通信机房高效节能UPS供电系统对策

通信机房高效节能 UPS 供电系统对策

王锴

摘要：随着互联网的快速发展，数据信息的处理量快速地增加，导致通信机房的负载越来越大，同时，对供电的稳定性要求也越来越高，这就需要使用UPS电源来解决稳定电源的问题。一个好的UPS供电系统可以提供高质量的电源给负载，还可以给通信机房正常工作和数据不受干扰，所以，打造合理安全并且高效节能UPS供电系统越来越有必要。

关键词：机房；高效节能；UPS；供电系统

1UPS基本结构和工作原理

大型机房中，UPS通讯电源系统一般的设计方式是塔式的设计，分为高频机和工频机，工频机的设计原理为传统的电路设计，组成器件包括逆变器、整流器、变压器及旁路，变压器与整流器的工作频率都是50Hz。高频机的组成器件包括变换器、逆变器、整流器及旁路。高频机的整流器的工作频率要比工频机高很多。UPS的工作原理为通过滤波、全波整流、变压器的降压效果将来自电网的交流电变成直流电，供逆变电路使用。这个过程叫作AC-DC变换，其优点是电网可以通过其软启动的电路来抵挡开机时带来的冲击。通过DC-AC逆变电路的高频限流的技术与快速短路的保护技术，使得不论是在负载冲击或者短路，还是在供电的电压瞬间变化的情况下，逆变器都可以非常安全且可靠地进行工作。该逆变电路使用的是IGBT的逆变电路，功率有很大的富余量，输出阻抗在输出的动态范围内非常小，响应速度非常快。通过控制驱动极大改善逆变器的稳定性与动态特性。控制驱动对整机功能的控制完成起着核心的作用，不仅能够提供检测、同步、保护及显示驱动的信号与多种开关的控制，还能够通过静动态的双重电压的反馈机制很好地控制SPWM正弦脉宽的调制。稳压、滤波和不间断供电是UPS电源的三大基本功能。当市电提供用电时，UPS起到稳压器与滤波器作用，使设备能够正常地工作。当市电突然中断时，UPS又能将直流电完美转化为交流电，保证负载的正常使用，并且这个转化过程是零时间转化的，保证设备真正地做到不间断地运行。

2影响UPS供电系统效率的因素

2.1UPS的平均无故障工作时间(MTBF)

平均无故障工作时间（MTBF）是UPS供电系统健壮性的关键指标，其定义为从设备开始启用到UPS供电系统发生故障，从而导致UPS的输出端的电压变为0，这个过程的需要的平均工作的时间。UPS的MTBF数值越大，说明UPS供电效率越高，而MTBF的数值大小不仅和UPS各种部件与元件失效率（V0）存在关系，还和UPS的制备工艺和设计方案有关系，就算采用相同元器件，制备工艺和设计方式不同也会形成UPS的失效率（V0）的不同。而MTBF=1/V0,这个公式就是用来表示平均无故障工作时间和失效率的关系的。

2.2UPS电源可利用率(V1)

UPS电源可利用率（V1），是指UPS在运行的时候，其中正常工作的时间和总的工作时间两者的比值。这个数值和平均无故障工作时间（MTBF）和平均修复的时间（MTTR）都有密切关系，它们之间的关系表达式为：V0=MTBF/(MTBF+MTTR)，其中MTTR的值是由UPS机柜的设计，可维护性的高低和维修水平的高低等因素决定的。

2.3UPS可利用率（V2）

UPS可利用率（V2），代表机房信息网络可利用率，其表达式为：V2=MTBF/(MTBF+MTPF+MTTR)，其中，MTBF和MTTR在上文中解释过分别代表平均无故障工作时间和平均修复时间，MTPF则是表示网络平均瘫痪时间，操作系统网络恢复正常后到能够正常工作这期间需要花费的时间决定了MTPF数值的大小。效率高的电源是可以一定程度地降低其本身的发热量与自身功耗的，使电能使用的效率提高很多，在线式UPS一般可以使其电源使用效率到达90%甚至以上，其他UPS相对来说电源使用效率就低很多，只有大概80%，所以在增加配置比较大容量的不间断的交流供电设备时，应该优先选择在线式UPS。

3打造高效节能UPS供电系统的具体措施

3.1提高平均无故障工作时间

UPS供电系统供电效率提高的非常重要的方法之一就是要提高平均无故障工作时间，因为在相同的UPS正常工作时间的条件下，如果提高了平均无故障工作时间，就会提高UPS供电的效率。要想提高平均无故障工作时间，我们得找好解决故障的方案。UPS电源常见的故障有：（1）市电有电时，UPS出现市电断电告警。这种情况出现的可能原因有市电输入空开跳闸、输入交流线接触不良、市电输入电压过高、过低或频率异常、UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断、UPS内部市电检测电路故障。其对应的解决方案是检查输入空开、检查输入线路、如市电异常可不处理或启动发电机供电、更换损坏的空开、开关或保险丝、检查UPS市电检测回路。（2）市电正常时，UPS输出正常，市电断电后，负载也跟着断电。这种情况出现的可能原因有由于市电经常低压，电池处于欠压状态、UPS充电器损坏，电池无法充电、电池老化、损坏、负载过载，UPS旁路输出、负载未接到UPS输出、长延时机型的电池组未连接或接触不良、UPS逆变器未启动，负载由市电旁路供电、逆变器损坏，UPS旁路输出。其对应解决方案是在UPS输入端加稳压器、检查充电器、更换电池、减少负载、将负载接到UPS的输出、检查电池组是否接对、接好、启动逆变器对负载供电（打开面板控制开关）、检查逆变器。（3）UPS无法启动。这种情况的原因有电池长期放置不用，电压低、输入交流、直流电源线未连接好、UPS内部开机电路故障、UPS内部电源电路故障或电源短路、UPS内部功率器件损坏。其对应解决方案有将电池充足电、检查输入交流、直流线是否接触良好、检查UPS开机电路、检查UPS电源电路、检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。通过这些解决方案将故障率降到最低，自然会提高平均无故障时间，从而提高UPS供电效率。

3.2提高可利用率

要将UPS的设计与制备的工艺方案进行改进以改善UPS可靠性，并且提高UPS的逆变器电源平均无故障工作时间和UPS单机的平均无故障时间。要将输入电源供电的可靠性提高，从而降低UPS输入端停电的概率，即使UPS发生故障转入到交流旁路的供电状态，也不会出现输出停电的故障。我们可以通过以下常用技术措施做到这一点，一是在市电供电电源和双总线冗余输入供电系统的选择上尽可能选择高质量的，并为了防止越级跳闸设计一套有选择性的跳闸功能的供电系统。二是选择配电系统时要选择正确的防雷击与抗浪涌的抑制器。使UPS停机时的维修时间减少，降低MTTR值，UPS出现故障后，用最短时间恢复其正常的工作。为了加强UPS供电系统容错性，可以使用N+1和N+X两种冗余并机的系统设计。以上几种措施都可以有效明显地提高UPS可利用率。

3.3提高电源可靠性

（1）UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热。电池使用环境要求温度在0～40℃，避免阳光直射并且保持清洁。延长UPS电源使用寿命提高运行的可靠性，推荐最佳工作环境温度为25℃左右，最佳湿度为50%。一般在室温条件下，正常使用时，密封免维护铅酸电池的浮充使用寿命为3～5年。（2）UPS电源的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。UPS带载过轻有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。（3）适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS电源带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。正常时，电池每隔3～6个月带载充、放电一次，放电后标准机的连续充电时间应不少于10小时。UPS长期闲置不用，应每隔3～6个月充电一次。UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。

4结语

总的来说，如今信息化的程度越来越高，在通信机房里打造高效节能的UPS供电系统是必然的选择，我们要做到的不仅仅是提高供电的时间，并且要尽可能将供电的效率和质量都提升上去，创建一个新一代环保节能高效的通信机房。

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