UPS是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨(dú)立電源，是一種蓄電池靜止型不間斷供電裝置。它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組組成。平時(shí)，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗?duì)蓄電池浮充電，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負(fù)載，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當(dāng)市電因故停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對(duì)重要負(fù)荷供電。

　　GB50052---1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的強(qiáng)制性條文規(guī)定："一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個(gè)電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。"柴油發(fā)電機(jī)組可以作為應(yīng)急電源，但其反應(yīng)速度太慢，要15，才能恢復(fù)供電，這與現(xiàn)代化的通信及網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)流無法匹配。因此，工程中的一些重要部門和系統(tǒng)必須考慮不間斷電源UPS供電。

　　1.交流不間斷電源系統(tǒng)供電

　　在下列情況下應(yīng)設(shè)計(jì)并采用交流不間斷電源系統(tǒng)供電：

　　(1)對(duì)供電可靠性要求較高，采用備用電源自動(dòng)投人方式或柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急自啟動(dòng)方式等仍不能滿足要求時(shí)。

　　(2)一般穩(wěn)壓穩(wěn)頻設(shè)備不能滿足要求時(shí)。

　　(3)需要保證順序斷電安全停機(jī)時(shí)。

　　(4)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制時(shí)。

　　(5)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)。

　　計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)電源要求質(zhì)量較高，不僅要求采用不間斷供電系統(tǒng)，而且要求電源電壓波動(dòng)在一定范圍以內(nèi)才能正常工作。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要求電源電壓的波動(dòng)在±5%以內(nèi)。

　　2.UPS的特性

　　UPS是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨(dú)立電源，是一種蓄電池靜止型不間斷供電裝置。它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組組成。平時(shí)，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗?duì)蓄電池浮充電，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負(fù)載，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當(dāng)市電因故停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對(duì)重要負(fù)荷供電。

　　UPS的不間斷特性體現(xiàn)在其"同步切換"工作程序上，當(dāng)市電與逆變器進(jìn)行切換時(shí)，其控制系統(tǒng)會(huì)適時(shí)地檢測(cè)市電的同步范圍，在市電不超限時(shí)，逆變器實(shí)現(xiàn)"先通后斷"的供電，從而保證了供電系統(tǒng)的"無間斷切換"。

　　市場(chǎng)上的UPS產(chǎn)品，其容量規(guī)格大致有0.25、0.4、0.6、1、2、3、4、5、10、15、20、40、60、80、100、120、160、200、300、400、500、600、800、1000kV A等，并巳形成系列化產(chǎn)品。一般都經(jīng)IS0g00l國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、UL安全標(biāo)準(zhǔn)及CE抗電磁干擾認(rèn)證和標(biāo)記。多數(shù)采用了PWM脈寬調(diào)頻技術(shù)、PIGBT高效功率器件、微處理器主/從控制技術(shù)等，可雙機(jī)或多機(jī)并聯(lián)。具備電池測(cè)試維護(hù)、微機(jī)監(jiān)控元人值守、可遠(yuǎn)程通信等功能;在機(jī)器構(gòu)成上，元器件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、互換性好;有寬電壓輸入、高效率輸出、過載能力強(qiáng)等優(yōu)良性能。

　　3.UPS的供電方式

　　UPS電源的工作方式根據(jù)用電設(shè)備對(duì)供電可靠性和連續(xù)性的要求可分為單一式、并聯(lián)式、冗余式和并聯(lián)冗余式等方式;根據(jù)用電設(shè)備對(duì)供電可靠性和管理方便的要求也可分為分散式、集中式、分散與集中相結(jié)合三種方式。分散式UPS供電采用的設(shè)備容量都比較小，支持時(shí)間較短，適合用于一些辦公區(qū)和控制室;集中式UPS供電適合一些要求支持時(shí)間較長(zhǎng)和較大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等。應(yīng)當(dāng)根據(jù)甲方需求來確定采用哪種UPS的供電方式和容量。集中設(shè)置的UPS電源容量的統(tǒng)計(jì)需由設(shè)計(jì)方與業(yè)主密切配合，并考慮所選UPS產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率。尤其是功率較大時(shí)，UPS轉(zhuǎn)換效率非常重要，效率高就可節(jié)省初期投資和長(zhǎng)期能源損耗的費(fèi)用。

　　一般情況下，機(jī)房供電采用市電十UPS后備電池相結(jié)合的方式較多。正常情況下，市電通過UPS穩(wěn)頻穩(wěn)壓后給計(jì)算機(jī)設(shè)備供電，保證計(jì)算機(jī)設(shè)備的電能質(zhì)量;當(dāng)市電停電時(shí)，后備電池通過UPS逆變后給計(jì)算機(jī)設(shè)備供電，保證計(jì)算機(jī)設(shè)備的電源。市電與UPS后備電池間通過靜電轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，確保計(jì)算機(jī)設(shè)備無瞬間斷電。

UPS(Uninterruptible Power System)系統(tǒng),即不間斷電源系統(tǒng),串聯(lián)于交流基礎(chǔ)電源與受電設(shè)備之間,在市電停電后,可繼續(xù)為設(shè)備供電一段時(shí)間,同時(shí)消除市電上的電涌、瞬間過電壓、欠電壓和頻率偏移等“電源污染”對(duì)受電系統(tǒng)的影響,提高供電質(zhì)量。

　　蓄電池組是UPS系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度,而且又是整個(gè)UPS系統(tǒng)中平均無故障時(shí)間最短的一種器件。因此,蓄電池組的選擇直接影響到UPS系統(tǒng)的可靠性。

　　1 UPS系統(tǒng)的蓄電池發(fā)展趨勢(shì)

　　從UPS的運(yùn)用環(huán)境上看,大功率UPS產(chǎn)品主要應(yīng)用在電信、工業(yè)、金融、政府等行業(yè)及航空航天等大型數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中,蓄電池的發(fā)展有以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　(1)備電時(shí)間短

　　蓄電池的作用在于:當(dāng)市電出現(xiàn)故障后,油機(jī)起動(dòng)和切換的時(shí)間內(nèi)支持UPS繼續(xù)向負(fù)載供電。但是,由于柴油發(fā)電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間一般在10～15s內(nèi),而電網(wǎng)向油機(jī)切換時(shí)間僅有幾百毫秒，所以蓄電池的備電時(shí)間很短，但考慮到大電流放電的電池容量利用率低，因此，備電時(shí)間5～15min就足夠了。

　　(2)高功率

　　從市場(chǎng)情況看,2012年開始,100kVA、120kVA、200kVA、400kVA等大功率的UPS產(chǎn)品取得了快速增長(zhǎng),大功率產(chǎn)品已超過中小功率的市場(chǎng)份額。由于大功率UPS產(chǎn)品逐漸成為市場(chǎng)的主流,而且備電時(shí)間逐漸縮短,因此蓄電池的放電功率也逐漸提高。

　　2 蓄電池選型--恒功率法

　　(1)恒功率計(jì)算方法

　　蓄電池是通過UPS的逆變器向負(fù)載放電,由于UPS向負(fù)載供電功率是恒定的,所以電池也是恒功率放電。對(duì)于UPS選擇電池,其主機(jī)容量、蓄電池功率、備電時(shí)間、電池容量等都是重要的參數(shù)。因此,UPS系統(tǒng)中后備電源選型方法中最普遍的方法是恒功率法。

　　恒功率P(nc)計(jì)算公式為

　　式中,P(VA)—UPS標(biāo)稱容量(VA);

　　PF—UPS負(fù)載功率因數(shù);

　　η—逆變器轉(zhuǎn)換效率;

　　n—機(jī)器配置的電池?cái)?shù)量;

　　N—單體電池?cái)?shù)量。

　　根據(jù)廠家恒功率放電數(shù)據(jù)表中選擇合適的產(chǎn)品規(guī)格。

　　(2)電池選型計(jì)算舉例

　　例如:UPS功率為P(VA)=80kVA,電池后備時(shí)間為15min,負(fù)載功率因數(shù)PF=0.9,逆變器轉(zhuǎn)換效率η=0.94,放電終止電壓為1.67V/單格;UPS直流電壓為384V,N=384/12=32只,n=6(電池單格數(shù)),則

　　因此,備電時(shí)間為15min,放電終止電壓為1.67V,其電池功率需398.2W(見表1)。

　　因此,直流380V、80kVA的UPS系統(tǒng),備電時(shí)間為15min,應(yīng)當(dāng)選擇一組32只12VHRL-400電池即可。

　　3 高功率型電池的優(yōu)勢(shì)

　　(1)高功率密度

　　目前,大多數(shù)UPS設(shè)備的功率逐漸提升,這也導(dǎo)致了設(shè)備的平均單機(jī)功率密度增加。據(jù)ASHRAE2預(yù)測(cè),2014年國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心平均單機(jī)功率密度大約為3.7kW,而全球數(shù)據(jù)中單機(jī)柜功率密度大約6.5kW。UPS系統(tǒng)的功率密度的提升加重了系統(tǒng)的冷卻性能和電池的功率性能的負(fù)擔(dān),蓄電池功率提升也為了適應(yīng)當(dāng)今UPS系統(tǒng)功率不斷提升的需要,因此,高功率型蓄電池將成為未來UPS系統(tǒng)后備電源的必然選擇。

　　例如,放電條件:15min備電時(shí)間,放電至終止電壓為1.67(V/單格)。南都功率型電池(HRL-400,相同標(biāo)稱容量)的功率性能就由310(W/只)提升到400(W/只),電池的功率上升幅度達(dá)到27%,如圖1所示。大幅提升了蓄電池的恒功率的放電性能。

　　(2)節(jié)省空間/成本

　　數(shù)據(jù)中心的持續(xù)增加,促進(jìn)了UPS市場(chǎng)的積極增長(zhǎng),這當(dāng)然也包括了蓄電池。然而,由于建設(shè)的成本不斷推高,對(duì)于需要占有大量空間的后備電源來說,使用高功率電池可以減少電池使用數(shù)量,從而節(jié)省更多空間。另外,當(dāng)電池的功率性能提升時(shí),那么其功率的單價(jià)則將大幅減少,降低電池采購(gòu)成本。

　　①節(jié)省空間

　　后備電源往往需要占用大量空間,而目前的大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本大約為每平方米2～3萬(wàn)元,電池占用空間節(jié)省,顯然其節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。

　　例如,根據(jù)公式處理所得

　　以南都電池HRL-400為例

　　當(dāng)恒功率性能提升27%時(shí),那么其實(shí)際需要使用的數(shù)量將相應(yīng)地減少21%,這就大大減少了電池所需占用的空間,從而節(jié)約電池采購(gòu)成本以及空間成本。

　　②節(jié)省成本

　　電池成本如果按照容量計(jì)算,對(duì)于容量相同的電池,這樣并不能體現(xiàn)高功率型電池價(jià)格的優(yōu)勢(shì)。另外,現(xiàn)在電池的選擇方式逐漸以恒功率法的選擇方式為主。因此,電池的單價(jià)應(yīng)該以功率的價(jià)格計(jì)算為主(元/瓦)。

　　例如:

　　式中,M電池—電池的價(jià)格(元);

　　P15min—15min的額定容量(W);

　　m單價(jià)—電池單價(jià)(元/瓦);

　　單個(gè)電池的功率提升時(shí),其電池的單價(jià)也將相

　　應(yīng)減少,因此高功率型電池單價(jià)(元/瓦)將有較大幅

　　度地下降,從而也節(jié)省了電池采購(gòu)成本。

　　(3)高可靠性/長(zhǎng)壽命

　　隨著UPS系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,不論是普通型UPS還是大型數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)對(duì)蓄電池的可靠性和使用壽命的要求也越來越高。因此,針對(duì)上述情況,國(guó)內(nèi)外廠家也加大了研發(fā)力度。因此,不僅提升了蓄電池的功率性能,而且還提升了高功率型電池的可靠性和使用壽命。

　　例如,南都高功率型電池從鉛膏配方、板柵設(shè)計(jì)與極板設(shè)計(jì)等各個(gè)方面進(jìn)行了研究,并且借鑒了南都強(qiáng)大的高溫電池技術(shù),大幅提升了電池可靠性和使用壽命。

　　(4)節(jié)能減排

　　下一代綠色數(shù)據(jù)中心將力求實(shí)現(xiàn)“節(jié)能環(huán)保,綠色低碳”,并大力提倡全生命周期低碳運(yùn)營(yíng)的思想,涵蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備材料選型、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)維管理各個(gè)環(huán)節(jié),從技術(shù)和管理上綜合開展節(jié)能減排工作。

　　選擇高功率型電池,其蓄電池使用的數(shù)量與相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心蓄電池占用空間減少,也使得電池維護(hù)成本降低;同時(shí),蓄電池充電時(shí)產(chǎn)生的熱量也隨之減少,這對(duì)數(shù)據(jù)中心中空調(diào)運(yùn)行的數(shù)量及其空調(diào)運(yùn)行所需的電量也將大幅降低。由于建設(shè)用地、電池維護(hù)、空調(diào)運(yùn)行等方面的實(shí)際需求量減少后,這樣就使整個(gè)數(shù)據(jù)中心更好地達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo),真正地實(shí)現(xiàn)了“低碳、綠色”。