在UPS的日常維護(hù)工作中,，工程師需要每日進(jìn)行例行檢查,，其主要目的是為了積累UPS電源的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障苗頭，因此每日的例行檢查都要細(xì)心,。

--根據(jù)用戶的不同配送系統(tǒng),，有三種UPS機(jī)型可供用戶選擇

單進(jìn)（220V輸入）/單出（220V輸出）

三進(jìn)（380V輸入）/單出（220V輸出）

三進(jìn)（380V輸入）/三出（380V輸出）隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及企業(yè)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)的不斷加深,數(shù)據(jù)中心建設(shè)和改造,近幾年如火如荼。但隨之而來(lái)的就是日益龐大的電費(fèi)開(kāi)銷(xiāo),如圖1所示,數(shù)據(jù)中心在建設(shè)中的投資比例,其中電氣,、電源,、制冷等系統(tǒng)設(shè)施占了一半以上的投資,僅電氣方面投資就高達(dá)26%,高額的電能消耗使得整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本居高不下,數(shù)據(jù)中心面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。

降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本和節(jié)能降耗成了各企業(yè)CIO關(guān)注的問(wèn)題,節(jié)約能源可以從以下幾方面入手。首先是機(jī)房環(huán)境的節(jié)能,包括制冷環(huán)境,、供電環(huán)境;其次是從IT硬件設(shè)備節(jié)能,減少I(mǎi)T設(shè)備的能耗;是IT設(shè)備內(nèi)部各集成電路的節(jié)能,比如CPU的節(jié)能等,。UPS處于交流供電環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，幾乎機(jī)房所有的IT設(shè)備必須由UPS供電,，大型數(shù)據(jù)中心的UPS裝機(jī)總?cè)萘烤堰_(dá)到百萬(wàn)伏安級(jí),，提高運(yùn)行時(shí)的能效勢(shì)在必行。目前UPS的節(jié)能必須從方案,、UPS,、電池、配電等方面全方位進(jìn)行,。
         
2 按需擴(kuò)容的柔性規(guī)劃

一般數(shù)據(jù)中心的建設(shè)都不是一步到位,會(huì)考慮今后未來(lái)幾年的需求,但是UPS一般都是一步到位,就安裝了幾套大功率的UPS并機(jī),，結(jié)果初期負(fù)載只有規(guī)劃容量的10%～20%，沒(méi)等承載所規(guī)劃的負(fù)載就進(jìn)入了設(shè)備淘汰期,，不僅造成投資的浪費(fèi),，而且也無(wú)法使UPS運(yùn)行在較高的效率點(diǎn),，造成電能的浪費(fèi),。如何避免這種情況的發(fā)生，從UPS供電系統(tǒng)角度考慮,應(yīng)該包括:

2.1 供電方案設(shè)計(jì)

目前UPS供電方案主要有分散供電,、集中供電兩種,。分散供電的特點(diǎn)是一臺(tái)UPS為一臺(tái)或多臺(tái)負(fù)載設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風(fēng)險(xiǎn),不會(huì)因?yàn)橐慌_(tái)UPS供電異常造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置,不便管理,而且布線不易規(guī)劃,。另一種是采用集中供電方案,由一套大功率的UPS供電系統(tǒng)直接對(duì)機(jī)房的所有負(fù)載供電,。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便,、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常,容易引起大面積停電事故,此缺點(diǎn)可以通過(guò)采用各種并聯(lián)構(gòu)架來(lái)避免,。因此,以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),目前的數(shù)據(jù)中心一般都采用集中供電方案,也集中了供電的風(fēng)險(xiǎn)。由于UPS并機(jī)數(shù)量有限制,而且當(dāng)UPS系統(tǒng)并機(jī)數(shù)量超過(guò)4臺(tái)時(shí),其可靠性并不比單機(jī)供電系統(tǒng)高多少,。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^(guò)一定限度時(shí),建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃分成幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行供電,。規(guī)劃時(shí)可以參考:單機(jī)容量不宜超過(guò)400kVA,并機(jī)數(shù)量不宜超過(guò)3臺(tái)。


--冗余供電對(duì)供電質(zhì)量要求很高的計(jì)算中心,、網(wǎng)管中心（例如：銀行,、證券、航宇航中心等）,，為確保對(duì)負(fù)載供電的萬(wàn)無(wú)一失,，常需要采用如下幾種具有“容錯(cuò)”功能的冗余供電系統(tǒng)：

主機(jī)～從機(jī)型“熱備份”冗余供電系統(tǒng)：其結(jié)構(gòu)形式是將主機(jī)UPS的交流旁路連接到從機(jī)UPS的逆變器電源輸出端，萬(wàn)一主機(jī)UPS出故障時(shí),，改由從機(jī)UPS帶載,。

“1+1”型直接并機(jī)冗余供電系統(tǒng)：它是通過(guò)將兩臺(tái)具有相同功率UPS的輸出置于同幅度、同相位和同頻率的狀態(tài)而直接并聯(lián)起來(lái)。正常工作時(shí),，由兩臺(tái)UPS各承擔(dān)1/2負(fù)載電流,，萬(wàn)一其中一臺(tái)UPS出故障時(shí)，由剩下的一臺(tái)UPS來(lái)承擔(dān)全部負(fù)載,。這種并機(jī)系統(tǒng)的平均故障工作時(shí)間MTBF是單機(jī)UPS的7～8倍,，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。

多機(jī)直接并機(jī)冗余供電系統(tǒng)：某些UPS,，可以將多臺(tái)UPS以“N+1”冗余方式直接并機(jī)工作,。請(qǐng)注意：隨著多臺(tái)并機(jī)系統(tǒng)中的N數(shù)量增大，并機(jī)系統(tǒng)的MTBF值會(huì)逐漸下降,。對(duì)于UPS電源可以使用多長(zhǎng)的時(shí)間,，一直以來(lái)，是各位用戶們所重點(diǎn)關(guān)注的,，一般來(lái)說(shuō),，UPS電源是分為2種，一種是時(shí)間很短的,，也就是提供一個(gè)保存資料的時(shí)間,，還有一種，是針對(duì)停電時(shí)間長(zhǎng)的,，這一種可以備用的時(shí)間就長(zhǎng)了很多,。

公司可根據(jù)各種型號(hào)選擇適合自已的供應(yīng)時(shí)間，還有各種牌子的UPS電源像安第斯UPS山特UPS科華UPS寶星UPS科士達(dá)UPS等,。長(zhǎng)效型為1-8小時(shí),。根據(jù)我平時(shí)工作的類(lèi)型和需求，UPS電源根據(jù)備用時(shí)間可分為規(guī)范型及長(zhǎng)效型,。規(guī)范型UPS備用是案件為5-15分鐘,。選擇適合我自已的UPS電源。假如在停電時(shí),，只需要滿足保管數(shù)據(jù),、退出的要求，那即可選擇規(guī)范型UPS假如你設(shè)備在停電時(shí),，短時(shí)間的備用時(shí)間還缺乏以滿足你需求,，那么你可選用長(zhǎng)效型UPS。
2 UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能

機(jī)房UPS容量的規(guī)劃,可以根據(jù)不同時(shí)期的負(fù)載容量要求,采用逐步擴(kuò)容的方案,使投資方案更經(jīng)濟(jì),同時(shí)也能使UPS工作于較佳的效率點(diǎn),。目前中,、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能,不僅提高了系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)也為機(jī)房擴(kuò)容提供了條件。只要規(guī)劃時(shí)在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開(kāi)關(guān),并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間,即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能,。關(guān)鍵是并機(jī)的過(guò)程處理,多種品牌UPS并機(jī)時(shí)需要對(duì)UPS的設(shè)置進(jìn)行修正,此時(shí)要求UPS必須工作在維修旁路狀態(tài),UPS由市電直接帶載,如果此時(shí)市電波動(dòng)較大甚至停電,將造成系統(tǒng)的大面積癱瘓,。所以并機(jī)擴(kuò)容必須具備在線并機(jī)功能,即UPS并機(jī)擴(kuò)容時(shí),只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后,在不關(guān)閉原有UPS系統(tǒng)的情況下,直接將新增UPS并入原有系統(tǒng)即可,擴(kuò)容前后,UPS均工作于在線模式下,避免切換至旁路供電的高風(fēng)險(xiǎn)操作。

2.3采用模塊化UPS,實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容
靜態(tài)旁路必須采用兩組高可靠晶閘管,不得采用接觸器加晶閘管的組合,因?yàn)榻佑|器吸合時(shí),接觸點(diǎn)會(huì)打火,一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作了。而晶閘管則不存在此問(wèn)題,同時(shí)可以縮短切換時(shí)間,。

(2)建議使用在較好的電力環(huán)境下,比如供電單位等,。

4 降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈現(xiàn)一定阻抗,等效為電阻,、電感和電容構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò),由于非線性負(fù)載產(chǎn)生的非正弦電流,造成電路中電流和電壓畸變,稱(chēng)為諧波,。諧波的危害包括:引起電氣組件附加損耗和發(fā)熱(如電容、變壓器,、電機(jī)等);電氣組件溫升高,、效率低、加速絕緣老化,、降低使用壽命;*設(shè)備正常工作;無(wú)功功率增加,電力設(shè)備有功容量降低(如變壓器,、電纜、配電設(shè)備);供電效率低;出現(xiàn)諧振,特別是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)更嚴(yán)重;空開(kāi)跳閘,、熔絲熔斷,、設(shè)備無(wú)故損壞。UPS對(duì)于電網(wǎng)而言是一個(gè)非線性負(fù)載,在工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的諧波,。以配置6脈沖整流器的UPS為例,其輸入功率因數(shù)一般為0.75左右,諧波大于30%,。降低UPS工作諧波的主要方法有:

(1)采用12脈沖整流器。其原理是在原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上,在輸入側(cè)增加一個(gè)移相變壓器和6脈沖整流器,。采用該技術(shù)方案后,可以將諧波降低至10%左右,。優(yōu)點(diǎn)是較為簡(jiǎn)單,諧波改善明顯;缺點(diǎn)是對(duì)功率因數(shù)改善有限,價(jià)格略高,。

(2)采用無(wú)源濾波器,。依據(jù)LC濾波電路原理,對(duì)UPS產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除,并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單,成本較低;缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償特點(diǎn)階次的諧波,同時(shí)受負(fù)載阻抗影響較大,無(wú)法適用于全功率段,。

(3)采用有源濾波器,。原理是利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的,。優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個(gè)階次的諧波,且不受負(fù)載阻抗大小的影響;缺點(diǎn)是購(gòu)置成本較高,。

(4)采用高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)整流器。原理是采用高頻率PWM控制IGBT導(dǎo)通,對(duì)輸入電壓波形進(jìn)行分割,使輸入電流波形盡量接近正弦波,并對(duì)輸入電壓和電流相位差進(jìn)行補(bǔ)償,。優(yōu)點(diǎn)是體積輕,價(jià)格便宜,效果好;缺點(diǎn)是技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易維護(hù),受功率器件影響,目前容量大小受到限制,。

以上幾種技術(shù),性能及投資對(duì)比如表1所示,可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方案。

目前,模塊化UPS已經(jīng)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)應(yīng)用,模塊化UPS特點(diǎn)主要包括:可擴(kuò)容,、平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)短,、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。以臺(tái)達(dá)C系列UPS為例,每個(gè)模塊為20kVA,整個(gè)系統(tǒng)可擴(kuò)容至160kVA,可以根據(jù)機(jī)房的實(shí)際容量需求,逐步擴(kuò)容,只要在機(jī)房初期規(guī)劃好配電容量即可,。同時(shí),實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余也比較劃算,以60kVA的容量要實(shí)現(xiàn)“N+1”冗余為例,傳統(tǒng)方案必須擴(kuò)容一臺(tái)60kVAUPS,而采用模塊化UPS,則只需擴(kuò)容一個(gè)20kVA的模塊即可,節(jié)省大筆資金的投入,。

3 提高UPS自身能效,優(yōu)化負(fù)載效率曲線

目前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架,在其工作時(shí)整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個(gè)容量為400kVA的UPS為例,每度電按0.95元計(jì)算,UPS效率每提高1%,一年節(jié)省的電費(fèi)為400×0.8×0.01×24×365×0.95=26630.4元,?？梢?jiàn)提高UPS的工作效率,可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi),可見(jiàn)提高UPS效率是降低整個(gè)機(jī)房能耗的直接方法。因此采購(gòu)UPS,盡量采購(gòu)效率更高的UPS,。

  圖2 UPS效率與輸出功率關(guān)系曲線

    　圖3 ECO模式轉(zhuǎn)正常供電模式波形圖

當(dāng)然UPS效率高不僅僅是滿載時(shí)效率高,同時(shí)也必須具備一個(gè)較高的效率曲線,特別是在“1+1”并機(jī)系統(tǒng)時(shí),根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃,每臺(tái)UPS容量不得大于50%,如果此次效率僅為90%以下,就算滿載效率達(dá)到95%以上,也是沒(méi)有意義的,所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線,使UPS效率在較低負(fù)載時(shí)也能達(dá)到較高的效率,。以臺(tái)達(dá)C系列20kVAUPS為例,其滿載功率為20kVA/18kW,如圖2所示,其負(fù)載在2kW以下時(shí)已經(jīng)高于90%,從6kW到16kW就已經(jīng)能夠滿足95%的高效率。

除了提高UPS自身的效率之外,UPS上面的一些功能也可加以利用,。比如像ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,其原理是在較好的市電環(huán)境時(shí),激活此功能,使UPS由靜態(tài)旁路直接供電,此時(shí)逆變器處于待機(jī)狀態(tài),正常工作,但不輸出能量,一旦市電異常,UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài),切換時(shí)間一般在1ms以內(nèi),具體可參考圖3,由于此時(shí)的逆變器處于待機(jī)狀態(tài),所以自身?yè)p耗很小,此時(shí)UPS的整機(jī)效率可以達(dá)到97%以上,比正常模式減少3%以上的損耗,。