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(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

伴隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全球化和廣泛化，多種形式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將連接在一起，這勢(shì)必引起網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜化。不間斷電源(簡(jiǎn)稱UPS)系統(tǒng)作為所有設(shè)備運(yùn)作的供電基礎(chǔ)，不僅需要其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，還要求能在各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及監(jiān)控。同時(shí)，隨著Internet和電子商務(wù)的高速發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性的要求會(huì)越來越高，使UPS系統(tǒng)從對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備的保護(hù)延伸至對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑的保護(hù)，使得UPS系統(tǒng)與Internet技術(shù)緊密結(jié)合在一起。雖然傳統(tǒng)技術(shù)如電話撥號(hào)、SNMP、Telnet等已實(shí)現(xiàn)了對(duì)UPS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程和集中監(jiān)控，但這些技術(shù)通常要求特定的配置和操作技能。隨著Internet技術(shù)的普及，使用瀏覽器監(jiān)控UPS將成為UPS監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主流，具有集中分析和集中數(shù)據(jù)處理功能的智能化不間斷電源系統(tǒng)已成為未來智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 不間斷電源系統(tǒng)工作原理

不間斷電源系統(tǒng)由整流器、濾波器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組等組成。其工作原理為：在市電正常時(shí)，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟妼?duì)蓄電池組進(jìn)行充電，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負(fù)載使用，使其不受市電電壓、頻率、諧波等的干擾；當(dāng)市電電網(wǎng)出現(xiàn)異?；蛞蚬释ｋ姇r(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，此時(shí)蓄電池放電經(jīng)逆變器對(duì)重要負(fù)荷供電。其工作原理如圖1所示。

2 不間斷電源設(shè)備的類型

數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、制造工廠的大部分電力均通過UPS傳輸。UPS可調(diào)節(jié)輸入電源，并在電源受干擾或停電時(shí)，為關(guān)鍵性的工作負(fù)載提供備用電源。因此，UPS設(shè)備和能源存儲(chǔ)的選擇至關(guān)重要。目前，有三種普遍類型的UPS設(shè)備可供選擇，包括帶電池的靜態(tài)雙轉(zhuǎn)換UPS設(shè)備、帶集成飛輪的靜態(tài)并聯(lián)在線式UPS設(shè)備、帶柴油發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)式UPS設(shè)備。每種UPS設(shè)備都以其獨(dú)特的方式運(yùn)行，并依賴于其不同類型的能量存儲(chǔ)模式。

圖1 不間斷電源系統(tǒng)工作原理

2.1 靜態(tài)雙轉(zhuǎn)換UPS設(shè)備

靜態(tài)雙轉(zhuǎn)換UPS設(shè)備是依靠電力電子設(shè)備和某種形式的能量存儲(chǔ)器(例如鉛酸電池)來調(diào)節(jié)輸入功率，并保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載。雙轉(zhuǎn)換UPS將無條件輸入功率轉(zhuǎn)換兩次，首先從交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)，然后再轉(zhuǎn)換回(AC)，以便為負(fù)載提供干凈的輸出電壓。

2.2 并聯(lián)在線式UPS設(shè)備

并聯(lián)在線式UPS設(shè)備集成了飛輪，以便用于儲(chǔ)能。并聯(lián)在線UPS設(shè)備通過電感器和逆變器連續(xù)采樣和校正輸入電壓，為工作負(fù)載輸出干凈的正弦波電流。如果發(fā)生電源干擾或停機(jī)中斷事故，UPS設(shè)備將斷開輸入，并利用其內(nèi)置飛輪作為儲(chǔ)能裝置，直到公共供電輸入重新建立或轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)。經(jīng)驗(yàn)證，飛輪UPS可以防止由IEEE機(jī)構(gòu)所定義的九種電源干擾，并以高達(dá)98%的效率運(yùn)行。

2.3 旋轉(zhuǎn)式UPS設(shè)備

旋轉(zhuǎn)式UPS設(shè)備是利用旋轉(zhuǎn)部件(如電動(dòng)發(fā)電機(jī))來調(diào)節(jié)功率，并保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載。最常見的機(jī)型是發(fā)動(dòng)機(jī)耦合旋轉(zhuǎn)式UPS設(shè)備，其電機(jī)通過短周期飛輪機(jī)械耦合到發(fā)電機(jī)組，不需要使用其他能量存儲(chǔ)選項(xiàng)(如電池組)。與飛輪UPS類似，它不需要更換電池，但由于旋轉(zhuǎn)式UPS必須旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，因而會(huì)浪費(fèi)更多功率且效率低，約為93%～96%，因此其碳排放量比靜態(tài)UPS更高。

3 基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的不間斷電源系統(tǒng)的應(yīng)用

基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的不間斷電源系統(tǒng)由UPS電源、UPS電源遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，通過軟硬件系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)的智能化管理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、傳輸、整理、分析及保存，使其具有顯示預(yù)警、運(yùn)行記錄、故障報(bào)警等功能。通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和保存，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS電源系統(tǒng)的智能化管理，還可用來監(jiān)視和控制UPS，并在設(shè)備出現(xiàn)故障、異常等情況時(shí)及時(shí)通知相關(guān)維護(hù)人員，每個(gè)人均可以通過UPS集中監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)查看每臺(tái)UPS系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.1 基于集中監(jiān)控的UPS系統(tǒng)

基于集中監(jiān)控的UPS系統(tǒng)由UPS電源系統(tǒng)及服務(wù)器、智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)回傳及監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成。集中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器與UPS的通訊接口相連，每臺(tái)智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器中的USP集中監(jiān)控軟件建立通信。UPS集中數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件通過智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器采集每臺(tái)UPS的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與保存。UPS電源提供RS232/RS485/SNMP通訊接口，UPS集中數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控系統(tǒng)通過使用廠家提供的通訊協(xié)議，實(shí)時(shí)地監(jiān)視UPS電源整流器、逆變器、電池、旁路、負(fù)載等各器件的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)。UPS監(jiān)控系統(tǒng)可全面診斷UPS電源運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)視UPS電源的各項(xiàng)參數(shù)。

圖2 集中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一旦發(fā)生電源報(bào)警，將自動(dòng)切換到電源監(jiān)控子系統(tǒng)的運(yùn)行畫面，越限參數(shù)變色顯示報(bào)警，并發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音，系統(tǒng)在進(jìn)行報(bào)警記錄的同時(shí)，有相應(yīng)的故障處理提示。使用者還可根據(jù)需要，對(duì)重要報(bào)警事件設(shè)置電話語(yǔ)音撥號(hào)、手機(jī)短信等對(duì)外報(bào)警功能。對(duì)于重要的參數(shù)，可繪制曲線記錄，系統(tǒng)可查詢一年內(nèi)相應(yīng)參數(shù)的運(yùn)行曲線，并可查詢具體時(shí)間段的參數(shù)值、當(dāng)天(以天為單位)參數(shù)的最大值及最小值，方便管理員全面了解電源的運(yùn)行狀況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并解決電源運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題。

最基本的UPS監(jiān)控系統(tǒng)類型采用無電壓接觸的形式，也稱為干接點(diǎn)。包括通過UPS本身或通過插入式附件卡提供的一組終端。來自這些終端的信號(hào)通常與數(shù)據(jù)中心的建筑管理系統(tǒng)(BMS)或遠(yuǎn)程狀態(tài)面板相連，并使UPS的警報(bào)和狀態(tài)可以與位于同一地點(diǎn)的其他設(shè)備進(jìn)行通信。

無電壓通信詳細(xì)地提供了直接的“真/假”響應(yīng)，如UPS是否由于電源故障、電池電量已達(dá)到閾值或發(fā)生UPS故障，而需要使用電池工作。

3.2 基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的UPS系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心基于網(wǎng)絡(luò)的解決方案，構(gòu)成本地網(wǎng)絡(luò)的一部分UPS系統(tǒng)可配備簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)功能，這是一種獨(dú)立于供應(yīng)商和平臺(tái)的協(xié)議，可以從中央位置對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。實(shí)際上，這使得其裝配了網(wǎng)絡(luò)適配器，進(jìn)而使其可以實(shí)現(xiàn)“通信”(傳輸數(shù)據(jù))以及“接收”(接收外部命令和指令)。

基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)與用戶友好的通訊軟件(如Power Shield3平臺(tái))相結(jié)合，可將數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)變成一臺(tái)先進(jìn)的機(jī)器，使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠?qū)崟r(shí)查看電池狀態(tài)、工作負(fù)載水平和系統(tǒng)溫度等重要信息或參數(shù)。

系統(tǒng)能夠設(shè)置電子郵件或文本消息警報(bào)，以便在發(fā)生任何突發(fā)狀況時(shí)發(fā)出警報(bào)，或是當(dāng)電源不能在1 s后快速返回時(shí)，遠(yuǎn)程關(guān)閉數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的UPS系統(tǒng)可記錄電源干擾，預(yù)先標(biāo)記低電池容量等狀況，所有的事實(shí)和數(shù)據(jù)均可通過網(wǎng)絡(luò)立即進(jìn)行分析，無論是在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)還是遠(yuǎn)程位置，均能為UPS系統(tǒng)維護(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可提高大型數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)效率，其通過收集來自同一網(wǎng)絡(luò)上幾十臺(tái)UPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，研究并用于優(yōu)化工作負(fù)載的管理。基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能也能在不同地點(diǎn)的大型數(shù)據(jù)中心等設(shè)施中的龐大電力保護(hù)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；連接到同一網(wǎng)絡(luò)的UPS設(shè)備通常分布范圍可達(dá)數(shù)百英里甚至數(shù)千英里，有些甚至安置在無人值守的地點(diǎn)，這使得遠(yuǎn)程監(jiān)控成為必然。

數(shù)據(jù)中心通過選擇添加外部UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)，以便將平臺(tái)作為整體維護(hù)計(jì)劃的一部分。這一安全且基于云的設(shè)施在應(yīng)用于企業(yè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)性能監(jiān)控方面，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部管理運(yùn)營(yíng)人員不僅能夠?qū)瘓?bào)和潛在的故障保持高度的警惕，而且維護(hù)團(tuán)隊(duì)的人員也能二十四小時(shí)不間斷地監(jiān)控和分析UPS設(shè)備的數(shù)據(jù)，降低了無響應(yīng)報(bào)警的風(fēng)險(xiǎn)，并且還有效避免了潛在故障的進(jìn)一步惡化，甚至可在關(guān)鍵階段之前就能被主動(dòng)地識(shí)別和修復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

UPS供電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心設(shè)備及其他重要用電設(shè)備的基礎(chǔ)保障系統(tǒng)，其設(shè)備的可靠性對(duì)于各項(xiàng)任務(wù)的圓滿完成起著決定性的作用。具有集中分析和集中數(shù)據(jù)處理功能的不間斷電源系統(tǒng)，已成為未來不間斷電源系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。