通信行业UPS电源应用方案

一、需求分析：

    随着人类对通信业务的需求日益增长，通信网络的演变正如数年前所预测的那样，迅速向计算机与通信（C&C）的紧密结合的模式发展。建立在以软交换技术为基础的核心网络技术上的下一代通信网络（NGN）以及第三代移动电话（3G）都将以计算机网络技术作为平台。当今的通信网络，从技术的发展趋势上已经是IT(信息技术)与CT（通讯技术）的日益融合。虽然在下一代通信核心网络层面为了保证供电安全的可靠性，仍将以直流电源作为基础供电电源模式，但在业务支撑系统平台上，使用交流电源供电模式也将同时并存。基于计算机类设备的大量应用，UPS系统设备在通信网络上的使用也越来越多。

    目前，就通信网络而言，使用UPS供电越来越普遍，其供电对象已经由单台计算机设备发展到业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、业务支撑平台乃至整个通信网络。供电对象的范围主要涉及到计算机终端、服务器、路由器、交换器、显示器、磁盘存储阵列、小型机等。供电的方式也由小型UPS分散供电演变到大型UPS的集中供电。为保证供电可靠性，甚至采用n+1并联热备份系统乃至双总线UPS系统供电方式。

    通信行业对供电的可靠性要求是不言而语的,我们通常形容动力供电是通信机房系统的心脏；为确保通信枢纽机房的电力供应，“市电供电＋柴油发电机组备用”的供电系统成为通信行业动力机房的标准配置方案；数据中心是高速互联网调控中心,用户对它们进行信息资源的远程处理,存储和转送的时效性要求极高.仅是几秒钟的停机也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，重要程度不容忽视；因此，需要提供稳定可靠的动力电源解决方案成为关键中之关键。

二、  需求描述:

1.两路市电输入（一路市电，一路油机），需具有防雷保护装置。
2.直流配电需具有-48V配电，-24V配电，具有声光告警、动态数据显示功能。
3.交流负载部分需配UPS带载，负载至少带载容量30KVA,后备待机时间要求达8小时，要求可靠性非常高；UPS应具有动态数据远程监控功能;
4.对地震、火灾等紧急事故，能提供远端或近端的遥控快速关机功能，以避免在紧急事故中发生更严重的损失。
5.UPS后备电池必须具有漏液侦测功能; 能作电池巡检日期或更换日期的自动提醒。
6. 后备电池要求，要尽可能的减少电池的投资，以经济投效益；尽最大可能的降低并节约成本投资成本。
7. 由于安装UPS及电池的空间有限，要求UPS供货商，提高设备安放的空间利用率；要求充分利用有限的空间资源。
8. 并且对承重的考量能兼顾，避免发生楼层结构的破坏。
9. 需确保售后服务，供应商必须提供完善的售前、售后服务方案。

三、项目方案:

◇    针对第1项需求,选择ATS切换，作为备用柴油发电机组，通常要考虑备用机组与市电的自动切换问题，来满足用户高可靠性的需求,我们设计了两路市电输入;主路市电,备路油机;采用ATS切换;
◇    为满足第2项用户一整化配电的要求,我们采用两级低压交流配电柜分级配电,来满足用户直流-48V、-24V开关电源,机房空调等负载设备;以满足用户配电.
◇    为满足第3项动力机房交流负载不间断供电的特殊要求；交流负载供电任务的整个电源系统都必须采用具有高度容余功能的并联冗余供电方案,为了使整个系统负载供电方便,提供了输出配电柜,方便更多的分路及远距离连接.且在整个系统中增加了UPS的监控部分,使整个系统更加智能化,使UPS成为真正的智能UPS,可以非常方便的了解UPS运行的各项参数,整个系统配置,此次采用2台台达NT系列UPS并机实现并联(1+1)冗余功能.可靠性为单机UPS的5~6倍.(详见UPS电源系统构架图),整体方案具有先进的管理性,极高的可靠度及实用性强等特点.
◇    针对第4项的需求，台达NT系列UPS提供了EPO紧急关机功能键﹐在NT系列UPS的正面版上有红色按键，可提供近端的快速关机，并同时提供远端的网络远端紧急关机功能可供操作。只要此功能一经启动，UPS可快速关机，不需依正常关机作业程序去顺序关机。以便在紧急事故中节省时间﹐避免灾害的扩大。
◇    针对第5项需求,众所周知,作为通信行业动力机房UPS电源的能量储备仓蓄电池,蓄电池的好坏直接影响着整个动力生产线正常运作,而对蓄电池的维护显得成为关键中之关键,蓄电池在周而复始的充电、放电中进行能量的储备，长时间的循环，必然存在着电池的综合性能下降，甚至导致漏液的隐患，而漏液又很容易导致电池着火；给客户造成不可估量的直接或间接的经济损失；而台达NT系列UPS具有对电池漏液进行动态侦测的强大功能；这在同行业来说具有绝对领先的专利水平；完美最终解决了客户对电池漏液的潜在隐患;使之防患于蔚然。
◇    针对上述第6项、第7项、第8项；客户对蓄电池的购置成本的严格控制，以及安放电池柜的空间的有限性的严格要求，楼层的有限承重等问题，根据客观存在的种种实际情况，我们决定采用两台UPS共用电池组的解决方案；有效的节约了客户的投资成本，共用电池组从很大程度上最佳的满足了客户的苛刻要求；无论是从成本还是从效率方面来说，都带给客户最大的收益。
◇    针对9项中达电通作为中外合资企业，拥有一支完整的专业服务团队；详见专业服务事项。

四、   动力机房系统配置图

    在严格考察客户动力负载情况后,经过与用户的多次技术论证交流后,特制定如下通信动力机房电源系统配置方案图:

五、       UPS配电方案介绍

1．UPS冗余(1+1)并机共用电池组原理图

UPS电源系统并机构架图

2.UPS设备配置(以50KVA/8小时为例)

一组的配置如下:

3.并机工作原理介绍

1.      当UPS处于并联(N+1)模式时(容量、电压及频率必须相同)，输出负载由并联中的UPS平均分配。UPS并联中有UPS发生故障，若负载容量小于其它并联中UPS的总容量，则此故障之UPS输出会关闭，且负载由其它并联中的UPS 平均分配。若负载容量大于其它并联中UPS的总容量，则所有UPS的逆变器关闭，负载转由备用电源供电。

2. 当逆变器遇到异常情况，如(1)温度过高 (2)超载时间过长 (3)输出短路 (4)输出电压异常 (5)电池放电终止时，逆变器会自动保护锁机，如此时备用电源供应正常，则所有UPS会自动转由备用电源供电，使负载供电不会中断。当逆变器异常状况排除后，UPS会自动由备用电源供电模式转态回正常供电模式。

4.台达NT系列UPS冗余并机系统的主要特点有：

1.根据用户需要，可最多进行8台并机，满足设备后期容量的扩容要求。

2.运行于并机系统中的UPS与运行在单机模式下的UPS，其软、硬件系统完全相同，运行模式的更改只需通过软件设置即可完成。

3.采用高精度的实时数字控制技术，在保证各台UPS输出电压严格同步的基础上，直接控制各台UPS的输出电流与并机系统平均电流的瞬时误差。这种快速响应、精准稳定的均流调节，能将各台UPS的环流控制在3％以内，从而保证了并机系统的带载能力和可靠性。

4.在每台UPS的面板上均能查看到整个并机系统的负载情况；同时，并机系统的后台监控可将整个并机系统的行为综合为一台“单机”，并实施相应的监控处理。

  5. 采用简洁可靠、自动冗余的环形并机信号总线和修正的分布式逻辑控制: 对于并机系统中的各台UPS，均都处于完全“平等”的调控状态之中。并采用独特的同步相位调制法。每台UPS能“智能”地将位于并机系统中的各台UPS的同步跟踪调到最佳状态（各台之间的相位差几乎为零）和实时动态地调节所带的负载百分比，实现高精度的负载均分。保证系统可靠性的基础，即使在某台UPS发生故障退出运行以后，由余下UPS组成的子系统仍能稳定运行。

5.UPS电源系统设计原则及系统构架介绍

5.1 UPS电源系统设计原则

5.1.1 通用性

本系统的设计符合国家设计标准。台达NT系列UPS是专家精心研究为大型用户所设计，其主要应用领域为各种数据处理系统、电信系统、电力系统、金融系统、卫星系统、网络系统、医疗系统、安全紧急逃生设备、监控安全系统、各种工厂等关键动力设备系统。

5.1.2 可靠性

台达NT系列电源设备具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，不影响其他设备正常工作；主要电路板件采用双备份设计的领先的设计思想；有效提高设备的运行可靠性；一体化供电能统筹设计保证主设备的输出电压和频率及系统的可靠性。

5.1.3 稳定性

所有产品都经过在众多行业的在线无故障运行考验，在UPS电源行业具有领先的技术水平、领先的设计理念和领先的品牌形象。 

5.1.4 安全性

NT系列UPS均符合高等级的抗扰度国际标准:

EN50091-1-1；
EN50091-2 CLASS A，
NT系列UPS均符合电磁兼容检验标准:
IEC62040-1,
IEC62040-2,
IEC62040-3;
IEC1000-2-2;
IEC61000-4-2 Level 4；
IEC61000-4-3 Level 3；
IEC61000-4-4 Level 4；
IEC61000-4-5 Level 4;
IEC61000-4-2 Level 4;
IEC61000-4-3 Level 3;

5.1.5 可维护性

NT系列UPS电源设备均采用模块化结构设计，全部采用正面集中的维护的界面，所有操作界面一目了然，所有主要控制采样板件均采用正面放置，使得维护时间大大缩短，故障的检修处理。

5.1.6 扩充性

在本动力电源系统设计中作为设备的供应商，我们充分考虑到用户后期的扩容，台达UPS最终提供NT系列，3台50KVA并联冗余的UPS应用方案。但因应初期负载不足150KVA﹐先配置2台50KVA UPS并联作1+1冗余的应用方案。在未来扩增1台再并联时﹐也不需让原先的UPS先行关机或转旁路﹐可在线直接并联第3台50KVA﹐使系统变成3台50KVA并联﹐作2+1冗余的应用。做了合理的冗余设计。

5.1.7 经济性    

系统整体设计，可合理设计设备容量，减少设备成本；同时动力一体化解决也降低了设备的额外成本，给后期设备维护带来一站式服务。

5.2系统架构介绍

ON-LINE UPS主要架构包含：静态旁路电路、交流变直流(AC-DC)整流器、直流变交流（DC-AC）逆变器、及控制、侦测电路、维修旁路。

为双变换在线式架构，保护用户的精密设备供电质量，市电与电池供电为”零”时间断电转换，负载端可以完全滤除输入市电的杂波，提供用户负载纯净的正弦波，可延长设备使用寿命。

输入端可做双回路供电；整流输入与旁路输入可以依实际需要，配合作单一回路供电或分离双回路供电。

5.2.1  整流器

由全控桥（SCR可控硅）组成全桥整流器，其作用是将输入交流AC380V整流为直流393V左右。整流部件采用“斜坡”启动方式，即整流器输出电压在10秒钟内由0V至393V，避免对电网造成冲击。加上专用输入谐波滤波器，可将输入谐波含量减小至4％以下，使电源输入功率因数提高至0.95以上。

5.2.2 逆变器

由IBGT大功率管组成的SPWM（正弦脉冲调制）全控桥组成。其作用是将DC393V转换为交流AC208V，经特制的（△/U）零相移锯齿型升压隔离变压器，变为负载所需的AC456V；另外，该变压器具有消除来自如计算机类的非线性负载所反射的三倍次谐波电流的能力。采用多重保护控制技术，可大大减少逆变器扰动关断，并提高电源整机过载能力，使其抗短路和抗过载能力优于一般机型。特别是其抗短路能力是同类设备无法比拟的。

5.2.3控制系统

六．专业服务

    台达ＵＰＳ在销售上可针对用户的需求提供相应的售前、售中、售后服务。内容如下：

服务宗旨：提供品质卓越的不间断电源产品和令客户百分之百满意的服务。

售前服务：                                                                                                                                

   ◆为客户提供电源规划，使客户能享受到最经济，有效的台达ＵＰＳ配置及网络系统管理方案。
   ◆公司可以专案的形式满足有特殊要求的客户，并提供有特殊功能的不间断电源产品。
   ◆客户可向上海总公司，各地分公司及代理商咨询台达 ＵＰＳ产品的技特性或上网查询     　www.delta-cimic.com (中文)，中达电通(网络实名)
   ◆通过各种媒体，全国各地巡展及新产品发布会让客户了解台达ＵＰＳ最新产品的功能及特性。
   ◆ 公司备有足够的库存，提供快捷的装机服务，满足客户最快改善用电环境的要求。

售中服务：                                                                                                                                

   ◆ 安装调试时，对用户进行现场培训，令设备使用人员对设备能够独立操作正常使用及维护保养。培训内容包括结构原理、故障诊断及临时处理办法，并要求能独立操作不间断电源，排除紧急故障。
   ◆ 对客户的使用环境包括电源输入、输出、电池、电缆规格等有关准备工作将由专门的技术人员负责。ＵＰＳ的安装及调试由我公司指定的合格技术人员专门负责。

售后服务：

   ◆ 产品售出后即享有当地代理商进行安装、调试及使用解说的服务，并享有台达品牌保证，终身维护。
   ◆ 定期对台达ＵＰＳ的使用用户进行培训。
   ◆ 免费维修期内技术人员会定期提供ＵＰＳ保养。
   ◆ 遍布全国的台达 ＵＰＳ维护网使您的问题可在最短时间内得到解决。  

    综上所述，本文首先从通信行业动力机房的系统建设所遇到的实际问题出发，结合通信行业客户针对动力电源的一些实际应用需求，依据需求逐一给予作设计方案的说明，并且对动力电源系统实施方面及初步建设和后期动力电源设备扩容建设也给予充分的考虑并作了方案的说明。在效果分析方面，针对购置成本、安全效益上作了深入的分析。此外，在规划好的方案中对动力电源的可靠性、可用性、可管理性、性能上及可维护性、成本分析上等特性也都作了详实的分析及说明。