UPS及EPS的應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)

摘要：就當(dāng)前一體化機(jī)房供電系統(tǒng)、UPS與EPS的應(yīng)用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：UPS；EPS（應(yīng)急電源）；應(yīng)用技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1??? 一體化機(jī)房供電系統(tǒng)的新理念

1.1??? 電力不足與電力災(zāi)難

??? 2003年8月14日下午美國(guó)東北部、中西部和加拿大南部發(fā)生大面積停電，這次持續(xù)29個(gè)小時(shí)的大面積停電，不僅給5000萬美國(guó)人和加拿大人的生活帶來極大不便，而且造成300億美元以上的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

??? 我國(guó)也面臨著電力供不應(yīng)求的尖銳矛盾與事故頻頻發(fā)生的嚴(yán)峻形勢(shì)。今年6月我國(guó)電力部門已宣布，今年將發(fā)生嚴(yán)重的“電荒”，決定對(duì)24個(gè)省市自治區(qū)采取拉閘限電的措施來保證基本的電力供應(yīng)。我們應(yīng)從北美發(fā)生大停電的教訓(xùn)中得到警示，意識(shí)到自身電網(wǎng)存在的問題和隱患。

??? 隨著中國(guó)信息化建設(shè)的成熟，信息系統(tǒng)已經(jīng)涵蓋了各種系統(tǒng)，其中包括航空、氣象、金融、通訊以及交通等重點(diǎn)行業(yè)，這些系統(tǒng)無疑是國(guó)家的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，而電力系統(tǒng)則是維持這些基礎(chǔ)設(shè)施不間斷運(yùn)行的必要保證。

??? 顯然，用戶不可能左右整個(gè)電網(wǎng)的可靠性，但可以積極地做好自身小環(huán)境的電力保護(hù)，因此，用戶自我保護(hù)是當(dāng)前解決企業(yè)電力問題的現(xiàn)實(shí)之舉，而UPS能夠有效地解決停電事故和電力質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，在美國(guó)、日本以及西歐等國(guó)家UPS已得到廣泛應(yīng)用。

??? 現(xiàn)在用戶已經(jīng)認(rèn)識(shí)到UPS和備用發(fā)電機(jī)(油機(jī))的重要性。我國(guó)用戶多采用長(zhǎng)延時(shí)UPS，而國(guó)外用戶多采用“UPS＋油機(jī)”的方式。事實(shí)上，UPS的電池與油機(jī)的初始成本相差不多，但油機(jī)后期維護(hù)成本更低一些，而UPS的電池則需要定期充放電，每隔幾年需要更換，并且供電維持時(shí)間很難超過8h，而出現(xiàn)電力事故時(shí)，UPS的任務(wù)主要是承擔(dān)從電力中斷到柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)的供電，保證電力供應(yīng)不出現(xiàn)中斷，而此后的供電應(yīng)當(dāng)交給發(fā)電機(jī)。

??? 雙路供電也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)小環(huán)境電力保護(hù)的一種有效方式，但雙路供電必須有來自不同配電站的電源供給。并且，機(jī)房的UPS還要有冗余的備份設(shè)備。

??? 對(duì)企業(yè)小環(huán)境電源保護(hù)系統(tǒng)的配置，用戶應(yīng)考慮關(guān)鍵設(shè)備的主次之分。首先應(yīng)保護(hù)最重要的關(guān)鍵設(shè)備，然后是相對(duì)次要的負(fù)載。并根據(jù)設(shè)備的重要程度選擇適當(dāng)?shù)碾娏ΡＷo(hù)措施，避免不必要的投資，造成浪費(fèi)。

1.2??? 不間斷供電系統(tǒng)

??? 自從計(jì)算機(jī)問世以來，對(duì)其供電系統(tǒng)的研究就成為保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要課題。計(jì)算機(jī)類(計(jì)算機(jī)及其它IT設(shè)備等)設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)的要求是比較苛刻的，它不僅要求供電系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源，保證供電的連續(xù)性，還要求提供相應(yīng)的環(huán)境物理?xiàng)l件和必要的系統(tǒng)安全保證措施，供電系統(tǒng)應(yīng)有很高的“可維護(hù)性”和“可管理性”，以及能夠適應(yīng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷發(fā)展變化的“可擴(kuò)展性”。

??? 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的供電以市電為主。影響供電質(zhì)量的客觀因素一方面是一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)的發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量和配電水平、供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配電設(shè)備以及維護(hù)管理自動(dòng)化水平的落后，是供電質(zhì)量差、可靠性低的重要原因；另一方面是各種不同性質(zhì)的負(fù)載，特別是一些大容量感性、容性、沖擊性、非線性的負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)造成污染，使電網(wǎng)電壓的幅值變化、波形畸變、頻率漂移；另外，自然或人為的原因，如地震、雷擊、輸變電系統(tǒng)斷路或短路等，都會(huì)危害電力的正常供應(yīng)，從而影響負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。

??? 當(dāng)前，從全球經(jīng)濟(jì)模式及商務(wù)運(yùn)作形式一直到人們的日常生活方式都在發(fā)生著巨大的變化，其中最明顯的莫過于Internet(互聯(lián)網(wǎng))和E－Business(電子商務(wù))的迅猛發(fā)展，全球網(wǎng)絡(luò)、全球通訊、信息實(shí)時(shí)處理以及一年365天（8760h）的貿(mào)易，將逐漸變成日常生活中不可或缺的組成部分。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所有的硬件加在一起的費(fèi)用也只是全部網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的一小部分(約20％)，而大部分費(fèi)用用在檢查錯(cuò)誤，服務(wù)器的重新啟動(dòng)，維護(hù)和更新以及數(shù)據(jù)重建等上面。從某種意義上講，保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)比保護(hù)用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更為重要。一個(gè)大型企業(yè)，深知自己成功與否取決于計(jì)算機(jī)，即使供電系統(tǒng)出現(xiàn)很短時(shí)間的故障，就可能出現(xiàn)如下的致命后果：有損形象；丟失合同；丟失客戶；中止客戶服務(wù)；產(chǎn)品積壓；丟失運(yùn)行的數(shù)據(jù)。一個(gè)網(wǎng)站宕機(jī)，一個(gè)潛在的用戶在8s內(nèi)離開，一個(gè)路由器宕機(jī)，局域網(wǎng)上可能有幾百個(gè)用戶無法工作；一個(gè)光纖室宕機(jī)，可能有幾千個(gè)用戶斷開網(wǎng)絡(luò)連接。

??? 供電系統(tǒng)除了要向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源外，保證供電的連續(xù)性已經(jīng)成為重要的不可缺少的功能，不間斷供電系統(tǒng)(UPS)就是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。UPS供電系統(tǒng)從產(chǎn)生到現(xiàn)在已有幾十年的發(fā)展歷程，在技術(shù)不斷發(fā)展和改進(jìn)的過程中，其保護(hù)功能也在不斷地發(fā)生變化，特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的今天，這種變化就更明顯，圖1顯示了這個(gè)變化過程。1993年以前著重追求對(duì)硬件的保護(hù)，1993年開始，更多的用戶把電源對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)要求放在了最重要的地位。

圖1??? 供電系統(tǒng)保護(hù)功能的變化

1.3??? 一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

??? 隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入和用戶需求的個(gè)性化，對(duì)UPS的應(yīng)用要求呈現(xiàn)高可靠性、可管理性以及經(jīng)濟(jì)性并重的趨勢(shì)，集不間斷電源、機(jī)柜、電源管理、散熱、電力電纜和數(shù)據(jù)布線為一體的全套電源供應(yīng)與管理的“整體方案”可以大大便利用戶的選購、安裝、維護(hù)和擴(kuò)容，降低日常管理、維護(hù)的成本。這種應(yīng)用趨勢(shì)演變?yōu)?a target="_blank">廠商之間綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，包含產(chǎn)品技術(shù)、方案提供以及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等多方面的因素。

??? 當(dāng)前所說供電機(jī)房已不再是傳統(tǒng)意義的UPS設(shè)備，而是網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施的體現(xiàn)，它是一套集成系統(tǒng)，UPS設(shè)備只能說成是該系統(tǒng)的核心部件。

??? 由于UPS和EPS（應(yīng)急電源）等電源保障系統(tǒng)是支持大型電腦、電子設(shè)備、電機(jī)設(shè)備系統(tǒng)的，這些系統(tǒng)要有集中測(cè)控的設(shè)備來監(jiān)控整個(gè)過程的運(yùn)行。10年前電源保障比較簡(jiǎn)單，只是單機(jī)單元進(jìn)行監(jiān)視與維護(hù)。后來隨著系統(tǒng)愈來愈大，所用的UPS容量也愈來愈大，并要求高可靠性。例如民航導(dǎo)航與空管站的UPS，要求有兩套來自不同電網(wǎng)的功率均分并機(jī)系統(tǒng)，兩臺(tái)UPS再并機(jī)，即用雙總線系統(tǒng)來保證高可靠性與高可用性。如一臺(tái)UPS出故障，可由并機(jī)的另一臺(tái)承擔(dān)。一路市電出問題，還有另一路市電來承擔(dān)。與此同時(shí)還要求能監(jiān)控每一塊電池，對(duì)發(fā)電機(jī)組也需監(jiān)控，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)電池也得監(jiān)控。于是電源就成了一個(gè)與負(fù)載——電腦設(shè)備、電子設(shè)備、機(jī)電設(shè)備同等重要而復(fù)雜的系統(tǒng)。當(dāng)然，技術(shù)上是可以解決的，但最終受限于成本和價(jià)格。于是電源網(wǎng)絡(luò)化與IT化結(jié)合起來，形成“電源、發(fā)電機(jī)、電池及被保護(hù)的電腦、電子、機(jī)電”網(wǎng)絡(luò)一體化的系統(tǒng)。也就是把UPS、EPS、電池、發(fā)電機(jī)，與被保護(hù)的電腦、電子、機(jī)電系統(tǒng)看作是一個(gè)整體。即“電源、電池、電機(jī)、電腦、電子、機(jī)電”的“六電一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”。

??? 只顧眼前利益忽視安全要求是非常危險(xiǎn)的。近來報(bào)道的一些廠礦事故、城市火災(zāi)、坍塌事故等乃是這種意識(shí)的嚴(yán)重后果。對(duì)于“六電一體網(wǎng)”的建設(shè)絕不是一個(gè)把UPS、EPS、電池、電機(jī)與被保護(hù)的電腦、電子(如雷達(dá)、導(dǎo)航、通信)、機(jī)電設(shè)備(自動(dòng)化系統(tǒng))簡(jiǎn)單地接在一個(gè)Ethernet（以太網(wǎng)）上就行了。還要保證物流、能流、人流與信息流能夠充分地流動(dòng)起來。

2??? UPS與EPS的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1??? 常用型UPS的特點(diǎn)及功能

U??? PS按其設(shè)計(jì)原理與工作方式可分為離線式UPS、在線式UPS、在線互動(dòng)式UPS三種。

??? 離線式UPS亦稱后備式UPS，以小功率（5kVA以下）為主，主要對(duì)市電進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓調(diào)整，以便向負(fù)載提供更為穩(wěn)定的電壓，同時(shí)通過充電器把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)，一旦電力中斷、電網(wǎng)電壓或電網(wǎng)頻率超出UPS的輸入范圍，可在極短的時(shí)間內(nèi)(幾ms)開啟自身的儲(chǔ)備電源，向負(fù)載供電，此類UPS的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高、易于維護(hù)且價(jià)格低廉，為絕大多數(shù)中小功率用戶電源保護(hù)的首選。

??? 在線式UPS以中大功率(5kVA以上)為主，逆變器始終處于工作狀態(tài)，與用電設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，在供電狀態(tài)下的主要功能是穩(wěn)壓和防止電壓波動(dòng)和干擾，避免負(fù)載遭到長(zhǎng)期低品質(zhì)電力的侵害，一旦市電中斷，UPS中的逆變器會(huì)利用機(jī)內(nèi)蓄電池所提供的電能來維持負(fù)載的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為零，真正實(shí)現(xiàn)了不間斷供電。該類UPS供電質(zhì)量高，但價(jià)格昂貴。

??? 在線互動(dòng)式UPS以網(wǎng)絡(luò)使用為主，它結(jié)合了離線式效率高和在線式供電質(zhì)量高的特點(diǎn)，與離線式UPS相比切換時(shí)間短。

??? 一臺(tái)UPS應(yīng)該包括傳統(tǒng)意義上的以下環(huán)節(jié)和功能：能在各種復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行；在運(yùn)行中不會(huì)對(duì)市電產(chǎn)生附加的干擾；輸出電性能指標(biāo)應(yīng)該是全面的、高質(zhì)量的，能滿足負(fù)載的各項(xiàng)要求；UPS本身應(yīng)具有很高的效率，有接近實(shí)際市電的輸出能力；是一臺(tái)智能化程度很高的設(shè)備，有高度智能化的自檢功能，自動(dòng)顯示、報(bào)警、狀態(tài)記憶功能，以及通訊功能；UPS不僅向由它直接供電的各種硬件設(shè)備提供全面的保護(hù)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，還應(yīng)該向他們所運(yùn)行的軟件以及數(shù)據(jù)傳輸途徑提供安全可靠的保護(hù)，可配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件，使其具有遠(yuǎn)程管理能力，使用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)之間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)通訊操作。

2.2??? UPS與網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)密切相關(guān)

??? 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的UPS，特別是中大型UPS，不只是一臺(tái)停電后可以繼續(xù)向負(fù)載供電的整機(jī)產(chǎn)品，而且已成為一個(gè)小型的，或者說局部的高度可靠、性能齊全、高度智能化的供電中心。在網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，UPS已經(jīng)成為一個(gè)高度智能化的設(shè)備，它對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑進(jìn)行全面的保護(hù)，使之成為不間斷網(wǎng)絡(luò)。

??? 它具有如下技術(shù)特性。

2.2.1??? 高可靠性

??? 具有能在365天(每天24h)連續(xù)提供高質(zhì)量輸出電壓的供電能力。這就意味著，在UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中既不允許出現(xiàn)任何瞬間供電中斷或停電事故，也不允許出現(xiàn)由市電經(jīng)交流旁路直接向負(fù)載供電的局面。為此，要求UPS供電系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：

??? 1）UPS單機(jī)本身的故障率低，目前大型UPS產(chǎn)品的平均無故障工作時(shí)間(MTBF)可達(dá)（2～4）×105h；

??? 2）采用具有高度容錯(cuò)功能的“N＋1”型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)一步提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性〔“1＋1”型冗余并機(jī)系統(tǒng)的典型MTBF值可達(dá)（14～20)×105h〕；

??? 3）在整套UPS供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在單點(diǎn)瓶頸性故障隱患；

??? 4）允許在UPS逆變器連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行不停電的維護(hù)和檢修操作；

??? 5）萬一在用戶設(shè)備端出現(xiàn)短路故障時(shí)，應(yīng)將故障的影響范圍縮小到盡可能小的范圍。

2.2.2??? 高抗干擾性

??? UPS供電系統(tǒng)能使互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲得100％的高可利用率(低誤碼率，低數(shù)據(jù)傳輸丟失率、高網(wǎng)絡(luò)接通率)，創(chuàng)造優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境。

??? 大量的運(yùn)行實(shí)踐表明，電源干擾問題是造成互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可利用率下降的重要原因之一。能否盡可能地消除電源干擾是確保信息網(wǎng)絡(luò)能否獲得100％的高可利用率的關(guān)鍵所在。應(yīng)當(dāng)說明的是，電源干擾不僅來源于普通的市電電網(wǎng)，還來源于設(shè)計(jì)不完善的UPS本身及用戶的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本身。這是因?yàn)榕渲迷?a target="_blank">IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)和MDC(多媒體數(shù)據(jù)中心)機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器、磁盤陣列機(jī)、交換機(jī)等均內(nèi)置有開關(guān)電源。這種整流濾波型非線性負(fù)載會(huì)向UPS供電系統(tǒng)反射3～23次諧波干擾，其可能帶來的后果之一是降低語音通話質(zhì)量。實(shí)踐證明，過大或過多出現(xiàn)電源干擾，輕者會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)的傳輸速率下降、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟失率增大、Modem的上網(wǎng)掉線率增大等隱形故障，從而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被迫進(jìn)入降額使用狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。從這個(gè)角度來看，高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展在給UPS產(chǎn)業(yè)帶來巨大商機(jī)的同時(shí)，也對(duì)UPS所能提供的供電質(zhì)量提出更為嚴(yán)格的要求。

2.2.3??? 具有防雷擊及抗浪涌的功能

??? 雷擊、閃電及電網(wǎng)上的浪涌嚴(yán)重威脅UPS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全。如無相應(yīng)的保護(hù)措施，將造成UPS系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件的損壞。UPS應(yīng)具有這方面的保護(hù)電路，其指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家及國(guó)際安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4??? 過載能力強(qiáng)

??? 由于計(jì)算機(jī)等屬于整流濾波型負(fù)載，在啟動(dòng)時(shí)往往有較大的瞬態(tài)沖擊電流，如果UPS的過載能力弱，有可能造成嚴(yán)重后果導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

2.2.5??? 智能化監(jiān)控

??? 在UPS和計(jì)算機(jī)／網(wǎng)絡(luò)之間建立起雙向通信監(jiān)控管理功能。利用監(jiān)控軟件管理UPS的運(yùn)行、操作。當(dāng)市電中斷或UPS蓄電池電壓處于低限時(shí)，監(jiān)控軟件可將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)安全存盤、系統(tǒng)安全關(guān)機(jī)，然后關(guān)閉UPS，避免因電力突然中斷而造成操作系統(tǒng)的損壞和數(shù)據(jù)資料的損失，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)。

2.3??? EPS的興起及現(xiàn)狀

??? EPS已被廣泛應(yīng)用于建筑電氣領(lǐng)域和特殊應(yīng)急供電場(chǎng)合。隨著社會(huì)發(fā)展，越是信息化、現(xiàn)代化，就越依賴于電力。突然的斷電必然會(huì)給人們正常的生活秩序和學(xué)習(xí)帶來影響，尤其是對(duì)于生產(chǎn)、生活中特別重要的負(fù)荷，一旦中斷供電，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，電力故障具有突發(fā)性，不以人們的意志為轉(zhuǎn)移，即使電網(wǎng)設(shè)施再先進(jìn)，意外的斷電也在所難免。目前，城市供電系統(tǒng)的安全對(duì)策一般是采用并網(wǎng)供電，為城市電力提供可靠的電源保護(hù)。但從企業(yè)及工業(yè)、民用建筑使用情況來看，僅僅靠公用電網(wǎng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須具備應(yīng)急供電系統(tǒng)（EPS），其重要性是在事故發(fā)生的情況下確保提供所需的應(yīng)急電力，以有效降低因?yàn)閿嚯姸斐傻膿p失，為人們生產(chǎn)和生活安全提供保障。因此，EPS也被稱為“城市生命線系統(tǒng)”的重要組成部分。

2.3.1??? EPS的分類

??? 目前市場(chǎng)上的EPS品牌眾多，大家在設(shè)計(jì)上所采用的控制方式和控制手段不盡相同，但針對(duì)所帶負(fù)載的種類大致可以歸納為以下三種：一是主要用于應(yīng)急照明和事故照明的單相EPS；二是用于應(yīng)急照明、事故照明之外，還有應(yīng)用于空調(diào)、電梯、卷簾門、排氣風(fēng)機(jī)、水泵等電感性負(fù)載或兼而有之的混合供電的三相系列EPS；三是直接給電動(dòng)機(jī)供電的變頻系列EPS。

2.3.2??? EPS的設(shè)計(jì)要求

??? EPS可以說是近兩年才迅猛發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，相比于發(fā)展成熟的UPS而言，有相同之處，也有不同之處。其相同點(diǎn)在于都具備在市電故障(中斷)情況下繼續(xù)向負(fù)載提供交流電源的功能，均采用了IGBT逆變技術(shù)和脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)。不同之處是UPS除了提供不間斷供電外，還兼?zhèn)涓纳剖须娖焚|(zhì)的功能，而EPS則主要解決市電故障時(shí)的應(yīng)急供電問題；UPS主要是為IT行業(yè)設(shè)備提供用電保障，EPS則適用于各種行業(yè)；UPS供電模式要求切換時(shí)間很短(0～10ms)，EPS則相對(duì)較寬(0～4s)；UPS主要帶計(jì)算機(jī)類負(fù)載，而EPS所帶負(fù)載混雜；UPS對(duì)于運(yùn)行環(huán)境要求較高，EPS則要求能適應(yīng)各種環(huán)境；UPS以一般用戶監(jiān)控為主，EPS主要用于應(yīng)急供電，要求與消防聯(lián)動(dòng)；UPS以維護(hù)信息傳輸暢通為主要目的，EPS以防范重大災(zāi)難事故為主要目的。可以形象地比喻，UPS以“救數(shù)據(jù)”為主，而EPS以“救人”為主。一般EPS功率較大，機(jī)內(nèi)的逆變器處于備用狀態(tài)，因而可以簡(jiǎn)單地理解為：EPS就是大功率后備式UPS。

??? 鑒于EPS的主要設(shè)計(jì)思想是在市電突然中斷時(shí)提供安全可靠的應(yīng)急電力供應(yīng)，有效避免發(fā)生災(zāi)害時(shí)的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失為原則。因此，在設(shè)計(jì)EPS時(shí)應(yīng)著重考慮其安全性、可靠性、適用性及合理性。主要有：

??? 1）斷電轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在毫秒級(jí)(25ms)，以保證供電的及時(shí)性；

??? 2）負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，包括電容性、電感性、混合型負(fù)載，而且過載能力和抗沖擊能力強(qiáng)；

??? 3）有多路輸出，防止輸出單一形成的故障；

??? 4）有消防聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制信號(hào)，可手動(dòng)與自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換；

??? 5）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于各種惡劣環(huán)境，有防止高低溫、濕熱、鹽霧、灰塵、震動(dòng)及鼠咬等措施；

??? 6）使用壽命長(zhǎng)，有電池快速充電能力和管理能力；

??? 7）節(jié)能，運(yùn)行效率高，運(yùn)行成本低；

??? 8）有無人值守、自動(dòng)操作功能；

??? 9）報(bào)警功能齊全，能及時(shí)提供各種異常狀況的報(bào)警；

??? 10）有強(qiáng)啟動(dòng)功能，避免電池環(huán)節(jié)保護(hù)后無法啟動(dòng)；

??? 11）無煙霧、無噪音、無公害等；

??? 12）維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。

2.3.3??? EPS的設(shè)計(jì)原理

??? 1）應(yīng)急照明和事故照明類照明型的EPS一般以單相為主，主要為應(yīng)急照明場(chǎng)合（商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所、辦公場(chǎng)所、交易場(chǎng)所等）提供集中供電，如圖2所示。當(dāng)輸入電源正常時(shí)，市電一路通過轉(zhuǎn)換裝置輸出給日常照明，另一路通過充電器給電池組充電，當(dāng)控制器檢測(cè)到市電中斷或異常(偏低或偏高)時(shí)，向逆變器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，并控制互投轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)至逆變器輸出。當(dāng)然，對(duì)于EPS的接法不同，還可以把EPS當(dāng)作二路電源、三路電源使用。

圖2??? 照明EPS的供電系統(tǒng)

??? 2）應(yīng)急照明及混合型負(fù)載類此類型EPS一般適用于負(fù)載性質(zhì)比較復(fù)雜的場(chǎng)合，譬如既有照明型負(fù)載，又有動(dòng)力型負(fù)載，所以一般以三相居多，如圖3所示。適用場(chǎng)合為賓館、高層建筑、醫(yī)院、大型商場(chǎng)等。

圖3??? 混合負(fù)載型EPS供電系統(tǒng)

??? 3）電機(jī)專用的變頻起動(dòng)類此種類型EPS主要為電機(jī)類負(fù)載而設(shè)計(jì)，避免因電機(jī)起動(dòng)過程中的大電流沖擊而損壞設(shè)備。被廣泛應(yīng)用于大功率電動(dòng)機(jī)負(fù)載，比如電梯、消防水泵、大型風(fēng)機(jī)等。與其他EPS的不同之處是此類EPS一般只有單路輸出，如圖4所示。當(dāng)三相輸入市電正常時(shí)經(jīng)整流后給逆變器提供直流電，同時(shí)經(jīng)充電器對(duì)電池組充電；當(dāng)三相輸入斷電或異常時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)由電池組給變頻器提供直流電。當(dāng)需要電機(jī)負(fù)載工作時(shí)，送給變頻器啟動(dòng)信號(hào)(運(yùn)行信號(hào)、遠(yuǎn)程控制信號(hào)等)，變頻器會(huì)立即輸出。從0～50Hz變頻，供給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻起動(dòng)，當(dāng)其頻率到達(dá)50Hz后保持正常運(yùn)行。

圖4??? 電機(jī)專用型EPS的供電系統(tǒng)

2.3.4??? EPS領(lǐng)域的現(xiàn)狀

??? 隨著科技的不斷發(fā)展，眾多的智能大廈拔地而起，人們?cè)趯?duì)其居住環(huán)境提出了更高要求的同時(shí)，也提出了電力保障和消防安全問題。但EPS的起步較發(fā)電機(jī)和UPS要晚，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的程度還不夠，所以在眾多的應(yīng)急供電場(chǎng)合，還是以發(fā)電機(jī)和UPS為主要應(yīng)急供電方式來實(shí)現(xiàn)EPS的功能。就提供應(yīng)急供電能力而言，這兩種方式已暴露出許多不足之處。

??? 1）用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源是目前大部分工程所采用的，也是最常見的應(yīng)急備用電源，由于柴油發(fā)電機(jī)的容量較大，可并機(jī)運(yùn)行且連續(xù)供電時(shí)間長(zhǎng)，所以已經(jīng)有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。然而，無論發(fā)電機(jī)的起動(dòng)速度有多快，從停電后使發(fā)電機(jī)接到起動(dòng)信號(hào)開始，至發(fā)電機(jī)電壓、頻率等達(dá)到穩(wěn)定可以供電時(shí)為止，至少需要數(shù)十s至數(shù)min，這段時(shí)間，所有用電設(shè)備均停止工作，就可能造成少數(shù)設(shè)備的損壞或出現(xiàn)生命財(cái)產(chǎn)的安全問題。而EPS的啟動(dòng)一般不會(huì)超過25ms，所以不會(huì)影響設(shè)備的正常工作。

??? 另一方面，柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)用在應(yīng)急供電場(chǎng)合，有諸多不利之處，主要有：

??? （1）在高層建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組一般放在地下室，設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)高，配備進(jìn)風(fēng)、冷卻、排煙、減震、消音等設(shè)施都需要充分考慮；

??? （2）存在火災(zāi)隱患。其油罐像一個(gè)極為危險(xiǎn)的“炸彈”，萬一失火，后果不堪設(shè)想；

??? （3）日常維護(hù)比較頻繁，工作量大；

??? （4）柴油發(fā)電機(jī)噪音大，產(chǎn)生公害；

??? （5）排煙中有大量的二氧化硫，污染嚴(yán)重，影響環(huán)保。

??? 以負(fù)載容量為200kW為例，將EPS與柴油發(fā)電機(jī)組的性價(jià)比作一個(gè)比較。選用EPS時(shí)，其額定功率與負(fù)載功率比為1：1即可，其總價(jià)約為60萬元左右。而選用柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，其額定功率與負(fù)載功率比應(yīng)為1.3～1.5：1，對(duì)200kW的負(fù)載，柴油發(fā)電機(jī)組需250kVA規(guī)格，該機(jī)組價(jià)格為40萬元左右，但是除機(jī)組本身價(jià)格之外，還需外加其他輔助裝置費(fèi)用約16～29萬元，現(xiàn)以20萬元計(jì)算，即選用柴油發(fā)電機(jī)組總價(jià)為60萬元左右。所以，二者價(jià)格相差不多。從中也不難看出，如果EPS容量小于200kW時(shí)，其價(jià)格要小于柴油發(fā)電機(jī)組的綜合造價(jià)。目前消防應(yīng)急供電場(chǎng)合的負(fù)載總?cè)萘恳话阍?00kW以下，從投資的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，EPS較柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)得多。

??? 2）用UPS作為應(yīng)急電源EPS從原理結(jié)構(gòu)上和UPS大同小異。在線式UPS不論市電是否正常，它都一直由逆變器供電，即按照“市電輸入→整流→逆變→輸出”的順序進(jìn)行，只有在逆變器故障或過載時(shí)才改由旁路輸出，如圖5所示。而EPS，當(dāng)市電正常時(shí)，市電通過開關(guān)S輸出給負(fù)載，同時(shí)充電器對(duì)電池充電。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到市電停電時(shí)，逆變器工作，使開關(guān)S切換至逆變輸出狀態(tài)，向負(fù)載提供電能，如圖6所示。

圖5??? UPS供電系統(tǒng)

圖6??? EPS供電系統(tǒng)

??? 從以上供電系統(tǒng)圖可以看出，UPS是一種雙變換結(jié)構(gòu)的不間斷電源，主要為負(fù)載提供穩(wěn)定的高質(zhì)量電能，不受市電電網(wǎng)的影響，而且其轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在10ms以內(nèi)，所以，UPS被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)、醫(yī)療設(shè)備及精密電子儀器等不能中斷供電的場(chǎng)所。但正因?yàn)閁PS不僅擔(dān)負(fù)著應(yīng)急供電外，還擔(dān)負(fù)著改善電力品質(zhì)的任務(wù)，所以其逆變器要連續(xù)不斷地工作，使用壽命相對(duì)較短，一般為5～8年，尤其是電池的更換較為頻繁。另一方面，UPS的逆變器長(zhǎng)期處于工作中，自身的損耗較大，而且對(duì)使用環(huán)境要求很高，只能放在計(jì)算機(jī)房或空調(diào)房間里。

??? UPS專為IT行業(yè)的計(jì)算機(jī)類和通訊類負(fù)載而設(shè)計(jì)，其負(fù)載適應(yīng)能力不及EPS，舉例說明，如果應(yīng)急供電場(chǎng)合含有交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)一類的感性負(fù)載，那么在UPS的設(shè)計(jì)選型和使用中就會(huì)出現(xiàn)很大問題。由于交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流通常是其額定電流的5～7倍，而UPS的過載能力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：過載125％時(shí)，A類為10min，B類為1min，C類為30s；過載150％時(shí)10s。如果想要UPS能承受電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的沖擊能力，勢(shì)必要增大UPS的額定容量，這無疑將加大投資，還未必能徹底解決問題。因此，選用UPS作為應(yīng)急電源，工作既不可靠，還得花費(fèi)大量資金。

3??? UPS/EPS的發(fā)展趨勢(shì)

3.1??? UPS的控制技術(shù)

??? 中小型UPS的AC／DC和DC／AC變換大多數(shù)仍采用模擬控制電路，AC／DC變換器的控制芯片大多數(shù)已集成化，使用簡(jiǎn)單，工作可靠。DC／AC變換器的控制有兩種基本方式，一種是單閉環(huán)控制，另一種是雙閉環(huán)控制。前者控制電路簡(jiǎn)單，但難于實(shí)現(xiàn)輸出端短路自動(dòng)恢復(fù)。后者控制有電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)，電壓調(diào)節(jié)器的輸出為電流調(diào)節(jié)器的給定，因此，限制電流給定幅值也就限制了逆變器的最大輸出電流。

??? 當(dāng)前，數(shù)字控制已成為新型UPS控制技術(shù)發(fā)展的主流，數(shù)字控制器具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的檢測(cè)、故障診斷和隔離，易于實(shí)現(xiàn)遙控遙測(cè)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)UPS的并聯(lián)和熱插拔，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的監(jiān)控和管理。也就是說，計(jì)算機(jī)的介入使UPS具備了智能化，可以使其運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。

3.1.1??? DSP的應(yīng)用

??? 采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的數(shù)字PWM技術(shù)，是數(shù)字控制技術(shù)的核心，用于保證UPS輸出電壓的質(zhì)量，即保證輸出電壓、頻率和輸出電壓波形滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。數(shù)字控制的另一個(gè)重要功能是實(shí)現(xiàn)UPS的初始自檢和運(yùn)行自檢，進(jìn)行故障保護(hù)和故障隔離，這是模擬控制器無法勝任的。由于數(shù)字控制器的靈活性，使UPS控制器的硬件電路可以標(biāo)準(zhǔn)化，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)、使用和維修，也大大提高了工作可靠性。

3.1.2??? 控制電路的全微處理器化

??? UPS電路是由以下幾部分組成的：主電路、驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)控顯示及控制保護(hù)電路和通信界面電路。其中監(jiān)控、顯示及控制保護(hù)電路和通信界面電路，可以運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)技巧簡(jiǎn)化其電路，并解決原類比電路需要調(diào)整、具有溫漂及參數(shù)調(diào)整不易的缺欠。采用的方法是：

??? 1）全微處理器化利用微處理器來執(zhí)行監(jiān)控、顯示及控制保護(hù)電路和通信界面電路的功能；

??? 2）半微處理器化利用類比電路處理快速反饋保護(hù)電路，而由處理器處理慢速反饋、報(bào)警、顯示及通信界面的功能。

3.2??? 蓄電池技術(shù)

??? 蓄電池是UPS的心臟，不管UPS電路多么先進(jìn)，其性能最終取決于它的電池，一旦電池失效，再好的UPS也無法提供不間斷供電。

??? 目前，UPS一般都使用免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，由于采用陰極吸收式密封技術(shù)，克服了普通蓄電池需要定期補(bǔ)水的缺點(diǎn)，具有“免維護(hù)”、使用方便、不污染環(huán)境、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。它使用高氫過電位的板柵材料，減少了電池在存放和充電過程中的氣體分解。正極表面的超細(xì)玻璃纖維膜，阻止了活性物質(zhì)脫落，提高了電池的壽命。安全閥的使用使蓄電池很少產(chǎn)生氣體，又可使已產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極鉛所吸收，使蓄電池?zé)o水的損失，達(dá)到了密封免維護(hù)的目的。

??? 一般情況下，影響電池性能的主要因素是連續(xù)充電，電池連續(xù)充電大約要減少一半的使用壽命。目前國(guó)外使用一種ABM(Advanced Battery Management)三階段電池管理方案，即充電分成三個(gè)階段：第一階段是恒流均衡充電，將電池容量充到90％；第二階段是浮充充電，將電池容量充到100％，然后停止充電；第三階段是自然放電，在這個(gè)階段里，電池利用自身的漏電流放電，一直到規(guī)定的電壓下限，再重復(fù)上述的三個(gè)階段。這種方式改變了以前那種充滿電后，仍使電池處于一天24h的浮充狀態(tài)，因此延長(zhǎng)了電池的壽命。

??? 金屬化鎳氫電池具有高能量密度的優(yōu)點(diǎn)，而且又無鎳鎘電池可能造成的鎘污染，將其應(yīng)用于UPS可以收到小型輕量化的優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是售價(jià)太高。美國(guó)Alupower公司研發(fā)的高功率鉛－空氣備用電源裝置(RPU)，運(yùn)行≥50h，功率從600W到6000W，電壓有DC24V和48V兩種，其能量密度是鉛酸電池的十多倍，重量只有鉛酸電池的1／10，所占空間只有鉛酸電池的1／7，有望取代鉛酸蓄電池應(yīng)用于UPS。

3.3??? UPS的冗余技術(shù)和在線維護(hù)（熱插拔）

??? 開關(guān)整流器的并聯(lián)和熱插拔已成為通信電源的基本運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式即所謂N＋1冗余供電方式，用于取代主備方式，使電源的可靠性大幅度提高。主備方式的備份電源的容量和主電源相同，因此使電源成本提高，而且在轉(zhuǎn)換時(shí)還會(huì)造成電能中斷。N＋1冗余供電方式不僅降低了電源成本，并且還保證了供電不中斷。這種冗余供電方式的實(shí)質(zhì)是通過并聯(lián)平行操作的電源模塊提供分布式電源，所有的模塊并聯(lián)運(yùn)行并平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載，電源陣列比額定容量多配置一個(gè)功率模塊，當(dāng)一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，特設(shè)的電路將故障模塊從負(fù)載上斷開，其它模塊將立即支持所有負(fù)載，使其連續(xù)不間斷地供電。替換模塊后UPS的控制電路和蓄電池均能在線運(yùn)行。這種靈活的模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以自行堆疊電池模塊，以增加UPS的輸出功率，延長(zhǎng)供電時(shí)間，大大增強(qiáng)了電源的可靠性。

??? UPS的并聯(lián)和熱插拔技術(shù)要比開關(guān)整流器的并聯(lián)復(fù)雜得多，這是因?yàn)榻涣麟姷淖兞勘戎绷麟姸啵邢嘈颉㈩l率、相位、電壓幅值和波形等5個(gè)變量，其任意一個(gè)與市電電源不一致，都不能使UPS投入電網(wǎng)。在投入電網(wǎng)后還必須不斷地檢測(cè)各臺(tái)UPS輸出的有功功率和無功功率，通過調(diào)節(jié)電壓和相位實(shí)現(xiàn)各UPS輸出有功功率和無功功率的平均分配。

??? 由此可見，UPS的并聯(lián)工作有3個(gè)方面。一是正常工作的UPS自動(dòng)投入電網(wǎng)，二是并聯(lián)運(yùn)行的UPS之間，有功功率和無功功率的均勻分配，三是UPS退出并聯(lián)，特別是在不干擾電網(wǎng)的情況下快速切除故障UPS。這3個(gè)要求的實(shí)現(xiàn)，也就解決了UPS的熱插技術(shù)。

3.4??? 智能化UPS的管理系統(tǒng)

??? 所謂智能化UPS，是指將傳統(tǒng)UPS通過與計(jì)算機(jī)相連的硬件接口，結(jié)合特殊設(shè)計(jì)的軟件，以提供計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)資料的雙重保護(hù)。當(dāng)前UPS智能化技術(shù)有兩個(gè)方面：一是加強(qiáng)UPS新功能，與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，使UPS除了完成最基本的不間斷供電功能外，還能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上事件記錄、故障告警、參數(shù)自動(dòng)測(cè)試分析和調(diào)節(jié)等；另一方面是加強(qiáng)UPS的節(jié)能功能。

??? 智能化的UPS，除了完成一般UPS所能完成的全部工作外，還應(yīng)具備的功能是：

??? 1）對(duì)運(yùn)行中的UPS進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)將采樣點(diǎn)的狀態(tài)信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，一方面獲取UPS工作的有關(guān)參數(shù)，另一方面監(jiān)視電路各部的工作狀態(tài)，從中分析電路各部分工作是否正常；

??? 2）故障時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行故障診斷，指出故障部位，給出處理辦法；

??? 3）完成部分處理工作，除了實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS工作的控制外，還能在發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)需要采取必要的應(yīng)急控制，此外通過對(duì)整流部分的控制，按照對(duì)不同蓄電池的不同要求，自動(dòng)完成對(duì)蓄電池的分階段充電；

??? 4）自動(dòng)顯示所檢測(cè)的參數(shù)，在異常或發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)記錄有關(guān)異常或故障的信息；

??? 5）按照技術(shù)說明書給出的指標(biāo)，自動(dòng)定期地進(jìn)行自檢，并形成自檢記錄文件；

??? 6）能夠用程序控制UPS的啟動(dòng)或停機(jī)，實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)操作；

??? 7）具有交換信息功能，可以隨時(shí)向計(jì)算機(jī)輸入信息或從計(jì)算機(jī)獲取信息；

??? 8）通過通信接口與計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理。

??? 推動(dòng)UPS技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿υ谟谌蛴?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展。為了使UPS能夠更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，UPS正在向網(wǎng)絡(luò)化管理和控制方向發(fā)展。新型的網(wǎng)絡(luò)UPS采用一個(gè)集成的SNMP適配器，掉電期間，即使UPS不能通過網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，用戶也可以依靠UPS通過串行端口適時(shí)關(guān)閉服務(wù)器，適配器接到UPS通信端口上，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可維持局部停機(jī)控制。網(wǎng)絡(luò)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)管平臺(tái)，將UPS作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來管理，實(shí)時(shí)處理電源故障及UPS狀態(tài)報(bào)警。SNMP適配器和管理軟件相配合可以同時(shí)向任何管理站發(fā)出電源故障及UPS狀態(tài)報(bào)警。在無人值守的情況下，當(dāng)市電中斷時(shí)，軟件會(huì)發(fā)出告警信息，并開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)計(jì)數(shù)到零時(shí)或電池耗盡前，軟件即關(guān)閉應(yīng)用程序，并將現(xiàn)場(chǎng)資料存盤后關(guān)閉系統(tǒng)，向UPS發(fā)出關(guān)機(jī)命令，切斷UPS，當(dāng)市電恢復(fù)后可自動(dòng)啟動(dòng)UPS。

??? 智能化的網(wǎng)絡(luò)UPS最基本功能是在長(zhǎng)時(shí)間斷電的情況下，能安全、自動(dòng)地關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全性。此外，通過遠(yuǎn)程控制裝置，用戶也可以在遠(yuǎn)方通過電話遙控UPS，有些UPS還可將UPS狀態(tài)或報(bào)警信息通過電子郵件、傳真機(jī)或手機(jī)等通知外出網(wǎng)絡(luò)管理人員。

3.5??? 提高UPS的可用性

??? 從20世紀(jì)90年代中期開始，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，對(duì)UPS可用性的要求越來越高。所謂UPS的可用性，其物理概念是，在規(guī)定的使用期間內(nèi)，UPS的正常運(yùn)行時(shí)間與整個(gè)時(shí)間的比例。根據(jù)這個(gè)定義要提高UPS的可用性有兩個(gè)辦法：一是提高UPS的平均無故障時(shí)間MTBF，二是降低UPS的平均修復(fù)時(shí)間MTTR。提高UPS本身MTBF的傳統(tǒng)做法是，提高功率開關(guān)器件的規(guī)格和檔次；改進(jìn)控制技術(shù)，提高邏輯控制組件的規(guī)格和檔次；使用更先進(jìn)的主電路結(jié)構(gòu)；提高智能管理和通信功能；嚴(yán)格生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)質(zhì)量管理(ISO9000)等。但當(dāng)MTBF提高到一定程度后其效果就不明顯了。用降低MTTR的辦法，效果是非常明顯的。降低UPS的MTTR的做法有如下幾種。

??? 1）一般的做法是加強(qiáng)對(duì)UPS，特別是其中的關(guān)鍵部件的維護(hù)；充足的備件并保證其完好性；加強(qiáng)對(duì)維護(hù)人員操作技能的培訓(xùn)，特別是用戶在采購UPS時(shí)就要求廠家對(duì)售后服務(wù)(包括備件提供、反應(yīng)時(shí)間和修復(fù)速度)條件做出嚴(yán)格承諾。

??? 2）UPS的模塊化＋冗余配置，把整個(gè)UPS按電路功能分成幾部分，并在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成可以插拔的模塊，例如功率模塊(包括整流器和逆變器)、電池模塊、智能管理和通信功能模塊。

??? 3）UPS的冗余并機(jī)配置，在UPS中，可以把控制電路集中起來作為一個(gè)獨(dú)立的可插拔模塊，也可以把功率變換部分集中在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，作為一個(gè)可以熱插拔的模塊。為了適應(yīng)多臺(tái)UPS并聯(lián)供電，也可以把每臺(tái)UPS看作一個(gè)模塊，在冗余熱備份配置的情況下，同樣可以做到故障后熱插拔修復(fù)，或者使每臺(tái)UPS都具備直接并機(jī)的功能。

??? 4）用集成設(shè)計(jì)提高UPS的可用性，以適應(yīng)由多種設(shè)備組成供電系統(tǒng)的需要。集成化UPS供電系統(tǒng)的基本思想和原則是，供電設(shè)備制造和供應(yīng)的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)中供電設(shè)備和包括負(fù)載機(jī)架結(jié)構(gòu)的一體化和連接的規(guī)范化；系統(tǒng)中各供電設(shè)備和環(huán)節(jié)（包括負(fù)載機(jī)架中的PDU）電源狀態(tài)管理的集中化；系統(tǒng)中各供電設(shè)備和環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的模塊化和連接的熱插拔功能。

??? 一個(gè)完整的供電系統(tǒng)的組成，除UPS設(shè)備外，還有輸入配電柜、ATS轉(zhuǎn)換開關(guān)、變壓器、瞬態(tài)電壓浪涌抑制器、負(fù)載配電開關(guān)柜、柴油發(fā)電機(jī)、交流穩(wěn)壓器、電池系統(tǒng)、各種開關(guān)、斷路器、熔斷器、轉(zhuǎn)插板，上百乃至幾百個(gè)連接點(diǎn)和相應(yīng)的傳輸線。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的供電系統(tǒng)如何提高其可用性呢?僅僅解決UPS設(shè)備的可靠性顯然是不夠的，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的故障數(shù)據(jù)表明，直接由于UPS故障引起系統(tǒng)宕機(jī)的比例畢竟是較少的，由于系統(tǒng)中其他設(shè)備和環(huán)節(jié)以及人為事故造成的故障，或者由此引發(fā)的UPS故障占大多數(shù)。但是模塊化、冗余配置、熱插拔修復(fù)等設(shè)計(jì)原則還是適用的。當(dāng)然，系統(tǒng)中各種設(shè)備和管理的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化和集中化，減少單路徑故障點(diǎn)和大面積掉電的隱患，加快建設(shè)速度和安裝的規(guī)范化、對(duì)環(huán)境和負(fù)載變化的適應(yīng)性和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、降低維護(hù)管理的難度和減少人為事故的幾率等問題，也是要研究和解決的重點(diǎn)。

??? 圖7是集成化UPS供電系統(tǒng)示意圖，虛線框內(nèi)是集成化所包含的內(nèi)容。

圖7??? 集成化UPS供電系統(tǒng)示意圖

??? 集成化UPS系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

??? （1）由單機(jī)模塊化＋冗余的UPS系統(tǒng)組成雙總線系統(tǒng)，是可用性等級(jí)最高的UPS供電系統(tǒng)；

??? （2）UPS供電系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心一體化機(jī)架式結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)只有電網(wǎng)進(jìn)線與外接線；

??? （3）PDU作為基本組合的一個(gè)子系統(tǒng)，直接配置在標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載機(jī)架中；

??? （4）該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本組合機(jī)柜上的服務(wù)器提供了整套基礎(chǔ)設(shè)施，這種基礎(chǔ)設(shè)施包括IT機(jī)柜中的冷卻設(shè)施、布線設(shè)施和配電設(shè)施；基礎(chǔ)組件包含在4個(gè)子系統(tǒng)中，即IT機(jī)柜、機(jī)架安裝PDU、環(huán)境監(jiān)控以及電源和數(shù)據(jù)電纜布線。

3.6??? 綠色化

??? 各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流，對(duì)市電電源是一種污染，隨著各種政策法規(guī)的出臺(tái)，對(duì)無污染的綠色UPS的呼聲越來越高。要求UPS做到使用戶負(fù)載既不受已污染的市電電源的影響，同時(shí)用戶負(fù)載產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流也不要污染市電。對(duì)于串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS，它已經(jīng)具備了這種功能，對(duì)于傳統(tǒng)雙變換UPS，除在輸入端加裝高效輸入濾波器外，還應(yīng)在輸入整流器部分采用數(shù)控有源功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)，這樣就可以提高輸入功率因數(shù)，減少對(duì)市電電源的污染。

3.7??? EPS的發(fā)展趨勢(shì)

??? 由于EPS所帶負(fù)載類型的復(fù)雜性和環(huán)境的相對(duì)固定性，針對(duì)不同場(chǎng)合、不同負(fù)載，可對(duì)EPS功能做得更貼近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。其中包括以下幾方面。

??? 1）結(jié)構(gòu)組成普通EPS為了更好地結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，往往采用“多合一”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但由于負(fù)載及環(huán)境的復(fù)雜性，也由此帶來設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)計(jì)院所、用戶選型的困難。解決的辦法是采用模塊化設(shè)計(jì)，將主機(jī)與輸入或輸出配電分離開來。主機(jī)模塊完成主要的能量轉(zhuǎn)換及通訊控制功能；配電模塊實(shí)現(xiàn)豐富的配電管理功能。主機(jī)模塊通過標(biāo)準(zhǔn)控制接口實(shí)現(xiàn)對(duì)配電模塊的管理，如雙電源自動(dòng)切換功能，多回路輸出功能，消防聯(lián)動(dòng)功能均應(yīng)在配電模塊中實(shí)現(xiàn)。

??? 2）配電模塊應(yīng)增加功能EPS用于緊急負(fù)載的供電，其負(fù)載往往為非單一的負(fù)載，而這些負(fù)載在緊急情況下的關(guān)鍵程度不盡相同，因此，對(duì)于EPS來說，某些配電管理功能至關(guān)重要。

??? （1）順序啟動(dòng)功能諸如，EPS的負(fù)載很大一部分是感性沖擊負(fù)載，具有較大的啟動(dòng)電流，在選型時(shí)必須加大EPS容量，從而造成設(shè)備資源的浪費(fèi)以及用戶成本的增加。實(shí)際上，由于EPS負(fù)載供電的可間斷性，EPS可增加一個(gè)8路或16路的可編程配電管理接口，通過對(duì)負(fù)載啟動(dòng)的順序、時(shí)間進(jìn)行控制，可在很大程度上解決啟動(dòng)沖擊電流和加大選型容量的問題。

??? （2）部分卸載功能由EPS負(fù)載性質(zhì)決定，當(dāng)過載發(fā)生時(shí)，需要EPS盡可能繼續(xù)工作，而不能象UPS那樣進(jìn)行保護(hù)性關(guān)機(jī)，因此，同樣可通過配電管理接口卸除次要負(fù)載。

??? 3）電池管理由于EPS的使用環(huán)境一般較UPS惡劣，為盡可能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，充電器應(yīng)同時(shí)具備以下功能：

??? （1）可設(shè)定充電限流；

??? （2）可設(shè)定電池放電終止電壓；

??? （3）具有自動(dòng)浮充功能，充電機(jī)制應(yīng)符合DIN41773標(biāo)準(zhǔn)；

??? （4）具有浮充電壓溫度補(bǔ)償功能；

??? （5）智能電池檢測(cè)功能；

??? （6）深放電保護(hù)(可強(qiáng)制應(yīng)急)。

??? 4）變頻起動(dòng)功能目前變頻起動(dòng)型EPS的設(shè)計(jì)，如圖8所示，主要著眼于解決較大電動(dòng)機(jī)，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等負(fù)載的起動(dòng)沖擊問題，但更為合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)該是在線式UPS與變頻器技術(shù)的完美結(jié)合。在線式UPS具有成熟的整流、電池管理技術(shù)；變頻器具有成熟的變頻控制技術(shù)，兩者的有機(jī)結(jié)合才是這一應(yīng)用領(lǐng)域的最終發(fā)展方向。

圖8??? 變頻起動(dòng)

4??? 鳴謝

??? 本文摘引近兩年《UPS應(yīng)用》雜志曾發(fā)表過的文章，謹(jǐn)向原文作者表示感謝。