乡镇光工作站电源管理策略

2022-09-10

1 UPS电源结构、工作原理、作用、配备方式

1.1 电源结构

从基本应用原理上讲, UPS是一种含有储能装置, 以逆变器为主要元件, 稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

交流UPS电源由三个基本单元组成。分别是整流器、蓄电池和逆变器。其原理结构方框图如下:

1.2 工作原理

其工作原理是:当市电正常时, 电流通过整流器、逆变器向负载供电, 同时整流器给蓄电池充电。电流路径是1路:市电—整流器—逆变器—负载;2路:市电—整流器—蓄电池。当市电故障或整流器故障时, 通过控制电路自动切换使电池为负载供电, 电流流向为蓄电池—逆变器—负载。

1.3 UPS电源作用

UPS的中文意思为“不间断电源”, 是英语“Uninterruptible Power Supply”的缩写, 它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘, 使您不致因停电而影响工作或丢失数据。它在计算机系统和网络应用中, 主要起到两个作用:一是应急使用, 防止突然断电而影响正常工作, 给计算机造成损害;二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”, 改善电源质量, 为计算机系统提供高质量的电源。

整流器:整流器是一个整流装置, 简单的说就是将交流 (AC) 转化为直流 (DC) 的装置。它有两个主要功能:第一, 将交流电 (AC) 变成直流电 (DC) , 经滤波后供给负载, 或者供给逆变器;第二, 给蓄电池提供充电电压。因此, 它同时又起到一个充电器的作用。

蓄电池:蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置, 它由若干个电池串联而成, 其容量大小决定了其维持放电 (供电) 的时间。其主要功能是:

(1) 当市电正常时, 将电能转换成化学能储存在电池内部。

(2) 当市电故障时, 将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。

逆变器:通俗的讲, 逆变器是一种将直流电 (DC) 转化为交流电 (AC) 的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

静态开关:静态开关又称静止开关, 它是一种无触点开关, 是用两个可控硅 (SCR) 反向并联组成的一种交流开关, 其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。

1.4 UPS的配备方式

如果需要配UPS的设备较多, 您可以采用“集中式”或“分散式”两种配备方式。

“集中式”, 就是用一台较大功率的UPS负载所有设备, 如果设备之间距离较远, 还需要单独铺设电线, 大型数据中心、控制中心常采用这种方式, 虽然便于管理, 但成本较高。

“分散式”配备方式是现在比较流行的一种配备方式, 就是根据设备的需要分别配备适合的UPS, 譬如对一个局域网的电源保护, 可以采取给服务器配备在线式UPS, 各个节点分别配备后备式UPS的方案, 这样配备的成本较低, 并且可靠性高。

这两种供电方式的优缺点如下。

集中供电方式:便于管理、布线要求高、可靠性低、成本高。

分散供电方式:不便管理、布线要求低、可靠性高、成本低。

2 我县乡镇机房不间断电源配备方案

2.1 不间断电源配备组成

自动整流逆变器、铅蓄电池; (铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定, 缺点是比能量 (单位重量所蓄电能) 小, 对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好 (尤其适于干式荷电贮存) 、造价较低, 因而应用广泛。

2.2 不间断电源配备方式选择

因为我县13个乡镇光放大器机房比较分散, 相互距离较远, 所以选用分散式配备方式, 每个机房配备一套不间断电源。

2.3 不间断电源设备容量计算

不间断电源的备用时间, 应根据我县电力供应实际情况确定, 经过调查, 确定按24小时备用。不间断电源的备用时间长短取决于蓄电池的容量大小, 整流逆变器的选择又取决于蓄电池的容量。

(1) 铅蓄电池容量计算:经查阅资料, 根据如下公式进行计算:光放大器功率÷功率因数×使用时间×电池电压=容量

逆变功率因数范围在0.8～0.85之间, 为了保证有足够的使用余量, 功率因数按0.8取值;

使用时间按使用24小时计算;

我县使用的光放大器功率在3 0 W～40W之间, 分别计算如下:

30W÷0.8×48h÷12V=150Ah

40W÷0.8×48h÷12V=200Ah

使用计算验证:放电电流:40W÷0.8÷12V=4.2A

(30W÷0.8÷12V=3.12A)

放电率:4.2÷200=0.021C

(3.12÷150=0.020C)

经查放电曲线:放电时间都大于60余小时

(2) 逆变器:充电电压12V, 充电电流0～25A。

2.4 设备选型

逆变器:充电电流0～25A

逆变输入DC12V

逆变输出AC222V±3%

额定容量500VA

铅蓄电池容量:12V/150Ah～12V/200Ah

2.5 价格分析

经查设备价格, 达到相近的备用时间并且蓄电池的容量也基本相同时, UPS电源一套的价格都在2500元以上, 本方案不间断电源一套的价格仅500元左右;一套的价格相差在2000元以上。

2.6 维护分析

整流逆变器, 铅蓄电池的维修比较简便, 在本地都可以购买到, 不需要进行备份;使用方法及日常维护都比较简单。

2.7 改造原因

由于原使用UPS电源为计算机标准型不间断电源, 备用时间仅为3小时, 无法满足实际需要, 必须延长不间断电源系统的供电时间, 如采用外接电池改作长效型UPS使用, 因原UPS电源设计的充电电流较小, 充电时间会大量增加, 受散热条件的限制, 整流充电电路易损坏, 一方面达不到使用目的, 另一方面也容易对UPS、电池的使用造成不良影响甚至损坏;另外也会增加占地面积与维护成本。