工業(yè)用UPS的設(shè)計與選型要點

陳志彬

（科華數(shù)據(jù)股份有限公司 福建省廈門市 361006）

不間斷電源（簡稱 UPS）屬于工業(yè)交流電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的優(yōu)質(zhì)性和可靠性。UPS系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及計算機的廣泛應(yīng)用，而有了更加廣泛的應(yīng)用范圍，目前在金融行業(yè)以及航天航空等行業(yè)，都應(yīng)用到了UPS，該種電源系統(tǒng)的市場需求量也在不斷的增加。

1 UPS 供電系統(tǒng)作用

部分供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，需要把UPS設(shè)備作為相應(yīng)的核心，其主要的功能是改善負載供電的質(zhì)量，保證供電不間斷。通信設(shè)備自身的性能以及技術(shù)標準，在很大程度上與交流輸入不間斷性有一定的關(guān)系，除此之外，與整個系統(tǒng)的設(shè)計方案也有一定的聯(lián)系。供電設(shè)備如果應(yīng)用UPS電源系統(tǒng)，那么能夠保證供電的穩(wěn)定性，在具體使用過程中不會出現(xiàn)瞬變的情況，除此之外還能夠保護用電設(shè)備。UPS能夠在斷電的情況下發(fā)揮相應(yīng)的作用，為負載供電，電源負載，在電力不穩(wěn)定的情況下，可能會受到相應(yīng)的沖擊危害，而UPS系統(tǒng)能夠很好的改善供電的質(zhì)量。供電系統(tǒng)的短路故障以及過載故障等都能夠通過UPS來進行防護，確保負載的工作環(huán)境良好。

2 UPS供電系統(tǒng)設(shè)計

UPS技術(shù)隨著電子電力行業(yè)的快速發(fā)展，而涌現(xiàn)出了很多的新品，UPS供電系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于本身的可靠性以及供電方案的科學(xué)性。在對UPS供電系統(tǒng)進行設(shè)計時，要考慮到以下內(nèi)容。

2.1 UPS負載特性與容量的確定

首先要考慮到UPS負載的特性，在此基礎(chǔ)上對負載裝置的影響狀況進行分析，然后選擇科學(xué)合理的UPS供電系統(tǒng)。除此之外也要對負載的功率有所了解，這樣才能夠確定UPS的容量。

2.1.1 UPS負載特性

UPS在很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，有著比較多的負載類型，能夠按照負載的特性進行分類，包含非線性復(fù)雜以及沖擊性負載等。以下針對常見的負載特性進行了介紹：

（1）整流性負載。該種負載是以計算機為代表的。整流性負載在啟動過程中具有比較大的非正弦沖擊電流，與此同時還會存在高次諧波，UPS的輸出電壓會受到該種特性的影響。在選擇整流性負載的UPS時，要考慮到以下內(nèi)容，首先，在UPS的規(guī)定范圍內(nèi)啟動瞬時沖擊電流。其次，需要對UPS允許的峰值因素進行考慮，正弦波的視在功率是UPS的額定功率，在單向狀態(tài)下，正弦波峰值要比整流性負載的電流峰值要小。在對UPS輸出功率進行選擇時，要按照負載的恒定視在功率，如果功率值超出規(guī)定的范圍，那么在選擇UPS時，要考慮到更大的容量。

（2）要考慮到電感性以及電容性負載等，在判斷產(chǎn)品所提供的負載最大功率時，要參照UPS電源的額定輸出功率，廠家在標識輸出功率時，所給出的視在功率值是因數(shù)為-0.8的條件下。 UPS的實際允許輸出功率會在功率因數(shù)為負載條件下，存在一定的差異性。如果是純阻性負載，UPS的實際允許輸出功率為額定的80%，如果是電容性負載，允許輸出功率會有所增加。如果是感性負載，那么不具有較強的驅(qū)動能力。如果感性負載為正0.8，那么僅為額定輸出功率的50%左右。

（3）沖擊性負載包含了電動機以及變壓器等。變壓器在掛接負載的過程中會流經(jīng)相應(yīng)的額定電流，電流在電機啟動過程中是非常大的，遠遠大于額定電流。電信發(fā)射機的瞬時功率遠大于額定值，但是平均功率比較小。UPS不具有較強的過電流承受能力，所以要采取科學(xué)合理的措施，對沖擊電流的大小進行減少，并且要考慮到UPS的容量。如果插入了啟動電阻，那么在選擇UPS時，要具備相應(yīng)的旁路功能，啟動之后確保逆變回路供電。

2.1.2 UPS容量確定

用戶在選擇UPS容量時，要考慮到是否能夠根據(jù)負載所需功率大小進行選擇，這與整個系統(tǒng)的供電質(zhì)量以及故障率有很大的聯(lián)系。如果容量比較小，那么系統(tǒng)在工作過程中往往會出現(xiàn)故障，如果容量比較大，那么會加大相應(yīng)的投資成本。功率因數(shù)為0.8時，其視在功率能夠表示UPS的輸出功率。可以通過負載設(shè)備的功率和來對所需的功率進行估算，除此之外還要考慮到設(shè)備的增額容量。

2.2 UPS規(guī)格的選擇

UPS的規(guī)格能夠按照輸入電壓和輸出電壓進行分類，一共有三種狀態(tài)，包含了三進三出以及三進單出等。在歸納過程中，如果按照逆變器的工作狀態(tài)，那么可以分為后備式和在線式，后備式UPS又可以分為普通式和三端口。在選擇UPS的類型時，要根據(jù)實際情況考慮到負載的要求以及經(jīng)濟狀況。在負載裝置中，如果同時存在多種負載，那么也要科學(xué)合理的進行分析，然后選擇UPS裝置。

2.3 UPS電源系統(tǒng)的選擇

在對UPS電源系統(tǒng)進行選擇和設(shè)計時，要考慮到下列內(nèi)容。

2.3.1 采用集中式供電還是分布式供電

用戶在對UPS供電方案進行選擇和確定時，要考慮到集中式供電以及分布式供電，在此過程中，用戶要根據(jù)實際情況，來對UPS的供電形勢進行判斷。首先要考慮到現(xiàn)場的負載分布，集中式供電可以應(yīng)用到負載比較集中的場合中，與此同時，電力線布線比較方便的場合也可以使用集中式供電。分布式供電會用到負載分散的場合，與此同時，布線困難的場合也可以應(yīng)用該種供電方式。另外，需要對負載間的關(guān)聯(lián)狀況進行相應(yīng)的分析，冗余并聯(lián)供電可以應(yīng)用到系統(tǒng)本身采用冗余方式的工作系統(tǒng)中。在各負載間相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)中，可以使用集中式供電，這樣能夠避免整個系統(tǒng)受到一個負載的影響。

2.3.2 采用雙路供電還是單路供電

要想保證系統(tǒng)具有一定的可靠性，可以應(yīng)用雙路供電，在該種供電場合下，可以使用旁路功能的UPS。如果具備雙路電網(wǎng)自動切換裝置，那么能夠保證系統(tǒng)的可靠性得到提高。

2.3.3 系統(tǒng)可靠性與多機并聯(lián)形式

多機并聯(lián)的方式，一般情況下會被應(yīng)用到重要場合的供電中。在應(yīng)急時可以采用熱備份串并聯(lián)或者是直接并機的方法，如果需要使用并聯(lián)方法，那么要考慮到整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及可靠性，按照實際負載的大小情況，選擇科學(xué)合理的并聯(lián)方法。如果選擇的是直接并機方法，那么并聯(lián)臺數(shù)的增加會對系統(tǒng)的可靠性有一定的影響。

2.4 UPS供電系統(tǒng)的外圍設(shè)備設(shè)計

UPS系統(tǒng)的外圍設(shè)備的設(shè)計，在整個UPS的設(shè)計過程中，起到了非常重要的作用。

2.4.1 自備發(fā)電設(shè)備

在判斷是否需要自備發(fā)電設(shè)備時，要考慮到負載要求的停電補償時間。按照下列公式進行計算：發(fā)電機容量=UPS容量×（2.5～3）。

2.4.2 輸入，輸出配電柜

輸入斷路器盤和變壓器盤，一般情況下會被應(yīng)用到特殊高電壓的輸入中。輸入分配電盤會被應(yīng)用到輸入電源分配給各電源裝置的過程中。輸出分配電盤會被應(yīng)用到UPS輸出分支為很多個系統(tǒng)時。輸出切換盤會被應(yīng)用到旁路電源的切換。旁路盤會被應(yīng)用到維修切換過程中。輸出母線盤會被應(yīng)用到UPS并聯(lián)過程中。

2.4.3 遠程操作監(jiān)視裝置

UPS的運行和停止能夠通過遠程操作監(jiān)視裝置進行操作，在此過程中也能夠?qū)PS運行過程中的關(guān)鍵信息進行顯示。

3 UPS設(shè)置環(huán)境設(shè)計

3.1 設(shè)置場所

在對UPS進行設(shè)置時，一般情況下會選擇標準的室內(nèi)環(huán)境，室內(nèi)環(huán)境會出現(xiàn)吸濕的情況而降低裝置的穩(wěn)定性。在對UPS進行設(shè)置時，盡量的選擇不易燃燒的房間，并且要與負載的距離比較近。在設(shè)置蓄電池時，要有專用的房間。如果蓄電池是密封的，那么可以設(shè)置在UPS裝置房間中。在選擇設(shè)計的環(huán)境和場所時，要考慮到空間問題以及維護問題等。

3.2 接地系統(tǒng)

UPS輸出裝置以及旁路供電電路，一般情況下是非接地的，如果供電電路是接地系統(tǒng)，那么在選擇變壓器時要使用隔離變壓器。如果UPS裝置為接地系統(tǒng)那么旁路同樣要接地系統(tǒng)。UPS裝置與旁路供電電路一般情況下是相同的，可以是接地系統(tǒng)，也可以是非接地系統(tǒng)。

3.3 配線設(shè)計

輸入電源系統(tǒng)一般情況下會產(chǎn)生浪涌電壓等噪聲，而UPS裝置能夠?qū)@種噪聲吸收，但是UPS的輸入和輸出線是接觸的，如果有其他的線靠近，那么裝置輸出線上會有噪聲混入，最終會影響到整個系統(tǒng)，所以UPS裝置輸出線要與其它線保持距離。工程在具體建設(shè)過程中，如果需要使用平行配線，那么會采用屏蔽電纜的方法。在進行電磁屏蔽時可以使用金屬管，這樣能夠保證屏蔽的效果。除此之外，還要保護UPS裝置不會有噪聲入侵，屏蔽電纜一般情況下是要用到UPS裝置的信號線與動力線分離的狀態(tài)下，除此之外也要保證其他裝置不會受到UPS裝置的影響。如果UPS裝置的線路有其他裝置的信號線靠近，那么其他裝置的信號線就會受到UPS的開關(guān)噪聲影響。

4 工業(yè)UPS改進設(shè)計應(yīng)用

4.1 工業(yè)場站UPS現(xiàn)有情況

針對當(dāng)前兩臺互為冗余的意大利公司所生產(chǎn)的UPS進行技術(shù)分析后發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備的供電線路采用單回路的接線方式進行連接，但其設(shè)備中仍然保留有雙電源接線。其中所涉及到的變頻控制系統(tǒng)以及潤滑油泵通過獨立的UPS進行電力供給。設(shè)備中包含的UPS以及exe系統(tǒng)也安裝有單獨的小型UPS保證其電力輸送。針對這種供電方式的UPS涉及數(shù)量較多，質(zhì)量水平不平均，因為線路較為復(fù)雜，所以一旦出現(xiàn)問題，不僅維修困難大，而且可能會因為一處故障引發(fā)其他設(shè)備故障。

4.2 改進設(shè)計策略

改進型的UPS設(shè)備已經(jīng)支持了模塊化的設(shè)計以及熱插拔功能，大大提高了改進型UPS的運行穩(wěn)定程度，并且因為模塊化的設(shè)計使其維護保養(yǎng)的難度大大降低，且能夠在模塊化的基礎(chǔ)上進行設(shè)備擴充。在對其進行技術(shù)分析后可以發(fā)現(xiàn)單臺UPS采用大于2種模塊完成了UPS整合工作，如果容量不足可以通過增加模塊來進行擴容。如果其中的某一臺模塊出現(xiàn)問題，會快速的通過模塊更換來保障系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)UPS具備了這種可靠的組合方式后，便可以通過合理的方式來完成通過UPS進行供電的設(shè)想。這種設(shè)想能夠有效的降低設(shè)備使用的數(shù)量，使得后期維護的難度大大降低，有效的提升了供電設(shè)備的安全性以及穩(wěn)定性。模塊化和熱插拔能夠使得在不超過最大功率的前提下采用單臺模塊化UPS進行電源供給，這不僅能夠有效的提升擴展容量，而且無需再增添多臺UPS設(shè)備，通過UPS與設(shè)備之間的雙回路供電方式，通過不同的配電箱給設(shè)備提供電源，這個有效的提升設(shè)備運行過程中的可靠程度。針對采用單回路供電的電源設(shè)備，可以采用兩臺電源設(shè)備來保證電源供給的可靠性。

5 UPS 供電系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，UPS系統(tǒng)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，并且市場需求也在不斷的擴大，其設(shè)計理念以及配置方法也在隨著市場需求的變化而改變。通信企業(yè)一般情況下會使用UPS產(chǎn)品，該行業(yè)在設(shè)備和技術(shù)方面都有著比較快的更新速度，所以在對UPS系統(tǒng)進行方案設(shè)計時，要滿足相應(yīng)的變化需求。除此之外，其他行業(yè)在使用UPS系統(tǒng)時，也要考慮到未來的發(fā)展情況。目前UPS產(chǎn)品在發(fā)展過程中逐漸趨于智能化和小型化，結(jié)構(gòu)的可用性也得到了人們的重視，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會更加的標準和統(tǒng)一，確保UPS在未來應(yīng)用過程中更加的實用和可靠。

6 結(jié)束語

該文章對UPS進行了全面的闡述，并且針對相應(yīng)的設(shè)計方案進行了分析，希望能夠給行業(yè)的發(fā)展帶來幫助。