UPS浅谈未来通信技术发展趋势

1、随着计算机的普及和信息处理技术的广泛应用，越來越多的系统和部门对市电供电 质量提岀了更高的要求。而实际的市电电网木身难以满足这些要求，这是因为造成电网 污染的因素除了众所周知的电压波动、频率变化外，述有来口电网外部、内部的各种噪 音和干扰，它们主耍有：电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、噪声电压、过压、电压跌落、 持续低电压、电源中断等。这些污染或干扰对计算机类或其它精密仪器设备所造成的危 害不尽相同。如电源屮断，可能造成硕件损坏；电压跌落，可能会使硕件提前老化、文 件数据丢失；过压或欠压、浪涌屯压等，可能会损坏驱动器、存储器、逻辑电路，还可 能产生不可预料的软件故障；噪声电压和瞬变电压，可能损坏逻

2、辑电路和文件数据，甚 至会影响整个通信系统的正常工作。目前的通信局站都有市电停电、检修、发生事故停 电的时候。此时，不论是两路市电转换，还是起动备用柴油发电机组，都需要1020min 的时间。这段时间使用交流供电的通信设备如不使用ups或逆变器必然停止工作。另外 电网的电压波形也不干净，存在着过压、欠压、尖峰、浪涌等干扰。为了保证计算机和 这部分通信设备的正常工作，就必须使用高质量的交流电源一 ups。文章对通信用ups的主要功能、性能指标及发展趋势作了较为详细的介绍。关键词不间断电源性能指标通信蓄电池abstractwith the popularity of computer and in

3、formation processing technology, widely used, more and more sectors of the city system and the quality of power supply a higher demand. the actual electricity grid, it is hard to meet these requirements, this is because the factors causing pollution grid voltage fluctuations in addition to well-know

4、n, the frequency changes, as well as from external power grids, the various noise and interference, they are: voltage surges, voltage spikes, voltage transients, noise voltage, over-voltage, voltage drop, continuous low voltage, such as power failure. such pollution or interference on the computcr o

5、r other equipment, prccision instrumcnts, the harm caused by not the same. such as power failure, which may result in hardware damage; volt age drop, the hardware may cause premature aging, 1 oss of file data; over-voltage or under voltage, surge voltage, etc. , may be damaged drives, memory, logic

6、circuits, but also may have impredictable software failure; noise voltage and transient voltage, logic circuits may be damaged and the file data, and may even affect the entire communication system work properly. the current bureau the city has elec trie ity power stati on, overhaul, when the incide

7、 nt power. at t his point, whether it is the city of two power conversion, or st art-up diesel generator back-up needs time 10 、 20min< ac power supply during this period of non-use of comm uni cations equipmen t such as ups or inverter is bound to stop working. in addition the grid voltage wavef

8、orm is not clean, there is over-voltage, under voltage, spikes, surges, such as interference. in order to ensure this part of the comp liter and comm un ications equipme nt to work, it is necessary to use high-quality ac power of a ups.ups communication article on the main features, per forma nee in

9、dicators and the development trend of more detail.key word uninterruptible power supply performance indicators communications battcrics目录第一章绪言1第一节ups类型及特点1第二节ups的主要功能2第三节ups的性能指标3第二章ups的发展趋势6第一节智能化6第二节高频化6第三节绿色化6第三章ups的未来应用技术8第一节控制技术8第二节蓄电池技术8第三节 冗余技术和在线维护（热插拔）9结束语10谢辞ii参考文献12第一章绪言第一节ups类型及特点一、常用型up

10、s常用型ups按其设计原理与工作方式可分为离线式ups、在线式ups、在线互动式 ups三种o离线式ups亦称后备式ups。以小功率（5kva以下）为主。主要对市电进行滤波、稳 压调整，以便向负载提供更为稳定的电压。同时通过充电器把电能转变为化学能储存在 蓄电池内，一旦屯力中断、电网电压或频率超ill ups的输入范围，可在极短的时间内开 启£1身储备电源，向负载供电。此类ups的特点是转换效率高，易于维护月价格低廉， 为绝大多数中小功率用户电源保护的首选。在线式ups以屮大功率（5rva以上）为主，逆变器始终处于工作状态.与用电设备同 时运行，在供电状态下的主要功能是稳压及防止电压

11、波动和干扰，避免负载遭到长期低 品质电力的侵害，一旦市电中断，ups中的逆变器会利用机内蓄电池所提供的电能来维 持负载的正常运转，供电转换时间约为零，真正实现了不间断供电。该类ups供电质量 高，但价格昂贵。在线互动式ups以网络使用为主，它结合了离线式效率高和在线式供电质量高的特 点，比离线式ups切换时间更短。二、智能型ups随着技术的发展，现在的ups,特别是大中型ups,不只是一台停电后可以继续向 负载供电的整机产品，而且已成为i个小型的，或者说局部的高度可靠、性能齐全、髙 度智能化的供电中心。在网络化时代ups已经成为一个高度智能化的设备，它对整个网 络屮的硬件设备、运行程序和数据以

12、及数据的传输途径进行全面的保护，使z成为不问 断网络。它具有如下技术特性：（-）高可靠性具有能在365天（每天24小时）连续提供高质量输出电压的供电能力，这就意味着, 在ups供电系统的运行中既不允许出现任何瞬间供电中断或停电事故，也不允许出现出 市电经交流旁路直接向负载供电的局面。为此，要求ups供电系统应满足如下要求：ups 单机木身的故障率低；采用具有高度容错功能的“n+i”型ups冗余并机系统；在整套ups供电系统屮，不应存在单点瓶颈性故障隐患；允许在ups逆变器连续供电的条 件下，执行不停电的维护和检修操作；万一在用户设备端出现短路故障时。应将故障的 影响范围缩小到尽可能小的范围。（

13、-）高抗干扰性ups供电系统能使设备获得100%的高可利用率（低误码率、低数据传输丢失率、高 网络接通率）。创造优良的运行环境。大星的运行实践表明，电源干扰问题是造成互联 网设备可利用率下降的重要原因之一。屯源干扰不仅來源于市电电网，还來源于设计不 完善的ups本身及用户设备本身。这是因为机房内的服务器、磁盘阵列机、交换机等均 内置有开关电源。这种整流滤波型非线形负载会向ups供电系统反射323次谐波干扰, 其可能带來的后果之一是降低语音通话质量。实践证明，过大或过多出现电源干扰，轻 者会导致传输速率下降、数据丢失率增大等隐形故障，严重时还会导致网络瘫痪。（三）具有防雷击及抗浪涌的功能ups应

14、具有这方面的保护电路，其指标应符合国家及国际安规标准。（四）过载能力强由于计算机等属于整流滤波型负载，在启动时往往有较大的瞬态冲击电流，如果ups 的过载能力弱，有可能导致系统不能正常运行。（五）智能化监控在ups和计算机/网络之间建立起双向通信监控管理功能。利用监控软件管理ups 的运行、操作，当市电中断或ups蓄电池电压处于低限时，监控软件可将计算机的数据 自动安全存盘、系统安全关机，然后关闭ups,避免因电力突然屮断而造成操作系统的 损坏和数据资料的丢失，以实现数据的完整性保护。第二节ups的主要功能为了消除这些电网公害的影响，一方面是制定有关的法规來限制负载对电网造成的 公害，如国际电

15、工技术委员会制定的标准iec5552（1982年生效）和iec10003 2（1996年1月1日生效,取代iec5552）,欧洲标准ase3600以及美国标准ieee519 都对负载给公共电网带来的公害进行限制；另一方面就是人们用了儿十年的时间来寻找 解决的方法，最后才创造出ups这样的新型设备，使电网和负载进行隔离，既避免负载 对电网产生干扰，乂避免电网中的干扰影响负载。表1列出了近年发展的各种防电网干 扰的电力装置的功能。由表1可见只有电力ups的抗电网干扰的功能最全，性能最好。ups的主要功能可以归纳为以下5个方面：（1）双路电源z间的无间断相互切换功能。（2）隔离功能。即将瞬间断电、谐

16、波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网干 扰阻挡在负载z前，即使负载对电网不产生干扰，乂使电网屮的干扰不彩响负载。可以 将输入电压变换成需要的电压。（3）电压变换功能。衣1各种电气装置抗电网干扰的功能比较项冃隔离 变圧器稳压器电源 净化器调谐滤波器d-m-g 动态机组铁-磁 共振upsups电力噪声*电压变化*频率变化*瞬间断电*断电*谐波*后备时间无有(4) 频率变换功能。可以将输入电压的频率变换成需要的频率。(5) 后备功能。ups带有蓄电池，贮存一定的能量，一方面在电网停电或发生间断时继续供电一段 时间來保护负载；另一方血在ups的整流器发生故障时使用户有时间来保护负载。按照 用户的要

17、求,后备时间可以是5min> 10min> 15min> 30min> 90min甚至更长。综上所述，ups既可保证对负载供电的连续性，又可保证给负载供电的质量。第三节ups的性能指标了解ups的性能指标，是选好、用好ups的前提。这里重点介绍ups的常规技术指 标，为用户进一步了解ups、更好地使用和维护ups提供方使。(1) 输入电压按我国的标准，供电的电压为220v,用户应该注意的是输入电压允许范围，有些 ups的输入范围是±10%,有些是4-15%；输入电压的上下限表示当市电电压高于上限 或低于下限电压时，就断开市电而由蓄电池供电，所以对于某些供电电压

18、偏高的地区， 应选择输入电压上限较高的ups,反z则应该选择输入电圧下限较低的ups,以避免ups 经常t作于蓄电池供电状态而影响蓄电池的使用寿命和ups的后备t作时间。(2) 输入电流它表示ups包括充电器工作时的输入电流，它的最大值表示当输入电压为下限值， 负载为100%,同时充电器处于工作时的最大输入电流。用户在安装ups时应根据这个 数值选用合适的导线及输入保险丝。(3) 输入频率它的标准值为50h刁，同时用户也应注意其允许的变化范围，有些ups的输入频率变 化范i韦i为土5%,有些为±3%左右，它表示的是ups内部的同步锁相电路的同步范忤|, 即当市电频率在变化范怖iz内时

19、，逆变器输出与市电同步，而当市电频率超过该范i制时, 逆变器输出不再与市电同步，其输出频率由ups内部的50hz正弦波发生器决定。用户 应根据使用的需要和负载的悄况來选择ups的输入频率范围，如希望在停电时接柴油发 电机组的用户应该选择范围较宽的ups,而当负载对输入的频率要求较严格时就应该选 择频率变化范围较小的upso(4) 输出电压ups输出电压通常有两个指标，一个表示ups输出电压的稳定度，一般具变化范|韦| 为220v的±1%土 5%；另外一个表示ups输出电压的瞬变特性，即负载从0至ij 100% (或100%到0)阶跃变化时输出电压的变化量以及恢复正常电压所需的时间。(

20、5) 输出容量ups的输出容量指其输出电压有效值u与输出电流有效值i,的乘积，称为视在功 率 s,即 s=uio(6) 后备时间后备时间表示交流市电断屯后ups还能继续工作多长时间，是ups的关键指标，一 般中小型ups满载时后备时间为1015min,半载时后备时间为30min。(7) 功率因数(负载)功率因数cos 4)、为ups输出的有功功率p与其标称功率即视在功率s之比,表示为 cos 4)=p/seos 4)-般为0.8或0. 85,以0.8最为普遍。在功率因数为0.8时，电压与 电流之间的夹角为©二20.8=36.9。,这时有无功电流在线路屮来回流动，这时无功 功率 q二u

21、lsind。(8) 效率效率是ups的一个关键指标，尤其是大功率电源设备。若ups的效率为86%,这意 味着14%的功率转变成热能，提高了机房的环境温度，而且为了将这些持续不断的热量 排出去以保持温度不过限，必须购置足够的空调设备，这就加大了设备的投资和耗能费 用。(9) 输岀波形及失真度ups的输出波形一般有准方波和正弦波两种，后备式ups的输出波形多为准方波， 在线式ups的输出一般为正弦波。失真度表示当负载为线性负载时，输岀波形屮谐波含 量与正弦波含量z比，由丁准方波的谐波含量很大，一般不给出失真度指标，而正弦波 输出的ups其失真度为3%左右。(10) 输出频率ups的输出频率表示当市

22、屯中断时，逆变器由蓄电池提供直流电能工作时的输出频 率，一般后备式ups的输出频率为50hz±5%,在线式ups的输出频率为50hz±0.5%。(11) 过载能力启动负载设备时，一般都有瞬时过载现象发生，过载能力表示ups在逆变器t作的 情况下可以承受瞬时过载的能力和时间，超过ups标明的允许过载量或虽在允许的过载 屋下工作但超过允许的过载时间时容易造成ups损坏。ups的过载能力因ups负载的不 同而不同，如:梅兰日兰慧星系列(comet) 110%过载:lorain； 130%过载:lmin； 150% 过载：10s。(12) 开关频率开关频率指逆变器工作时，spwm的

23、调制频率，通常为20khz左右。(13) 过载保护它表示ups由逆变器供电转为由市电旁路供电的条件，对于不同程度的过载有不同 的延迟时间。(14) 工作条件ups给出的工作条件如环境温度、湿度和气压高度表示的是其极限工作条件，如超 过这个条件，ups将不能正常工作或容易损坏。这是因为：工作温度高了会增大半导体器件和电解电容器的漏电流，降低电阻器的使用功 率限额等；工作温度太低了又会使晶体管值下降，造成ups工作不正常，对蓄电池的影 响更大。一般ups的工作温度是040oc左右。若无特殊要求，线路板及元器件表面均不进行涂覆处理，如果湿度太大而在印 制板上结出水珠就会造成局部短路。在高压器件上更严

24、重，进而造成故障和事故。所以 一般ups都注明在不结露的前提下(温度为25c)所允许的最大湿度为80%95%。lps并不是在什么条件下都能正常工作。ups中的许多元器件特别是密封的元 器件如电解电容器等一般都是标准大气压下进行封装的，那么封装后的器件内部就是标 准大气压，器件内外压力平衡。当海拔较高时，曲于大气压力随着高度的增加而降低， 这样就形成了器件芫内向外的压力逐渐增大，当外壳不能承受这种压力时，就可能损坏 器件。一般的ups标明不要超过海拔3000n)o(15) 工作噪音它表示ups在市电正常、负载为线性满载、逆变器工作时，以ups为中心，以lm 为半径，高度为1. 3m处所测量出的噪

25、音分贝数。一般来说，ups的噪声在55db左右就 可以直接放在计算机机房内使用。此外，在选购及使用ups时还应该考虑到与微机接口的并机能力、平均无故障时间、 抗干扰能力、静态开关转换时间、对蓄电池的保护能力、微机处理能力、谐波抑制能力、 功率变换器件种类等性能指标。另外述应考虑价格、售后服务、供货商的稳眾性等因素。第二章ups的发展趋势第一节智能化一个智能化ups的破件部分，基本上是由普通的ups加上微机系统所组成。微机系 统通过对各类信息的分析综合，除完成ups相应部分正常运行的控制功能外，还应完成 以下功能：(1) 对运行中的ups实现实时监测，对电路中的重要数据信息，进行分析处理，从 中

26、得出各部分电路t作是否正常；(2) 在ups发生故障时，能根据监测结果，及时进行分析，诊断出故障部位，并给 出处理方法；(3) 完成部分控制工作，在ups发生故障时，根据现场需更及时采取必更的口身应 急保护控制动作，以防故障影响面的扩大；(4) 完成必要的口身维护。能根据不同电池的不同更求，对电池进行不同的充放电, 并自动完成电池状态测试与维护；(5) 口动显示所监测的数据信息，在设备运行界常或发生故障时，能够实时自动记 录有关信息，并形成档案，供工程技术人员查阅；(6) 能够用程序控制ups的启动或停止，实现无人值守的门动操作；(7) 具有交换信息功能，可以随时向计算机输入或联网获取信息。第

27、二节高频化第一代ups的功率开关为可控硅，第二代ups为功率品体管，第三代为场控型器件 (mosfet和igbt)。功率晶体管开关速度比可控硅高一个数虽级，场效应晶体管mosfet 比功率晶体管又高一个数量级，而igbt功率器件屯流容量比mosfet人，工作频率虽比 mosfet低，但也可使功率变换电路的工作频率高达50khzo变换电路频率的提高，使得 用于滤波的电感、电容大大减少，ups效率、噪声、动态响应特性利精度犬大提高。第三节绿色化各种用电设备及电源装置产生的谐波电流及滞后电流严垂污染电网，随着各种政策 法规的出台，对无污染的绿色电源装置的呼声愈来愈高，ups除加装高效输入滤波器外,

28、还应在电网输入端采用功率因数校正技术，既町消除本身由于整流滤波屯路产生的谐波 电流，乂可补偿功率因数，使ups的输入功率因数达到0.99甚至更高。第三章ups的未来应用技术第一节控制技术中小型ups的ac/dc和dc / ac变换人多数仍采用模拟控制电路,ac / dc变换器的 控制芯片大多数已集成化，使用简单，工作可靠odc/ac变换器的控制有两种基本方式, 一种是单闭环控制，另一种是双闭环控制。前者控制电路简单，但难于实现输出短路 动恢复。后者控制有电流内环和电压外环，电压调节器的输出为电流调节器的给定，因 此 限制电流给定幅值也就限制了逆变器的最大输出电流。当前，数字控制已成为新型ups

29、控制技术发展的主流。数字控制器具有精度高，抗 干扰能力强，易于实现对ups的检测、故障诊断和隔离，易于实现对蓄电池的监控和管 理。、dsp的应用采用数字信号处理器(dsp)的数字pwm技术.用于保证ups输出电压的质量，即保 证输出电压、频率和输出电压波形满足技术指标的要求。数字控制的另一个重要功能是 实现ups的初始自检和运行口检，进行故障保护和故障隔离，这是模拟控制器无法胜任 的。由于数字控制器的灵活性，使ups控制器的硬件电路可以标准化，从而简化了生产、 使用和维修，也大大提高了工作可靠性。二、控制电路的全微处理器化ups电路是由以下儿部分组成的：主电路、驱动电路、监控显示及控制保护电路

30、和 通信界面电路。其中监控、显示及控制保护电路和通信界面电路，可以运用数字化设计 技巧简化其电路，并解决原此类电路需要调整且温度及参数调整不易的欠缺。第二节蓄电池技术蓄电池是ups的心脏，不管ups电路多么先进，其性能最终取决于它的电池，一旦 电池失效，再好的ups也无法提供不间断供电。口前，ups 般都使用免维护密封铅酸 蓄电池，由丁采用阴极吸收式密封技术，克服了普通蓄电池需耍定期补充水的缺点，具 有免维护、使用方便、不污染环境、体积小、重量轻的优点。它使用高氢过电位板栅材 料，减少了电池在存放和充电过程屮的气体分解。正极表面的超细玻璃纤维膜，阻止了 活性物质脱落，提高了电池的寿命。安全阀的

31、使用使蓄电池很少产生气体，又可使已产 生的氧气被负极铅所吸收，使蓄电池无水的损失，达到了密封免维护的hl的。一般情况 下，影响电池性能的主要因素是连续充电，电池连续充电大约要减少一半的使用寿命。 冃前国外使用一种abm三阶段电池管理方案，即充电分成三个阶段：第一阶段是恒流均 衡充电，将电池容量充到90%；第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100%,然后停 止充电；第三阶段是自然放电，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限.再 重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一犬24小时 的浮充状态，因此延长了电池的寿命。第三节冗余技术和在线维护（热插拔）开关整流器的并联

32、和热插拔已成为通信电源的基木运行方式，这种运行方式即所谓 n+1兀余供电方式，用于取代主备方式，使电源的可靠性大幅度提高。主备方式的备份 电源的容量和主电源和同，因此使电源成木提高，而且在转换时还会造成电能中断。n+1 冗余供电方式不仅降低了电源成木，并月还保证了供电不屮断。这种冗余供电方式的实 质是通过并联平行操作的电源模块提供分布式电源，所有的模块并联运行并平均负担当 前的负载，电源阵列比额主容量多配置一个功率模块，当一个模块出现故障时，特设的 电路将故障模块从负载上断开，其它模块将立即支持所有负载，使其不间断地供电。替 换模块后ups的控制电路和蓄电池均能在线运行，以增加ups的输出功率，延长供电时 间，大人增强了电源的可靠性。ups的并联和热插