UPS在IDC机房中的应用之总体设计
一 概述.............................................................................................................................................2 二 总体设计 .....................................................................................................................................2 三 最新UPS选型理念 .................................................................................................................6
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一 概述
IDC和多媒体数据中心是高速互联网的调控中心，用户对它们所承担的对信息资源的远程处理、存储和转送的\"时效性\"要求极高。哪怕是仅几秒钟的\"停机\"均会给整个互联网的安全运行和用户的生产经营带来无法估量的损失。严重时，甚至会造成社会和经济生活的严重瘫痪。因此，IDC必须向用户提供365天连续不断的高速、安全和可靠的信息资源增值服务。为达此目的，从设计原则上讲，承担着向IDC机房供电任务的整个电源系统都必须采用具有高度“容错”功能的冗余式的供电方案，以确保无论是在市电电网出故障时或是在某台在线式UPS发生故障时，还是在进行日常维护、检修操作时或因故致使熔断器熔断、断路器开关\"跳闸\"时，互联设备均应由在线UPS来供电，而不应进入由普通的市电电源、应急备用发电机组经UPS的交流旁路来供电的状态。
二 总体设计
在IDC机房动力照明配电已经按计算机机房设计标准设计的前提下，在设计中UPS供配电系统要求从机房所在的建筑物变电室引两路三相五线制电源到UPS机房UPS配电柜，总容量为UPS供配电系统设备容量。总体要求如下:
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(1)机房所在建筑物的电源进线应满足一级负荷供电。 (2)工程设置弱电专用接地系统与其他强电设备不得共用同一回路，接地电阻不得大于lΩ。
(3)备分路开关使用断路器。
(4)分支电路至终端尽可能靠近所供应设备3m内，UPS插座采用美标插头。
1.系统设计
对于机房内的设备而言，无污染、不间断的电源供应是极端重要的。因为公用电网常会出现电压变化或供电中断。可靠的解决办法是采用UPS供电系统，UPS不仅保证可靠的连续供电，而且UPS输出比较稳定，没有瞬变和谐波。在IDC机房中UPS的主要供电对象有:服务器;收费和财务终端设备和微机;网络设备和通信设备;闭路电视监控电视墙等。
UPS配电柜采用模块式配电柜，断路器采用C65N型产品，浪涌保护器采用原装进口德国OBO产品，最大放电电流规格为4OkA;整个配电柜具有过负荷、短路、缺相保护、防雷击功能。
(l)UPS设备选型。对于普通的IDC机房应设计选用智能型在线式UPS两台，100%的冗余，计算负载率为75%。备用蓄电池按4h考虑。UPS系统应具有以下工作模式:
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1)正常供电模式。市电经整流器转换成平稳的直流电向逆变器和蓄电池供电，通过逆变器将直流电转换成纯净的交流电并与市电输入锁相同步供给负载。
2)蓄电池供电模式。当市电故障，停电或市电电压、频率超出UPS允许范围时，逆变器继续向关键负载供电，没有任何切换，只是由蓄电池为逆变器提供直流电力。由于蓄电池连接在系统直流母线上，因而市电中断或恢复时UPS的输出对负载没有任何影响。
3)自动旁路模式。如果由于过载、使用环境过温、负载故障或UPS内部故障，使UPS不能正常工作时，UPS静态旁路开关将自动地把负载切换到市电旁路，当故障消失后，UPS自动切换回正常逆变供电方式，无论从逆变供电转至自动旁路供电或由旁路转至逆变器供电，都是自动无间断进行，因而UPS输出对负载没有影响。
4)手动旁路模式。在维修、维护或其他特殊情况下，可通过旋钮操作，转为旁路供电模式，由于转换过程采用先通后断方式，因而转换过程也无间断。
(2)系统主要技术指标及参数。 1)市电输入指标主要有以下几个。 a)输入电压范围:290~478V。 b)输入频率范围:5OHz或6OHz±5Hz。
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c)输入浪涌保护:符合ANSIC62.41，A及B类;EN50091—2及EN50082—2标准。
d)输入功率因数:0.96。
e)输入电流失真:带输入滤波器小于10%。 2)UPS输出指标主要有以下几个。
a)输出电压谐波失真:100%非线性负载小于5%，峰值因数为3:1;线性负载小于2%。
b)输出电压瞬态响应特性:小于±5%(带100%阶跃性负载时)，在lms内完全恢复到输出电压的标称值。
c)输出频率(本振频率):±0.005Hz。
d)输出频率同步跟踪范围:±(0.5~2.O)Hz可调。 e)输出频率的同步跟踪速率:1~3Hz/s(可选)。 f)输出电压的调节范围:±1%。
(3)蓄电池组。与UPS主机柜相配套，可与UPS主机并列安装或独立安装，备用时间5h，可充电到90%额定蓄电池容量。
(4)环境指标。
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三 最新UPS选型理念
UPS的生产商习惯按其主电路结构的技术属性来对UPS进行分类，这种分类也已被广大用户接受，并以此来判定UPS的优劣。第一类为后备式，主要有APC的BK500，山特的TG500；第二类为在线互动式，主要有APC的SmartUPS；第三类为在线双变换式，主要有MGE和EXIDE的大机；第四类为在线电压补偿式，主要有APC秀康DP300系列UPS。
而具体描述UPS的技术性能指标有四大类：1)对电网的适应能力；2)满足负载要求的UPS常规输出指标；3)UPS的输出能力和可靠性；4)智能管理和通信功能。
那么在这四大类指标中，比较和选择UPS应重点关注哪些特性呢？以下是当前专家和行业大用户普遍认可的一些观点：
a．选择大功率UPS要慎重考虑UPS的输入功率因数和输入电流谐波。
双逆变在线式UPS，其AC/DC逆变器多为整流滤波电路，它的输入功因数低，一般只在0.8左右，输入电流谐波大，达30％，加专门滤波措施后，也仅能降到10％。输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流则干扰破坏电网，特别是三相大功率UPS这两项指标危害很大，形成所谓的电力公害，这会1)使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热、加速老化；2)引起异步电动机转矩降低，振动加剧噪声增大；3)引起继电器和自动装置误动作，其次谐波对通讯线路、测量仪器产生辐射干扰，影响
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电能计量的精度等。所以，UPS的输入功率因数和输入谐波电流应被视为重要性能指标之一，应该把输入功率因数＞0.95，输入电流谐波＜5％作为判定UPS性能指标是否合格的标准之一。
欧美发达国家早已立例，严格限制用电设备对电网的污染。我国有关部门亦正制订相关法规，施行日期亦不会遥远，因此用户在购买UPS不间断电源时，若不考虑此因素，将会留下日后治理的诸多麻烦，造成经济上的重大损失，同时也会因为治理而产生系统效率降低，可靠性下降等副作用。作为UPS，相应有三类解决方案。
第一，对于带有整流滤波输入的传统双变换UPS，无论是采用相控或不控整流，从市电吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网吸取电流，使得这类UPS具有谐波电流，功率因数低、效率低，对电网造成较大的污染，若采用12脉冲整流及输入滤波器，虽然可以将输入功率因数改善到0.95，谐波电流小于5％，但系统的总效率降低到90％左右，且成本增加，可靠性下降。 第二，输入整流器采用高频化整流技术，输入功率因数≈1，输入总谐波电流＜5％，对电网无污染。但电路复杂，AC－AC总效率一般为92％左右。
第三，采用双逆变电压补偿在线式的UPS，其输入端是一个四象限高频逆变器，从市电吸取的电流是连续的正弦波，且与输入电压同相位，因此其输入功率因数≈1，输入谐波电流≤ 3％，对电网无污染。 AC－AC总效率高达96％。
由上可见，目前只有采用双逆变电压补偿在线式UPS，才能在获
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得输入功率因数≈1，输入谐波电流＜3％的同时，保持UPS系统AC－AC总效率达96％或以上。双逆变电压补偿在线式UPS为APC公司专利技术。APC Silcon 20K系列大型UPS，即属此类。
b．要考虑UPS的输出能力与可靠性。
输出功率因数、输出电流波峰系数、输出过载能力、输出不平衡负载的能力等指标，直接反映了UPS的输出能力，对这些指标的限制，说明了UPS输出能力的局限性和脆弱的一面，尽管在配置UPS容量时尽可以使负载满足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但这些指标却直接反映了UPS的可靠性。过载能力强，允许输出电流波峰系数高的，对负载功率因数限制小的，在同样电网环境和负载条件运行，其可靠性必然高，这是毋容置疑的道理。
c．要考虑效率与可靠性
UPS的工作效率高时，意味着节省电能，这是绿色电源的标志之一。但还应该注意到效率与可靠性是密切相关的，效率高意味着电路技术先进，元器件选用得好，意味着功器件功率损耗小，功率强度小，温度低，这必然会增强元器件乃至整机的寿命和可靠性。
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