天津电子信息职业技术学院
暨国家示范性软件职业技术学院
网络供配电
施工与管理实训
题 目：网络供电施工与管理
姓 名：
系 别：
专 业：
班 级：
指导教师：
时间安排：20##年6月4日 至 20##年6月15日
摘要
随着现代化建设事业的不断发展，以计算机网络技术、现代全球化通信技术和高精尖的精密加工工业的发展而带动起来的信息化产业正以前所未有的速度发展着。现在已为人们认识到的事实是：由于计算机和通信设备等为代表的非线性负载在运行过程中所产生的“谐波污染”造成当今的普通电网的供电质量的恶化。大量的运行实践说明：电网电压和频率的急剧波动，供电的瞬时和长期中断，在电网上所出现的各种人们无法预料和控制的干扰和高能浪涌，都有可能造成计算机的硬件损坏或导致计算机的计算错误和数据丢失。为满足UPS不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件、稳压恒频输出的电源保护设备。它可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波等现象，使我们的计算机系统和网络运行更加稳定安全。
关键字：
不间断电源；后备式；在线式；在线互动式
目 录
一.描述............................................... 3
二．UPS的组成、工作原理及特性......................... 3
三．UPS系统的先进技术................................. 7
四、4 电路图分析
4.1正常运行--------------------------------------------------------------9
4.2电池运行-------------------------------------------------------------9
4.3过载/逆变器停机----------------------------------------------------9
4.4维修状态-------------------------------------------------------------9
五、使用UPS有哪些注意事项.......................... 10
七、UPS系 统 存 在 的 问 题 及 发 展 方 向...................... 12
一.描述
UPS是针对中国电网环境和网络监控和网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求，克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS。直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。 UPS和直流电源是企业重要的供电保障设备，传统的维护管理包括：①日常巡检外观，定期更换电池、滤波电容、风机等易损件，大修时做电池活化等;②改造或采用换代设备，使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高，维护人员工作量大，不易实时掌握设备运行状态和关键数据，设备事故预防能力低。实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处，获得良好效益。 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，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。
二．UPS的组成、工作原理及特性
1、UPS的系统组成
对于一台设计完善的UPS供电系统而言，这至少应该包括如下的控制部件：
●交流输入EM1/RF1滤波器及整流滤波器；
●免维护密封蓄电池组及其充电器；
●采用脉宽调制方式运行的逆变器；
●控制电路及微处理器芯片所用的直流辅助电源；
●各种自动保护控制电路（如：输出过载/短路保护，过压输出/欠压输出保护，电池电压过低自动保护，直流母线过压保护等）及相关的UPS电源模拟流程显示系统；
●UPS电源的市电交流旁路供电←→逆变器电源供电切换装置及相应的锁相同步控制电路；
●微处理器及故障“自诊断”检测系统；
●为实现智能化UPS配置而设置的RS232或DB9接口及其相应的电源监控软件。
2、UPS工作原理
近年来，以微处理器调控为特征的小型在线式UPS电源（其标称输出功率为0.5KVA-10KVA左右），下面我就以该类型的UPS为例来介绍UPS电源的工作原理。其控制框图如图1.1所示.UPS电源所要完成的控制功能是将供电质量较差的普通市电电源（这种电源经常遇到如下问题：①市电电压不，有时甚至还会发生市电供电中断；②市电频率波动范围过大；③由于用户在电网上投入的像计算机、通信设备和家用电器之类的非线性负载对“电网污染”而造成正弦波形的严重畸变；④从电网串入各种干扰和高能浪涌）首先经位于UPS内部的整流滤波器变成直流电源，然后再利用正弦脉宽调制法(SPWM)在逆变器内重新将直流电源变成纯正的高质量正弦波电源。当市电供电出现故障或完全停电时，利用装在UPS内部的蓄电池组继续向逆变器提供直流能源，从而可以保证UPS电源的逆变器电源继续以毫无时间中断的正弦波电源及毫无波形扰动的方式继续向用户提供高质量的交流电源。目前，UPS的内置蓄电池组可以保证在市电中断后提供8-15分钟的后备供电时间。对于像我们通信行业这样有特殊要求的用户而言，可以通过外置大容量电池组和充电器的办法来将UPS电源的电池后备供电时间延长到8小时左右。
工作原理：
1 UPS电源工作原理
1.1在线式
在线式UPS（On-Line UPS）的运作模式为“市电和用电设备是隔离的，市电不会直接供电给用电设备”，而是到了UPS就被转换成直流电，再兵分两路，一路为电池充电，另一路则转回交流电，供电给用电设备，市电供电品质不稳或停电时，电池从充电转为供电，直到市电恢复正常才转回充电，“UPS在用电的整个过程是全程介入的”。其优点是输出的波型和市电一样是正弦波，而且纯净无杂讯，不受市电不稳定的影响，可供电给“电感型负载”，例如电风扇，只要在UPS输出功率足够的前题下，可以供电给任何使用市电的设备。
1.2后备式
后备式又称为非在线式不间断电源（Off-Line UPS），它只是“备援”性质的UPS，市电直接供电给用电设备也为电池充电（Normal Mode），一旦市电供电品质不稳或停电了，市电的回路会自动切断，电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务（Battery Mode），直到市电恢复正常，“UPS只有在市电停电了才会介入供电”，不过从直流电转换的交流电是方波，只限于供电给电容型负载，如电脑和监视器。
1.3线上交错式
线上交错式又称为线上互动式或在线互动式（Line-Interactive UPS），基本运作方式和离线式一样，不同之处在于线上交错式虽不像在线式全程介入供电，但随时都在监视市电的供电状况，本身具备升压和减压补偿电路，在市电的供电状况不理想时，即时校正，减少不必要的“Battery Mode”切换，延长电池寿命。
3、特性
采用脉宽调制法控制的整流器、滤波器将不稳压的市电电源变成幅值稳定的直流高压电源V1送到逆变器电源的直流总线输入端。当市电电源供电正常时，在微处理器的调控下，从DC/DC变换器所送出的另一路直流电源的电压V3小于从整流器所输出的直流电源电压V1.在此条件下，由于二极管D处于反向偏置状态，所以，DC/DC直流变换器并不向逆变器提供任何能量。与此同时，逆变器在微处理器所送的正弦脉宽调制脉冲的调控下，重新将直流电源V1变成输出波形非常标准的纯正50HZ正弦波电源V4。为区别来自市电电网的正弦波电源V0,我们将从逆变器所输出的正弦波电源称为“逆变器电源”。如果将该逆变器电源V4同来自市电电网的普通电源V0相比，就会发现它具有如下极其优越的电气特性：
①由于在UPS的逆变器调控电路中，建立有由电压负反馈控制电路→微处理器→逆变器电源输出→电压负反馈控制电路所构成的闭环负反馈控制电路，这样可以确保UPS的逆变器向负载提供稳压精度高达±0.5%—±1%的高精度稳压电源。
②利用位于UPS电源内部的锁相同步电路确保从UPS的逆变器电源的工作频率为50HZ
③由于在UPS电源的逆变器中，采用高频（20KHZ-40KHZ）正弦脉宽调制（SPWM）技术，从逆变器所输出的正弦波电源具有非常标准的正弦波形，保证输出电源的波形失真小。
④可完全消除来自市电电网的任何电压波动，波形畸变，频率波动及干扰可能产生的任何影响。正是基于这点，UPS的逆变器电源才可向用户提供毫无干扰的高质量的纯洁正弦波电源。
⑤确保从UPS所输出的逆变器电源永远都是处于不间断地向用户的负载供电的局面。
综上所述：我们可以看到从UPS的逆变器所输出的高质量正弦波电源，不仅是一般的市电电网的电源不能与之相比的，而且，据我所知，现在还没有任何一种交流稳压电源有可能同时具有以上5种优异特性的高质量电源
三．UPS系统的先进技术
现在的UPS，特别是中大型UPS，已经不是一台电网停电后可以继续向负载供电的整机产品，随着UPS技术的进一步发展，它应该成为一个小型的，或者说局部的高度可靠、性能齐全、高度智能化的供电中心。而在网络化时代，UPS已经成为一个高度智能化的设备，它要对整个网络中的硬件设备、运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网络。UPS不仅向由它直接供电的各种硬件设备提供全面的保护，还应该向它们所运行的软件以及数据传输途径提供绝对安全可靠的保护，这就意味着，UPS可配置相应的电源监控软件，SNMP（简单网管协议）管理器，使其具有远程管理能力，使用户可执行UPS与网络管理平台之间的监控和数据通信操作。
具体来说，网络UPS供电系统具有的技术特性包括：
1．高可靠性
具有能提供365天(24小时)连续提供高质量的UPS“逆变器电源”的供电能力。这就意味着，在UPS供电系统的运行中既不允许出现任何瞬间供电中断/停电事故，也不允许在UPS运行中，出现由普通的市电经交流旁路直接向用户的负载供电的局面。为此，要求UPS供电系统应满足如下要求：
UPS单机本身的“故障率”低，目前大型UPS产品的平均无故障工作时间（MTBF）为20～40万小时。
采用具有高度“容错”功能的“N＋1”型UPS冗余并机系统来进一步提高UPS供电系统的可靠性。（“1＋1”型冗余并机系统的典型MTBF值可达140～200万小时左右）。
在整套UPS供电系统中，不应存在“单点瓶颈”性故障隐患。
允许在UPS“逆变器电源”连续供电的条件下，执行“不停电”的维护和检修操作。
万一在用户设备端出现“短路”故障时，应将“故障”的影响范围缩小到尽可能小的范围。
2．高抗干扰性
UPS供电系统能为互联网设备获得100%的高“可利用率”（低“误码率”，低数据传输“丢包率”，高网络“接通率”），创造优良的运行环境。
大量的运行实践表明：“电源干扰”问题是造成互联网设备的“可利用率”下降的重要原因之一。能否尽可能地消除“电源干扰”是确保信息网络能否获得100%的高“可利用率”的关键所在。在此需说明的是：“电源干扰”不仅来源于普通的市电电网，它还来源于“设计不完善”的UPS电源本身及用户的互联网设备本身。这是因为配置在IDC（互联网数据中心）和MDC（多媒体数据中心）机房内的服务器、磁盘陈列机、交换机等均内置有“开关电源”。这种“整流滤波型”非线性负载会向UPS供电系统反射3次～23次低次谐波“干扰”，其可能带来的恶果之一是降低语音通话质量。实践证明：过大和过频出现“电源干扰”，轻者会导致互联网的传输速率下降、网络服务器的数据“丢包率”增大、modem的上网“掉线率”增大等隐形故障出现，从而导致互联网设备被迫进入“降额”使用状态，严重时还会导致网络瘫痪。举个例子，如果将用户向网络运营商租用“带宽”为64Kbit/s专线时所需付的费用作为1计算的话，当用户租用10Mbit/s和150Mbit/s的网线使用权时所需支付的费用将分别增到34和210倍。由此可见，如果因“电源干扰”问题或电磁兼容EMC问题而导致互联网进入“降额使用”状态的话，它会给网络的利润带来多大的损失。从这个角度来看，高速信息网络技术的迅猛发展在给UPS产业带来巨大商机的同时，也对UPS供电所能提供的电源质量提出更为严格的要求。
3.具有防雷击、抗高能浪涌的功能
雷击、闪电及电网上的高能浪涌严重威胁UPS系统和计算机网络的安全。如无相应的保护措施，将造成UPS系统及计算机网络的硬件和软件的损坏。UPS应具有这方面的保护电路，其指标应符合国家及国际安规标准。
4.过载能力强
由于计算机等负载属于整流型负载，在启动时往往有较大的瞬态冲击电流，如果UPS的过载能力弱，有可能造成严重后果导致系统不能正常安全的运行。
5.智能化监控
在UPS和计算机/网络之间建立起双向通信监控管理功能。利用监控软件监控管理UPS的运行、操作。当市电中断或UPS电池低电位时，监控软件可做到将计算机中的数据自动安全存盘、系统安全关机然后关闭UPS，避免因电力突然中断而造成操作系统的损坏和数据资料的损失，以实现数据的完整性保护。
电路图分析
4.1正常运行：
整流器将主电源输入的交流电整流为直流电，一方面为电池充电，一方面通过逆变器将直流电逆变为交流向负载输出，负载得到的交流电是经过稳压稳频的；
4.2电池运行：
当市电停电或超限时，整流器自动停止，由电池向逆变器和负载供电，直到电池放电结束或市电恢复正常。
当市电正常后，整流器以恒流-恒压方式充电24小时，然后转为浮充电。
4.3过载/逆变器停机：
4.4维修状态：
手动维修旁路为UPS检修时提供向负载的供电。
断开整流器-逆变器-静态开关 的输入-输出开关及电池开关QF1，即可对UPS和电池进行维护和检修。
5使用UPS有哪些注意事项
1）UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。
2）切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。
3）UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。
4）UPS带载过轻（如1000VA的UPS带100VA负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。
5）适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。
6）对于多数小型UPS，上班再开UPS，开机时要避免带载启动，下班时应关闭UPS；对于网络机房的UPS，由于多数网络是24小时工作的，所以UPS也必须全天候运行。
7）UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。。
七、UPS系 统 存 在 的 问 题 及 发 展 方 向
随 着 全 球 计算 机 网 络 的 蓬 勃 发 展， 网 络 化、 集 成 化 趋 势 正 以 前 所 未 有 的 深 度 和 广 度 影 响 着 我 们 的 生 活。 但 是 现 在 的 系 统 集 成 概 念 主 要 体 现 在 计 算 机 网 络 设 备 的 集 成， 对 其 他 一 些 设 备 的 集 成 考 虑 不 足。UPS 电 源 系 统 在 网 络 系 统、 智 能 大 厦 等 项 目 中 的 集 成 也 经 常 被 忽 视。
1、 传 统 的UPS 系 统 存 在 以 下 的 问 题：
(1) 单 机 故 障 率 高， 且 经 常 影 响 所 支 持 系 统 的 持 续 工 作。 传 统 的 单 机UPS 没 有 备 用 线 路 或 应 急 方 案， 所 有 的 电 力 供 应 线 路 都 为 单 线， 一 旦 发 生 问 题， 电 力 供 应 中 断 就 在 所 难 免。
(2) 可 扩 展 性 差。 传 统UPS 的 配 置 固 定， 且 不 能 升 级， 如 遇 信 息 系 统 升 级 而 导 致 要 求 提 高 电 力 供 应 能 力 时， 则 只 有 购 买 新 的UPS 系 统。
(3) 可 管 理 性 差。 所 有 的 电 池 或 电 池 组 在 功 能 和 使 用 上 没 有 区 别， 当 其 中 的 某 一 块 电 池 发 生 故 障 后，UPS 管 理 系 统 不 能 进 行 及 时 地 关 闭 和 替 换， 只 能 报 告 发 生 了 系 统 故 障， 然 后 由 管 理 人 员 手 工 进 行 更 换。
(4) 维 护 成 本 高 昂。 传 统UPS 系 统 的 维 护 是 一 项 技 术 水 平 要 求 颇 高 的 工 作， 仅 仅 拿 最 普 通 的 更 换 电 池 来 说， 也 要 求 由 专 业 的 技 术 人 员 来 完 成， 普 通 用 户 根 本 不 可 能 独 立 进 行。
2、发展方向
目 前 采 用 最 新 技 术 的UPS 不 仅 仅 是 一 台 不 间 断 电 源 安 全 和 管 理 设 备， 而 是 一 个 智 能 的 电 源 系 统。 它 除 了 包 含 一 般 不 间 断 电 源 的 整 流、 滤 波、 充 电、 放 电、 逆 变 器 等 外， 还 有 微 处 理 器 控 制、 自 动 识 别 负 载 类 型、 电 池 检 测、LCD 状 态 显 示、 逆 变 器 自 动 适 应 调 整、 风 扇 速 度 检 测、 远 程 监 控 系 统 等。 为 了 提 高 电 源 的 可 靠 性， 还 提 出UPS 串 联、 并 机 冗 余 等 概 念， 不 仅 提 高UPS 的 带 载 能 力， 而 且 提 高 了 其 可 靠 性。
其 次，UPS 在 为 网 络 内 的 计 算 机 及 设 备 提 供 不 间 断 电 源 的 同 时， 设 备 管 理 者 也 要 求 方 便 快 捷 地 检 测、 控 制 和 管 理UPS 的 使 用 状 况。 根 据 应 用 的 不 同 需 要， 定 时 开 关UPS 电 源、 市 电 故 障 的 报 警、 自 动 关 掉 网 络 服 务 器 等 关 键 设 备。 这 些 需 求 要 求UPS 监 控 软 件 能 适 应 现 代 各 种 电 脑 网 络 平 台 如NT、Novell、Unix( 各 种 版 本)、OS/2、AS/ 400 等， 能 提 供 从RS232 接 口、SNMP 接 口 到Modem 连 接 等 多 种 管 理 方 案。 以SNMP 为 例， 在 一 个 特 殊 设 计 的SNMP 适 配 器 上 附 带 有SNMP Agent 软 件 和MIB， 硬 件 上 还 有 以太网络接口和RS-232接口。 当 网 管 站 的 请 求 给SNMP Agent 时，SNMP Agent 即 通 过RS-232 接 口 与UPS" 交 谈"， 获 得UPS 的MIB 参 数， 然 后 再 根 据SNMP 协 议 回 传 资 料 到 网 管 站。 其 中 传 输 和 接 收SNMP 的 帧(frame) 可 通 过IP 或UDP 传 输 协 议。 通 过 这 个 管 理 程 序， 网 络 可 以 咨 询 侦 测 广 域 网 络 内 的 任 意 一 台UPS 的 状 态 参 数， 以SNMP 的 方 式 回 传 到 网 络 站， 并 转 化 成 图 形 显 示 在 屏 幕 上。UPS 的SNMP 为 广 域 网 提 供 了 更 加 集 中 式 的 管 理、 更 加 良 好 的 环 境 监 督、 网 络 诊 断 以 及 更 好 的 安 全 性 和 通 用 性， 为 网 络 连 线 设 备 提 供 了 更 广 的 软 件 保 护。
第 三，UPS 应 考 虑 与 应 用 环 境 的 集 成。 在 机 房 、 智 能 大 厦 等 自 动 化 程 度 较 高 的 电 源 系 统 中， 对 火 灾 报 警 信 号、 温 度 检 测 信 号、 保 安 系 统 等 能 与UPS 触 点 信 号 连 接。 当 火 灾 发 生 时， 报 警 信 号 启 动， 紧 急 关 掉UPS， 其 他 信 号 也 可 相 应 对UPS 采 取 不 同 措 施。 对 于 这 种 情 况，UPS 应 能 提 供 触 点 信 号 接 口(Contact Interface)， 以 保 证 整 个 系 统 电 源 安 全 的 要 求。
随 着 电 源 技 术 的 发 展，UPS 电 源 系 统 与 通 信 网 络 系 统 的 关 系 更 加 紧 密， 已 成 为 系 统 工 程 项 目 中 一 个 不 可 缺 少 的 环 节。 系 统 集 成 商 在 项 目 实 施 中 需 要 充 分 考 虑 到 UPS 电 源 与 及 其 他 设 备 的 集 成， 使 UPS 电 源 与 计 算 机 等 其 他 网 络 设 备 的 管 理 融 为 一 体， 不 仅 保 证 系 统 项 目 的 电 源 安 全 需 求， 又 能 满 足 系 统 项 目 的 电 源 系 统 的 可 管 理 性 和 易 于 维 护。
参考文献
《工业与民用配电设计手册》第二版，中国航空工业规划设计院等编水利电力出版社
《建筑电气设计实例图册》，北京照明学会设计委员会编中国建筑工业出版社
《工厂常用电气设备手册》兵器部第五设计院编中国电力出版社
《电子工业出版社》李成章， 2001
《新型不停电源（UPS）的管理使用与维修》王琪英，刘秀荣。