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摘要：隨著通信技術發展，對電源提出了越來越高的要求，本文介紹了通信電源的三級劃分方法以及不間斷電源（UPS）的重要性，通過分析各種類型UPS的性能特點，提出了在設計通信用UPS時的前級供電系統、UPS容量計算以及冗余配置的基本思路和方法。

關鍵詞：通信電源；UPS；雙變換式；可用性；冗余配置

1通信電源的三級劃分

電源系統可靠性是確保通信系統正常運行的首要條件，為了確保可靠的供電，由交流電源供電的通信設備需要采用交流不間斷電源（ups）。某些通信設備對交流電源的電壓和頻率指標要求很高，也需要由交流不間斷電源（UPS）供電。通信電源可以分為三級，第一級電源為交流基礎電源，保證能源供給，但不能保證不間斷。直流電源和交流不間斷電源（UPS）為第二級電源，主要保證不間斷供電。第三級電源為二次電源，主要提供通信設備內部各種不同交、直流電壓的要求。

綜上可知，在通信電源系統中引入UPS是為了以優良的供電質量向負載連續供電，從而提高供電系統的可靠性和質量。因此，UPS的性能優劣及其可靠性就顯得十分重要。

2通信用UPS電特性要求

通信行業標準對通信用UPS的電氣性能技術要求如表1所示：

在實際設計和配置UPS時，可根據負載特性、電網以及對UPS的具體要求，來確定選擇側重的電氣性能指標。

3典型UPS的組成及特點

UPS的較早形式由整流器、電池、直流電動機、柴（汽）油機、飛輪和發電機組成，飛輪為儲能裝置，稱為動態式UPS。其維護簡單，比較穩定，但系統龐大，操作不便，效率低，噪聲大，電力品質不高。

隨著技術的進步，動態式UPS逐漸被蓄電池做儲能裝置的UPS所取代，稱為靜態式UPS，因其具有一系列優點而成為主流，由整流器、充電器、蓄電池、逆變器整理、靜態開關和手動維修旁路開關組成，結構如圖1所示。

根據運行原理和結構不同，可以分為后備式UPS、互動式UPS、雙變換式UPS、Delta變換式UPS等四種類型。

3.1后備式UPS后備式UPS對市電進行簡單的升降壓及濾波處理后直接供給負載，當輸入電源不符合要求時才由電池供電，絕大多數時間內負載使用的是市電或經簡單處理后給負載供電。具有成本低、部件少、體積小、效率高等優點。但市電/電池供電轉換時間約4～10ms，輸出精度低、輸出波形差、輸出波形為方波，適用于單臺計算機系統的斷電保護。

3.2互動式UPS互動式UPS，當市電正常時，供給負載為改良了的市電；市電故障時，負載完全由電池逆變供電。雙向變換器既可當逆變器，又可作為充電器給蓄電池供電。市電正常時逆變器處于熱備份狀態而作為充電器給電池充電，故又稱為在線互動式UPS，此時其工作效率可達98%以上。具有輸出能力強，不對電網產生諧波干擾等優點。但輸出電壓精度和穩定度比較差，能滿足一般負載的供電要求。

3.3雙變換式UPS雙變換式UPS的電路結構如圖1所示，這是10kVA以上功率范圍的電源最常用的UPS類型。不管有無市電，負載的全部功率都由DC/AC逆變器提供，能夠保證高質量的電源輸出。市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉換時間，具備典型的在線式UPS功能。能夠徹底解決市電停電、電壓波動、頻率不穩、波形失真及電壓干擾等所有輸入電源的問題。可以作為通信局（站）或者關鍵性負載的首選電源。

由于負載功率100%都由逆變器負擔，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件。而且，其可控輸入整流器決定了UPS輸入功率因數低，無功損耗大，輸入電流諧波成分大于30%，對電網產生很大的污染。

3.4Delta變換式UPSDelta變換式UPS把電網調節技術中的串并聯有源濾波技術應用到了UPS電路結構中，適用于功率范圍5kVA到1.6MW的應用領域。它始終由逆變器提供負載電壓，故有高性能輸出特點。而且，Delta變換器也向逆變器輸出供電，克服了雙變換式UPS對電網產生污染和輸出能力差的固有缺點。

其優點在于過載能力、輸出電流峰值系數、輸出功率因數等都得到了提高。但是，當市電存在時，Delta變換器承擔的最大有功功率為額定的20%左右，而兩個變換器承擔的無功功率可能為輸出功率的1倍。效率是個可變量，只有市電輸入為額定值，負載為線性負載時，效率才達到最高值。當輸入停電甚至出現短路時，Delta變換器將進入保護狀態，若保護失效，則故障將是毀滅性的。事實上，電網停電或短路時有發生，相比之下，雙變換式卻不會出現此現象。

4通信用UPS的設計

綜合上述各種結構UPS性能的優劣，結合應用實際。我國通信用UPS幾乎全部為雙變換結構，為保證系統可用度，通常采用多個雙變換單機UPS組成適當的冗余。在通信電源系統的實際應用中，設計UPS系統時主要包括以下幾個方面的內容：前級供電系統、UPS容量計算、冗余配置等。

4.1前級供電系統UPS向負載提供電壓穩定、頻率穩定、波形失真度小的高質量電源，且保證實現無間斷供電，其前級供電質量很重要。

前級供電系統電源電壓及頻率要穩定在正常范圍內，通常大容量UPS主機輸入電壓范圍為380V±15%。電壓過低將使UPS后備蓄電池頻繁放電，縮短蓄電池的使用壽命。電壓過高則容易引起逆變器損壞。而且如果前級電壓變化范圍過大，會導致逆變器和旁路電源之間的切換被禁止或有間斷。

轉貼于中國論文聯盟在UPS供電系統中不應帶有其他頻繁啟動的負載，否則其開、閉會出現瞬間高電壓或低電壓，導致供電線路上電壓波形失真過大，造成UPS市電旁路供電與逆變器供電轉換控制電路誤動作，進而引起同步控制電路故障。

大多數通信用UPS都備有發電機組，以解決較長時間停電時的供電問題。在配置發電機組時，其容量不低于UPS額定輸出功率的1.5~2倍，以保證發電機輸出電壓、頻率正常，并改善其波形失真度。

4.2UPS容量的計算通常UPS的容量首先要滿足當前負載的需要，同時也要考慮負載性質對UPS輸出功率的影響。UPS電源實際可帶負載量受負載功率因數的直接影響，對不同的負載功率因數要進行功率折算，UPS容量不宜過大或過小，還應考慮擴容的需要。

在計算UPS容量時，所有共用1臺UPS的用電設備額定功率總和即為總負載功率P。UPS的最佳運行負載裕量百分值稱為裕度，一般裕度m的值取20%為宜。考慮到通信行業的特點，功率因數PF取為0.9~0.95。則可以根據負載大小來確定UPS的容量S。

S=

式中：——UPS容量（kVA）；

P——負載有功功率（kW）；

PF——負載功率因數；

m——裕度。

如果以PF取為0.9~0.95，m為0.2，則S=（1.3~1.4）P。可見，在確定UPS容量時，應按照所有負載功率總和的1.3~1.4倍來設計。

4.3UPS冗余配置方式提高UPS系統可用性問題的根本辦法是采用多個雙變換單機UPS組成冗余。UPS冗余主要有并聯冗余、備用冗余、主—從串聯冗余和分布冗余等幾種形式。

并聯冗余UPS由兩個或多個單機UPS組成，各單機UPS的輸出并聯到一個公共的配電系統。系統一般按照個單機UPS配置，其中個單機就足以滿足系統的全部負整理載用電，再增加一個作為備用。

備用冗余UPS的兩個UPS中有一個是主用，另一個是備用。正常時兩UPS同步運行，只有主用UPS為負載供電，備用UPS空載運行。當主用UPS故障時，轉換為備用UPS供電，故障的主用UPS與負載斷開。其控制電路簡單，但主用UPS向備用UPS轉換時，備用UPS要承受100%額定階躍負載，故對逆變器的動態性能要求較高。

主—從串聯冗余UPS由兩個單機UPS按照串聯方式連接，一個是主UPS1，另一個是冗余UPS2。冗余UPS2的輸出直接與主UPS1的旁路輸入端連接。當主UPS或冗余UPS需要進行維護時，負載可由另一臺UPS供電，此時負載仍可與市電電源和各種干擾隔離。

在實際運用中，UPS輸出端至負載之間的配電電路往往產生故障。為了既保證UPS輸出端的電源可靠，又保證負載輸入端的電源可靠，設計了分布冗余UPS。其目的是將電源系統的冗余擴展到每一個負載設備，使電源系統的冗余盡可能接近負載設備的輸入端。它有兩個獨立的UPS，每個獨立的UPS都能為全部重要負載供電，構成雙母線供電系統。每個UPS系統的輸出功率總容量都大于或等于系統負載總容量。通過適當的配電電路，可以為單電源輸入和雙電源輸入的各種負載設備供電。分布冗余除了提高系統的可靠性外，還可使系統在線維護和擴容升級變得容易。