摘要：本文通过对一些小规模且重要场合的供电要求如何选择UPS进行了探讨和说明,并对当今一般小功率UPS的功能进行了介绍,希望对这些场合的用户有些帮助。

   一、概述
　　
　　随着电子化信息化技术的发展,数据中心的发展也如雨后春笋席卷各个行业。据有关资料显示,目前的信息中心机房已有数十万个之多,从规模上看小到几十平米,大到上万平米,甚至一个数据中心工业园。其用电量从几十千伏安到几个兆瓦,因此这些数据中心吸引了大量国内外UPS制造商,因为即使上百平米的机房也得需要50～400kVA甚至以上的UPS来供电,不过这其中70%以上的机房面积都在200m2以下。尽管如此,多数人还是大都把供电规模的注意力放在了这种大功率电源产品上。
　　
　　微模块和集装箱数据中心的出现也带动了模块化UPS的发展,虽然是n+x冗余并联UPS供电系统逐渐被人们所认可,但在这些系统中的模块电源的功率也大都在10kVA以上。目前常用的UPS模块是10～30kVA,用的最多的是20kVA,图1所示就是两款国产n+x冗余并联20kVA模块化供电系统的例子,图中每一个供电单元模块的功率都是20kVA。当然,大功率模块UPS也在应用,国内大功率模块UPS有的也做到了40kVA、60kVA、100kVA,国外的做到了200kVA以上。这无疑为数据中心供电系统的灵活性赋予了有利条件。
　　
　　二、小功率（Small Power)UPS用户不可忽视
　　
　　实际上还有大量的不包括在这50多万数据中心范围内的微机房,在人们看来还称不上数据中心。甚至他们的用电量都在10kVA以下,尽管如此它们已在广大领域为这些用户作着重要的贡献。这些小功率用户分布很广,并且也离不开UPS。
　　
　　2.1 零售店面
　　
　　保护POS收银机和超市和门店监控系统等。功率段多为1～10kVA以下,在市电状况较好的区域可用在线互动式UPS,要求高一点的就用纯在线式机型。一般工作时间12～15h。
　　
　　2.2 加油站
　　
　　其保护的设备为:加油站信息系统,服务器及网络设备。典型UPS容量为1～5kVA不等。其运行时间根据地区不同而不同,比如在高速公路上就得24h连续运行。
　　
　　2.3 边际网和通信基站。主要是保护通信系统畅通无阻,因此需要24h连续运行。由于这些地方气候条件恶劣,各种设备需要一些解雇措施。
　　
　　2.4 医疗单位
　　
　　1）手术室的无影灯、敏感电子设备、移动理疗设备和温控设备;
　　
　　2）重症护理室的医疗仪表盘、移动理疗设备和敏感电子设备;
　　
　　3）配电室的电信柜、电力仪表盘和机架式IT设备;
　　
　　4）护士站的接待区域电子设备、计算机和电话系统;
　　
　　5）X光/成像室的放射信息管理系统RIS、影像传输归档系统PACS和其它电子设备;
　　
　　6）医疗配套的如B超机,CT机与核磁共振等设备。
　　
　　这些地方的用电功率一般在10kVA以下。
　　
　　2.5 工业控制环境典型工业设备如PLC（ProductLine Controller）等,对切换时间敏感,应采用纯在线式UPS。
　　
　　可推荐干结点卡或支持RS484通讯方式的JBus/ModBus
　　
　　2.6 风电行业。这个行业的特点是一种新兴的能源行业,在我国集中在三北和沿海省份。UPS使用场所具有低温、高湿,高海拔、盐雾等特点。对UPS的要求:负载多为工业控制系统,要求UPS为纯在线式机型,要求切换时间为零。功率段约为1000～10000VA。根据控制柜规格,对UPS外观尺寸有特定要求,总体要求UPS尺寸小。具备干结点控制功能。
　　
　　2.7 航空港。这里的特点是全天候运营不间断,对UPS有多样化要求。
　　
　　1）飞行区地面灯光系统和跑道灯需要控制自动化;
　　
　　2）航空管制中的塔台、雷达、IT系统和通信系统;
　　
　　3）控制室和BMS中的控制自动化、监测监控系统和通信系统;
　　
　　4）旅客登机、通道安全和楼宇安全中的登机口、扫描系统、摄像头和电脑屏等;
　　
　　5）行李安全检查中的电脑控制台、工作站、EDS(扫描器)和流程自动化;
　　
　　6）停车场管理中的IT系统、摄像机、金几呼叫站和付费系统;
　　
　　7）应急照明灯
　　
　　8）候机大厅的终端系统,比如检票口、信息屏和商店等;
　　
　　9）中压网络自动化。
　　
　　2.8车载电源,用来保护通信设备或发射设备,因此也应选择UPS。
　　
　　一般会连接发电机,在供电状况较差时,选择纯在线式机型UPS较好;
　　
　　车辆行走时是一个震动环境,为了抗震建议用适当的软线材连接输入和输出;有部分会要求UPS采用机架式安装方式。
　　
　　2.9高速公路中的保护高速收费系统、收费站档杆、摄像头和ECT电子计费系统等。功率段从1～20kVA不等,视车道的数量而定;一般都采用在线式机UPS机型。
　　
　　2.10铁路系统中的作用
　　
　　1）保护铁路沿线信号系统或售票系统;
　　
　　2）信号系统功率段多为5kVA以下,标准机型;
　　
　　3）信号系统可采用在线式或在线互动式;
　　
　　4）信号系统,现场环境一般较差,车辆经过时会使电压大幅度波动,对电源的冲击较大,因此电源需采用相应的加固措施。
　　
　　2.11城铁和地铁系统需要保护
　　
　　1）地铁信号控制系统,站点较密,而且每个站点一台;
　　
　　2）信号系统功率段多为3～20kVA以下,1520kVA多采用三进单出接线方式;
　　
　　3）屏蔽门,一般采用直流电源。
　　
　　上面只是一些方面的部分例子。另外还有在农业上的应用,比如蔬菜大棚的自动户管理,银行的ATM机,部队的边防站点和气象的各测量站点,森林防火、地震测量、远程教育,等等。只要是怕停电或电网状况不好的地方都需要UPS,由于功率不大,所以需要小功率UPS。
　　
　　三、对小功率UPS的性能要求及SP（SmallPower)所具有的功能
　　
　　在人们的思想中大都认为小功率UPS的功能不必要求那么多,原因是后面的负载简单。实际上有一些地方是这样,但在好多场合对小功率UPS功能的要求不亚于大功率设备。原因是计算机已成为工作和生活中不可缺少的部分。尤其是现代数字密度和传输密度都有了大幅度地增长,也就增加了微数据中心的容量,而且这些微不足道的微数据中心也已成为其用户不可或缺的因素,运行中不允许停电,而且定期或不定期地将系统或设备运行状况传输到监控中心或个人,控制中心可以随意调取UPS的运行资料,或将对UPS的监控纳入整个系统监控范畴,等等。这就需要有这么一种UPS具有这种功能,SP小功率UPS就是其中的一种,这种小功率设备不但具备这些功能,在使用环境上也比以前扩大了很多。比如在偏远地带和供电条件比较恶劣的地方电网电压波动范围很大,甚至超过了±20%。以往的做法是前面加一级交流稳压器,如图2所示。但一般小功率的交流稳压器的输入电压窗口也不大,一般也不超过±15%,如果需要再宽的范围就会增加成本,带来了很多不便。前些年在远程教育中就遇到了这个问题。另一方面,前置交流稳压器需要与UPS匹配,否则也会导致故障,在某省高速公路收费站和控制中心就因前置交流稳压器与UPS不匹配导致了多处站点冒烟和起火,造成了很大损失。目前小功率(SmallPower)UPS好多厂家都有,有些功能比较简单,不太适用一些特殊的场合。不过也有的SP(SmallPower)UPS电源设备就可以解决这些问题,比如现在的高频机1～10kVA的SPUPS它的输入电压窗口可以从160V到300V,超过了±25%。表1示出了SP1kVA的性能参数,其它功率的产品性能一样。这样一来就省去了前置交流稳压器。
　　
　　从表1中还可以看出,这类电源的输入功率因数达到了0.99,几乎接近于线性,消除了对电网的干扰,效率也空前地提高了,达到了节能的效果。
　　
　　这又一次显示了高频机UPS的优越性。高频机UPS的优点就是体积小、重量轻、效率高、输入电压范围宽、输入功率因数高等。不过SP产品还具备了一般小功率高频机不曾具有的附加功能，这就是在结构上加入了一个智能插槽,如图3所示。
　　
　　图中L代表的是长延时的机器,可以外加电池组以延长后背时间。这对于上述的一些特殊场合也就够用了。其智能查槽中可以根据需要插入相应的智能卡,这些智能卡如图4所示:继电器输入输出卡(RelayIOcard),其作用是为远程监控提供闭合连接点;
　　
　　SNMP协议卡(SNMPcard),是环境监测装置也可以检测温度和湿度;MODBUS卡(MODBUScard),是RS485接口,MODBUS协议;环境监控装置(Environmental Monitoring Device),简称EMD,是一个通过SNMP管理进行远程监控温度和湿度的连接装置。
　　
　　有了上述的这些智能卡,就可以根据实际需要购置全部或其中一款来满足使用中的要求。
　　
　　四、对有上述功能的SP（Small Power)电源输出能力说明
　　
　　从表1可以知道,该类UPS的负载功率因数为≥0.95,对线性负载能给出80%以上的有功功率,但一般负载功率因数为0.8的任何电源(包括发电机)在带线性负载时只能给出额定容量的53%,且所有负载功率因数为0.8的UPS都应服从这个规律,即该UPS在带线性负载时1kVA只能给出530W(在不考虑过在能力的情况下)。所以使用这类UPS供电时首先要搞清楚负载的性质,以免在线型负载情况下给不出800W时而造成误会:错认为UPS的能力不够。
　　
　　需要提醒的是,有的人说‘我的UPS负载功率因数是0.8,我就能给出按0.8算出的有功功率’。实际上这是一种误解,原因是在线性负载时如果他真地能给出按0.8算出的有功功率,这时设备的负载功率因数已经大于0.85了。关于这方面的论述有关书籍已在多处进行了阐述。
　　
　　作者简介
　　
　　张伟中,天津中秋电子总经理,全国电源新能源智库专家,中国电源工业协会专家委员会委员,从事数据中心建设供配电系统设计及和施工十余年,对数据中心基础设施有着丰富的经验。
　　
　　编辑：Harris