(chǎng)合。此選型中不考慮。

  1.1Delta變換型UPS

  也稱為雙逆變電壓補(bǔ)償在線式,其單機(jī)輸出功率為10~480kVA,它的原理是將交流穩(wěn)壓控制技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中,利用補(bǔ)償變壓器對(duì)不穩(wěn)定的市電電壓進(jìn)行電壓調(diào)整。

市電電源供電正常

  
圖1 市電電源供電正常

市電電源供電不正常

  
圖2 市電電源供電不正常

 ?。?)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%,市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz),如圖1所示,主供電通道上的STS1在導(dǎo)通狀態(tài),STS2在斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)市電電壓等于UPS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí),市電電源經(jīng)補(bǔ)償變壓器(無(wú)需補(bǔ)償)直接送到負(fù)載上,此時(shí)的電源未經(jīng)過(guò)任何處理。當(dāng)市電電壓高于或低于UPS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí),補(bǔ)償變壓器在Delta變換器的調(diào)控下對(duì)市電電壓進(jìn)行降壓或升壓調(diào)節(jié)后送到負(fù)載上。

  (2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過(guò)380V±15%,市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz),如圖2所示,STS1與STS2在斷開(kāi)狀態(tài),蓄電池組放電,主變換器以逆變器的方式向負(fù)載提供純凈的正弦波逆變電源。

 ?。?)當(dāng)輸出短路、輸出過(guò)載、溫升過(guò)高、主變換器或Delta變換器發(fā)出故障時(shí),STS1關(guān)斷,STS2導(dǎo)通,市電電源經(jīng)過(guò)交流旁路通道給負(fù)載供電。

  由此可以看出Delta變換型UPS在正常工作時(shí)市電電網(wǎng)的干擾非常容易地直接串入到用戶負(fù)載端,對(duì)于市電電壓過(guò)欠壓、電壓突變、頻率漂移、諧波干擾等市電電網(wǎng)的污染沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的改善。

  1.2在線式UPS

  單機(jī)輸出功率為0.7~1500 kVA。采用以微處理器、數(shù)字信號(hào)處理的調(diào)控技術(shù)使逆變器連續(xù)不斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的純凈正弦波電源。

在線式UPS框圖

  
圖3 在線式UPS框圖

 ?。?)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%,市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz),如圖3所示,供電質(zhì)量較差的普通市電電源經(jīng)過(guò)濾波整流器變成直流穩(wěn)壓電源,然后再經(jīng)過(guò)逆變器重新將直流電源變成純正的高質(zhì)量正弦波電源,由于采用了雙變換型在線設(shè)計(jì)方案,可將市電電源中的干擾幾乎都屏蔽掉,保證了向負(fù)載提供毫無(wú)干擾的純潔正弦波電源。

  (2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過(guò)380V±15%,市電頻率波動(dòng)范圍超過(guò)50±3Hz)、市電電源故障或市電供電中斷,蓄電池組繼續(xù)向逆變器提供直流電源,保證了逆變器不間斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波交流電源。

 ?。?)當(dāng)輸出短路、輸出過(guò)載、逆變器故障、整流器或逆變器中散熱片溫度過(guò)高時(shí),如圖3所示,市電電源將由交流旁路通道給負(fù)載提供普通市電電源。

  由此可以看到無(wú)論是市電供電正常時(shí),還是市電中斷由電池逆變供電期間,逆變器始終處于工作狀態(tài),這就從根本上消除了來(lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響,真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。

  綜上所述,針對(duì)于通信局(站)中要求較高的通信設(shè)備、敏感先進(jìn)儀器設(shè)備、非線性負(fù)載建議使用在線式UPS。

2、UPS供電方式的選擇

  針對(duì)于通信局(站)所帶負(fù)載的重要性,要求UPS供電系統(tǒng)無(wú)故障率。由于中型UPS電源的平均無(wú)故障工作時(shí)間為5~16萬(wàn)小時(shí),大型UPS電源的平均無(wú)故障工作時(shí)間為24~40萬(wàn)小時(shí),為確保UPS供電系統(tǒng)向負(fù)載提供萬(wàn)無(wú)一失的高質(zhì)量的不間斷逆變電源,建議用多機(jī)UPS冗余供電配置方案。分為熱備份供電方式、直接并機(jī)冗余供電方式、雙總線冗余供電方式。

 ?。?)熱備份供電方式(圖4):我們一般是選用兩臺(tái)具有相同容量的UPS,將UPS-2電源的逆變器輸出端連接到UPS-1的交流旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的輸入端上,從UPS-1的輸出端給負(fù)載供電。當(dāng)市電正常時(shí),由UPS-1的逆變器電源輸送給負(fù)載,UPS-2處于空載運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)UPS-1中的逆變器出現(xiàn)故障時(shí),負(fù)載才由UPS-2的逆變器電源輸送。

  此種冗余供電方式的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)UPS單機(jī)的鎖相同步跟蹤控制技術(shù)要求不高(僅在兩臺(tái)UPS進(jìn)行切換瞬間有所要求),熱備份冗余供電系統(tǒng)構(gòu)成容易、簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)為長(zhǎng)期空載運(yùn)行的其中一臺(tái)UPS的配套蓄電池壽命縮短;由于一臺(tái)帶全載,另一臺(tái)空載,造成平均無(wú)故障時(shí)間下降;并要求單機(jī)具有帶“階躍性負(fù)載”的能力來(lái)保障主機(jī)出故障后能將全部負(fù)載立即加到空載運(yùn)行的從機(jī)上。由于從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài),一旦出現(xiàn)切換過(guò)程,負(fù)載量將由0突變至全部負(fù)載,內(nèi)部電路及元器件由于大電流的沖擊,易造成損壞,使UPS的不安全運(yùn)行穩(wěn)定性增高。

 ?。?)直接并機(jī)冗余供電方式(圖5):即N+1型冗余并機(jī)系統(tǒng)。要求N臺(tái)UPS的逆變電源必須具

有同相位、同頻率、同輸出電壓幅值。技術(shù)要求高,但多臺(tái)UPS共同均衡的給負(fù)載供電,如一臺(tái)發(fā)生故障,會(huì)自動(dòng)將有故障的UPS自動(dòng)脫機(jī),負(fù)載由其它的UPS共同均衡供電,提高了此種并機(jī)方式的性能,使平均無(wú)故障時(shí)間得到了提高,設(shè)備的運(yùn)行更加的穩(wěn)定??煽啃宰罡叩木蜑?+1型直接并機(jī)供電系統(tǒng)。

 ?。?)雙總線冗余供電方式(圖6):是在N+1式直接并機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行更加安全供電的方式,是由兩套UPS供電系統(tǒng)組成,在一套供電系統(tǒng)全部壞掉時(shí),負(fù)載由另一套供電系統(tǒng)來(lái)保障,大大加強(qiáng)了供電的安全性。但所需經(jīng)濟(jì)條件較高。

  對(duì)于以上3種冗余供電方式,由于熱備份方式安全性能不太高,雙總線方式雖然安全穩(wěn)定性最好,但經(jīng)濟(jì)因素較高,建議一般采用N+1型冗余供電方式,首選1+1型直接并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)。

兩臺(tái)UPS組成的熱備份冗余供電系統(tǒng)

  
圖4 兩臺(tái)UPS組成的熱備份冗余供電系統(tǒng)

1+1型直接并機(jī)冗佘供電系統(tǒng)

  
圖5 1+1型直接并機(jī)冗佘供電系統(tǒng)

雙總線冗余供電系統(tǒng)

  
圖6 雙總線冗余供電系統(tǒng)

  3、UPS系統(tǒng)容量的選擇

  UPS既不宜長(zhǎng)期處于滿載運(yùn)行,也不宜長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行。前者易造成UPS電源的逆變器和整流器損壞,后者易造成UPS的蓄電池?fù)p壞。因此UPS單機(jī)按帶載量60%~80%來(lái)配置,并機(jī)按每臺(tái)帶載35%~40%來(lái)配置為佳。另外還要考慮負(fù)載系統(tǒng)的擴(kuò)容問(wèn)題,其預(yù)增加帶載量為20%左右。

  例如UPS的實(shí)際負(fù)載量為60kVA,則UPS的最小選擇容量為:

  60kVA/60%=100kVA;

  考慮負(fù)載擴(kuò)容,則


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