伊頓EATON 5P1550iR總代理UPS電源5P 1550i Rack 1U總代理UPS不間斷電源

供電方案設計

(一)供電方案設計

目 前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電2種。分散供電的特點是一臺UPS為一臺或多臺負載設備供電。分散供電的好處是分散風險，不會因為一臺UPS供電異常而造成大面積停電;缺點是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)直接對機房的所有負載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護方便;缺點是如果UPS系統(tǒng)異常，容易引起大面積停電事故，此缺點可以通過采用各種并聯(lián)構架來避免。因此，以上兩種方案各有優(yōu)缺點，目 前的中心機房一般都采用集中供電方案，也集中了供電的風險。當機房UPS裝機總容量超過一定限度時，建議將機房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進行供電。

(二)UPS在線并機擴容功能

機房UPS容量的規(guī)劃，可以根據(jù)不同時期的負載容量要求采用逐步擴容的方案，使投資方案更經(jīng)濟，同時也能使UPS工作于較佳的效率點。目 前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機功能，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也為機房擴容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預留足量的空氣開關，并在機房規(guī)劃相應空間，即可實現(xiàn)UPS并機擴容功能。關鍵是并機的過程處理，多種品牌UPS并機時需要對UPS的設置進行修正，此時要求UPS必須在維修旁路狀態(tài)工作，UPS由市電直接帶載，如果此時市電波動較大甚至停電，將造成系統(tǒng)的大面積癱瘓。所以并機擴容必須具備在線并機功能，即UPS并機擴容時，只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后，在不關閉原有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險操作。

采用模塊化UPS實現(xiàn)逐步擴容

目 前，模塊化UPS已經(jīng)開始在國內應用，模塊化UPS特點主要包括：可擴容、平均故障修復時間(MTTR)短、可經(jīng)濟實現(xiàn)“N+X”冗余并機。以臺達C系~IJUPS為例，每個模塊為20kVA，整個系統(tǒng)最大可擴容至160kVA，可以根據(jù)機房的實際容量需求，逐步擴容，只要在機房初期規(guī)劃好配電容量即可。同時，實現(xiàn)“N+X”冗余比較劃算，以60kVA的容量要實現(xiàn)“N+I”冗余為例，傳統(tǒng)方案必須擴容一臺60kVAUPS，而采用模塊化UPS，則只需擴容一個20kVA的模塊即可，節(jié)省大筆資金的投入。

提高UPS自身能效，優(yōu)化負載效率曲線

目 前UPS均為在線式雙變換構架，在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為60kVA的UPS為例，每度電按1.2元計算，UPS效率每提高1%，一年節(jié)省的電費為5045.76元?？梢?/span>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，也是降低整個機房能耗的最直接方法。因此采購UPS應盡量采購效率更高的UPS。

當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高，同時也必須具備一個較高的效率曲線，特別是在“1+1”并機系統(tǒng)時，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，每臺UPS容量不得大于50%，如果此次效率僅為90%以下，就算滿載效率達到95%以上，也是沒有意義的，所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線，使UPS效率在較低負載時也能達到較高的效率。

除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO經(jīng)濟運行模式，其原理是在較好的市電環(huán)境下，激活此功能，使UPS由靜態(tài)旁路直接供電，此時逆變器處于待機狀態(tài)，正常工作但不輸出能量，_旦市電異常，UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài)，切換時間一般在1毫秒以內，由于逆變器處于待機狀態(tài)，所以自身損耗很小，此時UPS的整機效率可以達~1J97%以上，比正常模式減少3%以上的損耗。

使用ECO模式必須具備2個條件：一是靜態(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，因為接觸器吸合時接觸點會打火，一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作，而晶閘管則不存在此問題，同時可以縮短切換時間。二是建議在較好的電力環(huán)境下使用，比如一級供電單位等。

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、電感和電容構成的無源網(wǎng)絡。由于非線性負載產(chǎn)生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。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、電機等);電氣組件溫度升高，效率低，加速絕緣老化，降低使用壽命;干擾設備正常工作;無功功率增加，電力設備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設備);供電效率低;出現(xiàn)諧振，特別是柴油發(fā)電機發(fā)電時更嚴重;空開跳閘、熔絲熔斷、設備無故損壞。UPS對電網(wǎng)而言是一個非線性負載，在工作時會產(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UPS32作諧波的

主要方法

有以下幾種。

(一)12脈沖整流器

其原理是在原有6脈沖整流器基礎上，在輸入側增加一個移相變壓器和6脈沖整流器。采用該技術方案后，可以將諧波降低至10%左右。優(yōu)點是較為簡單，諧波改善明顯;缺點是對功率因數(shù)改善有限，價格略高。

(二)無源濾波器

依據(jù)LC濾波電路原理，對UPS產(chǎn)生的諧波進行濾除，并對功率因數(shù)進行補償。優(yōu)點是技術簡單，成本較低;缺點是只能補償將點階次的諧波，同時受負載阻抗影響較大，無法適用于全功率段。

(三)有源濾波器

原理是利用可控的功率半導體器件向電網(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，達到實時補償諧波電流的目的。優(yōu)點是可以補償多個階次的諧波，且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置成本較高。

(四)高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設計

整流器原理是采用高頻率PWM控制IGBT導通，對輸入電壓波形進行分割，使輸入的電流波形盡量接近正弦波，并對輸入電壓和電流相位差進行補償。優(yōu)點是體積輕，價格便宜，效果好;缺點是技術結構復雜，不易維護，受功率器件影響，目 前容量大小受到限制。

以上幾種技術，性能及投資對比，可以根據(jù)實際需求選擇合適的方案。

五、電池管理及配電管理技術

UPS都配備了電池，用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統(tǒng)投資的很大比例，甚至超過UPS本身的投資，而電池的使用年限明顯低于UPS主機。由于電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料，都會對環(huán)境造成嚴重的污染。因此減少電池使用數(shù)量，延長電池循環(huán)使用壽命，不僅節(jié)省直接和間接的電池投資，而且還減少整個機房設備對環(huán)境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術實現(xiàn)電池的節(jié)能。

(一)并機共用電池組功能

共用電池組原理是通過特殊的整流器隔離故障，使并機系統(tǒng)中的2臺或多臺UPS的整流同步，母線均流，使系統(tǒng)中的各臺UPS母線直接并聯(lián)，然后將滿足系統(tǒng)后備時間要求的電池并聯(lián)后接人并聯(lián)母線系統(tǒng)中，實現(xiàn)電池的共享，減少電池投資。以“1+1”為例，傳統(tǒng)的UPS方案，系統(tǒng)后備—小時，考慮其中一臺UPS故障時，UPS2的電池不能為UPS1使用，所以UPS1和UPS2必須各配置一套-4,時的電池組，才能保障系統(tǒng)在斷電后還能備用一小時。采用共用電池組方案后，因為UPS1故障后，系統(tǒng)中的電池仍能為UPS2提供能量，所以整個系統(tǒng)僅需配置一套一小時電池即可。這不僅節(jié)省了電池直接投資，同時也節(jié)約機房在空間、承重及空調等方面的投資，也降低了對環(huán)境的污染。

(二)智能電池管理技術

影響電池壽命的因素有很多，主要包括溫度、充電、放電、循環(huán)次數(shù)等。如果能夠對上述幾個因素進行綜合處理，可以大大延長電池的使用壽命，延長電池更換周期，節(jié)約電池投資。UPS的智能電池管理擊包括：電池均浮充管理(均浮充控制)、充電溫月智能放電終止電壓控制，除此之外還應具備電動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選壓范圍較寬的UPS，減少電池放電次數(shù)。通過上述幾種技術，可大幅度延長電池壽命2--3年。

UPS不間斷電源蓄電池

UPS 稱為不間斷電源，是因為停電的時候，它能快速轉換到"逆變"狀態(tài)，從而不會讓在使用中的電腦因為突然停電未來得及存儲而失去重要文件。 不是用來當備用電源用的，如果你只是想在停電的時候可以用電，光買逆變器就夠了。 一般家用UPS里用的大多是，免維護型鉛酸蓄電池。

簡介

關于充電

1、浮充充電時，請用充電電壓2.275V/單格（20℃時的設定值），進行定電壓充電或0.002CA以下的電流進行定電流充電。溫度有0C以下或40C以上時，有必要對充電電壓進行修正，以20C為起點每變化一度，單格電壓變化-3mv。2、循環(huán)充電時，充電電壓以2.40-2.50V/單格（20℃時的設定值），進行定電壓電壓充電。溫度在5C以下或35℃以上進行充電時，以20℃為起點，每變化一度充電電壓調整-4mv/單格。

充電初期電流控制在0.25CA以下。

充電量設為放電量的100-120%，但環(huán)境溫度在5C以下時，設為120-130%。

溫度越低（5C以下）充電結束時間越長，溫度越高（35C以上）越容易發(fā)生過充電，所以特別是在循環(huán)使用時，在5C～30C內進行充電較好。

為防止過充電盡量安裝充電計時器，或自動轉換成涓流式充電方式。

充電時電池溫度要控制在-15C～+40C的范圍內。

關于放電

放電時請將電池溫度控制在-15℃- +50℃的范圍內。

連續(xù)放電電流請控制在3CA以下（H控制在6CA以下）。

放電終止電壓依電流的大小而變化，大體如下所述。注意放時，電壓不得低于下述電壓。

放電以后請迅速充電。如不小心過放電之后也請立即充電。

放電電流

放電終止電壓

0.2CA未滿

1．75CA/單格

0.2CA以上0.5CA未滿

1．70CA/單格

0.5CA以上 1.0CA未滿

1．55CA/單格

1．0CA以上

1．30CA/單格

安裝須知

安裝蓄電池時，請務必遵守以下事項：

1．1不要在密封空間或火的附近安裝蓄電池，否則有引發(fā)及火災的危險。

1．2不要用乙烯薄膜類有可能引發(fā)靜電的東西蓋住蓄電池，產(chǎn)生靜電時有時會引起。

1．3不要在有可能進水的地方安裝蓄電池，否則有發(fā)生觸電、火災的危險。

1．4請不要在超過-40 °C~60 °C環(huán)境下安裝蓄電池。

1．5不要在有粉塵的地方使用蓄電池，否則有可能造成蓄電池短路。

1．6將蓄電池放進箱內使用時，要注意空氣流通。

1．7不要有粘性或標貼類物體壓住上蓋，因上蓋下面有排氣閥，電池內產(chǎn)生的氣體將不能逸出。

1． 8并聯(lián)的個數(shù)——浮充電時，插接式端子電池最多只能關聯(lián)三列，螺栓緊固式端子沒有特別限制，但并聯(lián)數(shù)量小可靠性增加。另外，并聯(lián)接線時，有必要考慮使各列之間接線導體和接觸電阻等同，為使各列充放電電池保持均衡，實際使用上請不要超過三列。

1．9同時使用容量不同、新舊不同，廠家不同的電池時，由于其特性值不同有可能使蓄電池和機器受到損壞，所以請避免使用。

關于保管

1．保管時請注意溫度不要超過-20℃～+40℃范圍

2．保管電池時必須使電池在完全充電狀態(tài)下進行保管。由于在運輸途中或保存期內因自放電會損失一部分容量，使用時請補充電。

3．長期保管時，為彌補保管期間的自放電， 請進行補充電。在超過40C條件下保管時，對電池壽命有很壞影響，請避免！

4．請在干燥低溫，通風良好的地方進行保管。5．如在保管或轉移過程中電池包裝不慎被水淋濕，應立即除掉包裝紙箱，以避免被水打濕的紙箱成為導體造成電池放電或燒壞正極端子。

日常維護

1．定期對電池進行檢查，如發(fā)現(xiàn)有灰塵等外觀污染情況時，請用水或溫水浸濕的布片進行清掃。不要用汽油、香蕉水等有機溶劑或油類進行清洗，另外請避免使用化纖布。

2．浮充時，電池充電過程中總電壓或指示盤上電壓表的指標值偏離下表所示基準值時（±0.05V/單格）應調查原因并作處理。

電池壽命

即使UPS使用的是同樣的電池技術，不同廠家的電池壽命大不一樣， 這一點對用戶很重要，因為更換電池的成本很高(約為UPS售價的30%)。電池故障會減小系統(tǒng)的可靠性，是非常煩人的事情。

溫度影響

溫度對電池的自然老化過程有很大影響。詳細的實驗數(shù)據(jù)表明溫度每上升攝氏5度，電池壽命就下降10%，所以UPS的設計應讓電池保持盡可能的溫度。所有在線式和后備/在線混合式UPS比后備式或在線互動式UPS運行時發(fā)熱量要大( 所以前者要安裝風扇)，這也是后備式或在線互動式UPS電池更換周期相對較長的一個重要原因。

充電影響

電池充電器UPS非常重要的一部分，電池的充電條件對電池壽命有很大影響。如果電池一直處于恒壓或“浮”型電器充電狀態(tài)，則UPS 電池壽命能最大程度提高。事實上電池充電狀態(tài)的壽命比單純儲存狀態(tài)的壽命長得多。因為電池充電能延緩電池的自然老化過程，所以UPS無論運行還是停機狀態(tài)都應讓電池保持充電。

電壓影響

電池是個單個的“原電池”組成，每一個原電池電壓大約12伏，原電池串聯(lián)起來就形成了電壓較高的電池，一個12伏的電池由6個原電池組成，24 伏的電池由12個原電池組成等等。UPS的電池充電時，每個串聯(lián)起來的原電池都被充電。原電池性能稍微不同就會導致有些原電池充電電壓比別的原電池高，這部分電池就會提前老化。只要串聯(lián)起來的某一個原電池性能下降，則整個電池的性能就將同樣下降。試驗證明電池壽命和串聯(lián)的原電池數(shù)量有關，電池電壓就越高，老化的就越快。UPS容量一定時，設計時應盡可能讓電池電壓最低，這樣UPS電池壽命就越長，對于電池電壓一定時，應選擇數(shù)量少電壓原電池串聯(lián)的電池，不要選擇數(shù)量多電壓低的原電池串聯(lián)的電池。有些廠家UPS的電池電壓比較高，這是因為容量一定時，電壓越高，電流就越小，就可選用較細的導線和功率較小的半導體， 從而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的電池電壓一般為24～96V。

電流影響

理想情況下，為了延長UPS電池壽命，應讓電池總保持在“浮”充電或恒壓充狀態(tài)。這種狀態(tài)下電狀態(tài)，充滿電的電池會吸收很小的充電器電流，它稱為“浮”或“自放電”電流。盡管電池廠商如此推薦，有些UPS的設計(很多在線式) 使電池承受一些額外的小電流，稱為紋波電流。紋波電流是當電池連續(xù)地向逆變器供電時產(chǎn)生的，因為據(jù)能量守恒原理，逆變器必須有輸入直流電才能產(chǎn)生交流輸出。這樣電池形成了小充放電周期，充放電電流的頻率是UPS輸出頻率(50或60Hz)的兩倍。

普通后備式、在線互動式或后備/鐵磁式UPS不會有紋波電流，其它設計的UPS會產(chǎn)生大小不等的紋波電流，這取決于具體的設計方法。只要檢查一下UPS的結構圖就能知道該UPS能否產(chǎn)生紋波電流。

如果在線式UPS的電池在充電器和逆變器之間，那么電池就會有紋波電流，這是普通的“雙變換”UPS。

如果用截止二極管、繼電器、變換器或整流器把電池與逆變器隔離開，那么電池就不會有紋波電流。當然這種設計的UPS不總是一直“在線”，所以這種UPS被稱為“混合后備/在線式”UPS。

總結

電池是UPS系統(tǒng)中最不可靠的部分，但是UPS設計得好壞直接影響到電池的可靠性。讓電池一直保持充電狀態(tài)(即使UPS停機)能延長電池的壽命，盡量避免選用電池電壓高的UPS。有的UPS設計會使電池產(chǎn)生紋波電流，造成電池不必要的過熱。大多數(shù)UPS使用的電池都差不多，但UPS設計不同會大大影響電池的壽命。一節(jié)電池是12V,UPS要接96V,也就是說要接8節(jié) 。服務器780W,加20%,大約為1000W,2個小時，每節(jié)電池大約為20AH,可以用8節(jié)標稱容量為24AH的電池。

品牌有很多，大多數(shù)人選國產(chǎn)免維護鉛酸蓄電池，正規(guī)廠家品質保障，使用壽命長，性價比高。

充電時間

對備用的電池來講，當電池供電后，對電池重新充滿電所需要的時間，一般不少于 24 小時；對循環(huán)用電池來講，如果知道上一次的放電量及初始充電電流，可以按如下公式計算出環(huán)境為25 ℃時需要的充電時間。

A. 當放電電流大于0.25C 時

Cdis

Tch = I +3 ～5

B. 當放電電流小于0.25C 時

Cdis

Tch = I +6 ～10

注：Tch = 電池充滿電所需要的時間（小時）

Cdis = 電池上一次的放電的電量（安時）

I = 最大初始充電電流（安培）

容量計算

1．計算蓄電池的最大放電電流值：

I最大=Pcosф/（η*E臨界*N）

注：P →UPS電源的標稱輸出功率

cosф →UPS電源的輸出功率因數(shù)（UPS一般為0.8）

η→ UPS逆變器的效率，一般為0.88~0.94（實際計算中可以取0.9）

E臨界 →蓄電池組的臨界放電電壓（12V電池約為10.5V，2V電池約為1.7V）

N →每組電池的數(shù)量（由各品牌各系列產(chǎn)品而定）

2．根據(jù)所選的蓄電池組的后備時間，查出所需的電池組的放電速率值C，然后根據(jù)：

電池組的標稱容量= I最大/C

3．時間與放電速率C

4．以MTT系列300KVA延時30分鐘為例：

已知：MTT系列UPS電源電池節(jié)數(shù)N 為32節(jié)，功率因素cosф為0.8,逆變器效率η為0.9,

根據(jù)：I最大=Pcosф/（η*E臨界*N），

則最大放電電流=標稱功率300000VA×0.8÷（0.9效率*32節(jié)*10.5V每節(jié)電池放電電壓）=794AH

又知30分鐘電池的放電速率C為0.92，

根據(jù)：電池組的標稱容量= I最大/C

電池組的標稱容量= 794÷0.92C=863AH

電池組的總容量=863AH×32節(jié)×12V=331392AH

由些可得需要用電池150AH32節(jié)6組

電池柜6個尺寸800*900*2000