关于大容量UPS 电源应用的探讨

樊 峰

（樊氏科技发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引 言

大容量UPS电源又可称为大容量不间断电源，可以实现不间断供电，促使机房内设备不间断运行。近几年，大容量UPS电源逐步克服了大型集中网络供电瓶颈，构建了现代化和智能化的自动供电体系，提高了供电稳定性。现代化和智能化自动供电体系可以在交流停电的情况下，充分利用蓄电池优势，启动备用交流电设备或者在短时间内恢复交流电，保证相关设备稳定运行。可见，对大容量UPS电源的具体应用进行探究非常必要。

1 大容量UPS电源应用原理

大容量UPS电源（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）又可称为不间断电源，主要是将铅酸免维护型蓄电池与主机相连接，利用主机逆变器模块电路，将直流电转换成设备所需电源的系统设备。大容量UPS电源多用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备（如电磁阀、压力变送器等）提供稳定、不间断的电力供应。在设备所需电源输入正常时，大容量UPS电源可以将设备所需电源稳压后供应给负载运行。在整个过程中，大容量UPS电源主要作为交流式电稳压器使用。同时，大容量UPS电源可向机内电池充电；而在设备所需电源因事故中断时，可第一时间利用逆变器，将电池的直流电能转化为交流电向负载继续供应220 V交流电，以保证负载维持正常工作，同时保护负载软、硬件的完整性[1]。

2 大容量UPS电源应用优势

2.1 提高系统可靠性及安全性

在大容量UPS电源系统中，大容量UPS电源可以依据中国电网环境、网络监控、网络系统以及医疗系统等对电源的可靠性要求，从根本上解决中型或大型计算机网络系统集中供电导致的供电电网环境恶化问题。利用基于全新的数字技术的第三代工频纯在线式智能型大容量UPS直流电源，不仅可以维持电路中稳恒电流，而且可以提高系统可靠性及安全性。同时，大容量UPS电源可以在计算机系统停电后，保障计算机系统继续工作一段时间，以便用户能够紧急存盘，避免电力中断对用户工作造成不利影响。

2.2 提高系统冗余利用率

大容量UPS电源内每一设备具有独立供电能力，且每台大容量UPS电源带载率均与理论值相符或高于理论值，整体设备资源利用率较高。在后期运行过程中，相关人员可以通过对大容量UPS电源进行扩容，进一步提高系统的冗余利用率。

2.3 降低系统维护难度

在日常巡检外观的基础上，相关人员可以通过定期更换电池、滤波电容以及风机等易损件，保证大容量UPS电源稳定运行。由于大容量UPS电源具有的特殊优势，它在维护阶段危险度低，易扩容，维修难度小。大容量UPS电源内关键设备以模块化存在，替换难度低。维修人员可以直接使用高级工具测试电池性能，实时掌握设备运行状态和关键数据，设备事故预防能力较高[2]。

3 大容量UPS电源在某机房中的应用方案设计

3.1 某机房项目概述

某机房内装设有单机容量为300 MW的混流式发电机组。该机房现场设备自动化程度较高，计算机监控系统负责整体机房运行监视及操作。计算机监控系统供电电源主要为系统UPS电源供电网络和现场控制单元供电网络。其中，系统UPS供电网络负载主要包括GPS对时系统、环形以太网各系统交换机、现场控制级各机组功率变送器交流电源及电站控制机全部设备；现场控制单元供电网络则由机器旁路直流电源配电屏220 V直流电源和机器旁路交流电源配电屏220 V交流电源组成。通过交流、直流输入电源与现场控制单元柜内电源模块连接，可输出24 V直流电源，为计算机监控系统内负载提供电源，以达到现场控制单元不间断供电的目的。

3.2 大容量UPS电源型号及容量选择

依据控制便捷、稳定性好、安全可靠的UPS电源选择原则，可采用德国SADT（AEG PSS）Protect7.00 20 kVA工业型UPS双机并联冗余系统。在确定大容量UPS电源型号后，依据容量额定视在功率，相关人员可以设定容量较高的大容量UPS电源。一般机房运行负载为额定功率的1/4～4/5，以保证后期扩容工作顺利进行[3]。同时，为适应现代化机房无人值班或少人值班的要求，可对上述UPS电源系统进行优化改造，即在UPS电源输入端采用三路供电的方式，选择不同的母线及电源。其中，一号UPS电源主电源为220 V交流电源，来自400 V交流电源厂用电5D配电盘供电；二号UPS电源主电源为220 V交流电源，来自400 V交流电源厂用电6D配电盘供电。整体系统采用CAS BUS总线控制的模式，可以利用相应的通信接口板及电源板，对UPS整流器、逆变器以及静态旁路进行冗余处理。

3.3 大容量UPS电源线路连接方式选择

大容量UPS电源的多机并联可以有效提升整机供电容量和运行可靠性，是现阶段大容量UPS电源向超大容量UPS电源转化的主要指导。为进一步提高大容量UPS电源运行稳定性及安全可靠性，工程主要利用新型全控高频开关器件构成大容量UPS电源模块，随后经多模块并联的方式，对大容量UPS电源进行扩容。在大容量UPS电源基本连接方式确定后，相关人员可选择互动热备份式连接方式、主从热备份式连接方式以及冗余并联式方式等几种类型。其中，互动热备份式连接方式主要是单机带载+单元互助的形式；主从热备份式主要为主机带负载，备份大容量UPS电源空负荷运行模式，此时备份大容量UPS电源输出需经主机旁路输入；冗余并联式接线方式主要是通过自动均分负载，促使系统稳定运行。

虽然大容量UPS电源自身安全可靠性较高，但是部分场合对大容量UPS电源可靠性要求接近100%。因此，在选择大容量UPS电源接线方式时，相关人员需要结合自身工作经验，选择安全可靠性最高且成本较低的接线方式。上述方式中，互动热备份式接线方式包括人工分配负载和单元自动分配负载两种模式。其中，人工分配负载模式具有较强的瞬时过载能力，且可同时进行老化作业，没有备份机电池长期浮充环流老化风险。但是，由于它在运行期间必须由人工分配负载，人工作业不确定性较大，且技术人员工作负担较大。而单元互动热备份式主要是通过单元互助的形式促使两台大容量UPS电源系统轮流运行，整体系统运行阶段没有瓶颈故障，但是在自动分配负载阶段具有较大的环流风险，且瞬时过载能力较差[4]。

主从热备份式接线方式具有安装简单、不需增加辅助电路的优势，且可以开展分期扩容、N+1热备份作业，但瞬时过载能力较差，且每一UPS模块老化时间差异较大、电池寿命较低，不利于长期稳定运行。

冗余并联式具有较为突出的瞬时过载能力，且可自动分配负载。但是，由于冗余并联式增加了辅助电路，整体运行成本较高，且存在环流风险。

根据上述大容量UPS电源连线方式特点，相关人员可以集成上述连线方式优势，选择最简单的串联热备份模式，即利用单一大容量UPS电源装置，将备用一组一号UPS电源输出与工作的二号UPS旁路输入相连。常规运行中，主要供电的二号UPS电源旁路输出与旁路电源即一号UPS电源同步。在机房故障发生后，无需瞬时切断转换，可以直接由一号UPS电源向敷负载提供不间断稳定电流。而在大容量UPS电源检修阶段，可以通过切换一号UPS电源开关和二号UPS电源开关，通过断开维修旁路开关，顺利完成大容量UPS电源检修作业。通过上述开关遥控，也可以进行大容量UPS电源零部件更换及维修。同时，由于上述接线模式始终为一台大容量UPS电源对负载供电，整体控制模式较简单便捷、安全可靠且运行成本较低。

4 大容量UPS电源应用及维护

4.1 大容量UPS电源主机维护

在大容量UPS电源应用阶段，相关人员应定期对大容量UPS电源主机进行维护，即定期对大容量UPS电源主机进行清洁除尘，避免尘土大量堆积在大容量UPS电源主机表面影响系统稳定运行。若需要大容量UPS电源单独供电，则相关人员应首先关闭负载，随后启动大容量UPS电源进行电源供应。最后重新启动负载，以避免瞬时电流过大导致大容量UPS电源系统内逆变器损坏。同时，相关人员应严格依据大容量UPS电源系统维护流程，避免修改大容量UPS电源主机参数，避免大容量UPS电源在大量负载下长时间运行，以保证大容量UPS电源主机处于正常运行状态。

4.2 大容量UPS电源组维护

大容量UPS电源组是大容量UPS电源系统维护的关键模块，相关人员可从环境、电压等方面开展全方位维护管理作业。

首先，在大容量UPS电源组运行期间，相关人员应定期清洁大容量UPS电源组两端部件，并对大容量UPS电源组各模块进行检查、记录，以便及时发现大容量UPS电源组运行风险，及时采取防护措施。同时，考虑到大容量UPS电源组电压位于一个较高的数值，相关人员可在操作阶段预先进行绝缘防护操作和防触电保护作业。

其次，一般环境温度与大容量UPS电源组浮充电压呈负相关。因此，在大容量UPS电源组运行期间，相关人员应加强对环境温度控制的重视，将大容量UPS电源组运行环境温度控制在一定范围内，保证大容量UPS电源组的使用寿命。

最后，在大容量UPS电源组运行期间，深度放电会导致大容量UPS电源组内阻增大而无法顺利充电。大电流放电会导致蓄电池电池极板变形和耐用程度下降。因此，在大容量UPS电源组运行维护期间，相关人员可在每次放电结束后，利用大容量UPS电源组充电回路进行浮充作业，避免放电期间大容量UPS电源组两级间出现放电短路情况。同时，对于长时间闲置的大容量UPS电源，重新启动前，技术人员需要将其放置在不经常停电区域内进行浮充处理。一般浮充时间为10～12 h。注意需要间隔充电，即每间隔一段时间中断一次电流供应，保证大容量UPS电源组的运行年限。

5 结 论

综上所述，大容量UPS电源具有构造简单、供电可靠性高以及能量损失小的优良特点。因此，在机房建设过程中，相关人员应结合现阶段机房设备运行要求，选择恰当的大容量UPS电源型号及容量，随后从大容量UPS电源运行维护入手，对机房内大容量UPS电源进行定期维护管理，充分发挥大容量UPS电源的优势，最大限度地提高机房运行效益。