UPS原理论文(自己)

1、ups原理与应用由于应用领域中关键设备的急剧增加，使得与电力质量和可用性密切相关的 问题变得前所未有的重要了。配电系统中的干扰(间断、停电、电压跌落，等等) 会造成设备在运行屮的重大损失或带来安全上的危险。为了避免重要设备在电能 质量问题的骚扰下造成的损失，不间断电源(ups)当然地成为了电力保护系统中 解决方案的核心部分，它们提供高质量、高可用性的电力，并且融入了既与电力 环境兼容、又与计算机环境兼容的先进的通信系统。本文主要对ups的基本应用原理做了一个分析讲解，其中包括ups基本构 式、基本技术指标、pw系列ups的操作以及h常故障维护等内容。第一章电网的质量问题1.1国家电网质量标准随

2、着工业水平的不断发展，生产屮的工业设备对供电可靠性的要求越来越 高。表1屮为国家对电网质量定出的一个标准：标准编号标准名称允许限值说明gb 1252590供电电压允许偏差(1) 35kv及以上为正负偏差之和不超过10%；(2) 10kv及以下三相供电为±7%：(3) 220v单相供电为+7%, -10%衡量点为供用电权分界处或电能计量点gb 23262000电压波动和闪变电压变动d的限值和变动频度r (h-1)有关：当rw1000时，对于低压(lv)和中压(mv), 41.25%4%； 对于高压(hv), d=l. 0%3%；对于随机不规则的变 动，d=2%(lv、mv)和d=1.5

3、%(hv),闪变限值如下表：此标准为gb 1232690修订版(1) 衡量点为电网公共连接点(pcc):(2) pst每次测量周期lomin,取实测95%概率值; 几每次测量周期2h,不得超标；(3) 规定限值分三级处理原则；提供预测计算方法， 规定测量仪器并给出典型分析实例。系统电压等级lvmvhvpst10. 9(1.0)0.8pit0.80.7(0. 8)0.6注1.括号中的值仅适用于所有用户为同电压级场合。2. pst为短时间闪变；pit为长时间闪变。gb/t 1454993公用电网谐波各级电压谐波电压限值(%)(1) 衡量点为pec,取实测95%概率值；(2) 对用户允许产生的谐波电

4、流提供计算方法；(3) 对测量方法和测量仪器作出 基本规定；(4) 对同次谐波随机性合成提供算法电压(kv)thd奇次偶次0. 385426> 1043.21.635、6632.41.211021.60.8注1、220kv电网参照llokv执行。2、表中thd为总谐波基变率gb/t 155431995二相电压允许不平衡度(1) 正常允许2%。短时不超过4%；(2) 每个用户一般不超过1.3%。(1) 各级电压要求一样；(2) 衡量点为pcc,取实测95%概率值或日累计超过 不超过72min ,且每30min中超标不超过5min ；(3) 对测量方法和测量仪器作出基本规定；(4) 提供不平

5、衡度算法。gb/t159451995电力系统频率允许偏差(1) 正常允许土0.2hz,根据系统容量可以放宽到士0.5hz;(2) 用户冲击引起的频率变动一般不得超过士0.2hz。对测量仪器提出了基本要求1.2常见的电网干扰在电力供应中，电网的干扰各式各样并且时有发生。下面对各种干扰以及其 主耍起因、特征以及造成的后果做一个简单地描述：（1）频率波动造成频率的不稳定的原因主要有：发电机组的调整、发电机组的运行失调、 频率不稳定的电源。主要的扰动偏差为+5%、-6% （10s时间间隔的平均值）。 这些变化超出了某些仪表和计算机的容限范围（通常为±1%）,因此，可能会 导致数据的错误或丢失

6、。（2）间断电源的间断主要表现为电压完全消失，且电压消失的时间在10ms之内，主 要可能是由于大气条件、切换、故障、电网施工等原因引起。电压的间断可能会 导致运行故障和数据的丢失（计算机系统）或者生产屮断（连续处理过程）。（3）停电停电事故在我们fi常生活中时有发生。它主要是由于大气条件、切换、故障、 意外事故、电网施工的造成电压在一个周期以上的完全消失。这样会造成机器停 机并危及人身安全以及数据的丢失或生产中断。（4）电压跌落电压的冇效值下降至低于额定值的90%以下（但大于0%）,并月.持续 loms-lmin之内恢复到大于90%。主要由负载波动造成。同样也可能造成机器 停机、数据丢失等事故

7、。（5）欠电压电压下降持续儿分钟到数天，造成数据等的丢失以及设备的老化停机。1.3 ups对于电网稳定的重要作用随着工业水平的不断发展，生产中的工业设备对供电可靠性的要求越來越 高。然而，一般的供电方式很难满足其要求。供电线路、供电设备以及供电系统 屮的任何器件的故障都可能导致电压的不稳定或者断电。而这种临时性的电圧不 稳定或者停电，往往会对设备以及生产质量造成很大的损害，甚至可能会造成人 员的伤亡。例如：敏感工业处理过程，其屮控制监视系统屮的任何一个故障可能就可能导致停产；机场和医院，设备的故障或不正常运行可能意味着严重的生命 威胁；我们海上石油生产过程中，如果断电，大部分的控制系统将会而临

8、失控的 危险，从而无法保障各个设备在安全可控的条件下运行，进一步加大了安全事故 的发生率以及事故的危险性。为了保障电能质量的不间断性以及稳定性，不间断电源（ups）就成为了电 力保护系统中解决电源稳定性方案中的核心部分。ups常常与其它的电源产品配套使用，例如：有源谐波调节器、静态切换 开关、智能配电盘等等，它们组合在一起对敏感性电气装置屮而临的各种电源保 护的问题提供了完整和有效的方案。也正因为这些电源产品的配套使用，使得 ups能够提供高质量、高可用性的电力供应，并且同时融入了既能与电力环境兼 容、又能与计算机环境兼容。进而被广泛应用于各大工业生产中，极大程度上的 保障了生产过程中人以及设

9、备的安全可控。近年来，因为ups系统故障导致机组停电的事故屡有发生，例如：2006年 1月28日，兰州石化公司石油化工厂1台ups控制板故障停电造成裂解装置 停运，而后整个石化厂牛产停运，并因突然停车造成裂解气压缩机故障，损失重大。由此可见，ups在工业生产屮扮演着不可或缺的角色，尤其对于像油气化工 这些重要的能源行业，因为工业自动化程度高，所以大量使用的dcs控制系统 及仪表系统等，而这些系统对电源的连续性要求特别高。因此，拥有一个稳定的 电源系统对其生产意义非常重大。1.4 ups改善电能质量ups （不间断电源）是专门设计用来满足敏感型负载供电需求的电力装置。自 二i世纪七i年代首次推出

10、以来，它的重要性与数字化技术的发展保持着同步的 增长。ups是位于电力系统和敏感负载z间的电力装置，它捉供的电力比电力系 统提供的电力可靠得多，并能满足于敏感型负载对电力质量和可用性方而的要 求。按照设计，双转换式静态ups为负载捉供的正弦波电压应具冇：（1）高质量，因为它是经过再生和调节的（幅值±1%、频率土 0.5%）；（2）排除了电力系统的所有骚扰（由于两次电力形式的转换），特别是市电 屮的间断和停电（由于电池的存在）；第二章ups的原理ups主要由电池、充电器、逆变器、静态开关、手动旁路维修开关组成。（1）整流一充电器由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电

11、源1输入 的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。（2）逆变器由igbt逆 变功率电路和和应的控制电路组成。它将整流一充电器输入的 直流电变换为止弦交流电供给负载。（3）旁路静态开关由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在逆变器与 旁路电源2之间的不间断切换。（4）电池电路：由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1停 电或超 限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式的供电。（5）手动旁路维修开关当逆变器、整流器等ups故障需要停机维修时，就可以闭合旁路维修开关, 隔离ups进行检修。2.1ups的工作原理这里，我们主要对一种最常用的方式：双传

12、换方式做一个介绍。其原理图如 图2.1所示：双转换式double conversion,又称为在线式on-line。其主要 有三种运彳亍方式：(1)正常运行方式正常运行方式：提供给负载的所冇电力都经过整流/充电器和逆变器的双重 转换(ac-dc-ac),双转换模式因此而得名。整流器/充电器对电池进行浮充电 以保持电池处于满充状态图2.2（2）电池后备运行方式市电停电或超限、电池放电工作方式：当交流输入电压超出ups允许的容限范围或市电中断时，逆变器和电池无间断地投入，继续为负载供电。ups将持续运行直到电池放电时间终止，或在市电恢复正常时回到正常运行方式。图2.3（3）旁路运行方式当停止逆变器

13、时，负载可以无间断地切换到旁路交流输入（根据安装方式的 不同由市电或后备电源供电）；引起旁路运行的原因可能是：ups内部故障；负 载电流i舜变电流尖峰（冲击电流或故障电流）;人为停止逆变器。图2.4（4）维修运行方式ups维修时，通过手动的方式将负载无间断地切换到维修旁路，这样可以将ups的内部进行隔离，在不中断负载的运行的情况下对ups进行维护和维修。整流器/充电器，逆变器和静态开关被关闭并从主电源隔离出來。电池被其 保护性断路器隔离。图2.5第三章丽水36j平台ups简介3.1 丽水3 6 - 1平台ups我们平台使用的ups是梅兰日兰公司galaxy 1000pw系列三进单出单相 电源输

14、岀型设备。额定功率32kw,容量（视在功率）40kva共两台。主要给平 台屮控、通讯报房、火气系统、电网跳闸保护回路等重要设备供电。口前平台2 台ups都在使用共同带载，采用单机并联冗余在线运行的方式，输出交流230v 和115v两种电压等级供用户使用。我们平台ups系统包括一台主电源进线隔离变压器柜、两台ups柜、一台 旁路电源柜、一台配电输出柜、一套蓄电池组组成。galaxy 1000pw不间断电源（ups）主要性能：1 电压稳定（稳态条件下为±0.5%,在负载由0%跃增至100%或由100%跃 减至0%的i瞬变条件下为±2%）；2.频率稳定（没有电源2（mains2）

15、时为土0.05hz）；或者与电源2的频率在±0.5hz到±2.0hz的范围内同步；3在电池供电期间（30分钟）没有任何间断和中断；4 在各种系统配置情况下带线性负载时的失真度小于1.5%（线电压）；5带80%的峰值因数高达3.0的非线性负载时的失真度小于2%（线电压）;如下图所示，为平台ups的单机简图:jl fq f 1负a电入路输琴-一图3.1其屮，q1：整流器输入开关；qf1：电池电路保护开关；q4s：电源2或 静态旁路输入开关；q5n：逆变器输出开关;q3bp：手动维修旁路开关我们平台ups釆用直接并联在线运行方式；冇两台单机型ups组成，共同 带载一台出现故障检修

16、，另一台继续运行向负载供电，提高了系统的可靠性。 每台ups具有各口的静态旁路，实现了并联冗余和并联增容。优点：并联简单，不增大占地而积，价格适当，负载均分。缺点：两台ups的旁路必须是同一路电源；简图如图3.2所不:充电器图323.3 静态开关原理为防止切换吋间造成瞬间供电屮断并产生继电器触点拉弧打火等现象，在大 功率ups供电系统及切换过程中，采用静态开关作为切换元件。ups供屯系统中常用的两种连接方式，即转换型和并机型。目前单机型的ups静态开关i般采用转换型，而可并机ups的静态开关有的采用并机型。图33在上图中，继电器作为逆变的切换开关，交流旁路用静态开关作为切换器件。在由交流旁路供

17、电切换为逆变器供电吋，先吸合继电器然后封锁晶闸管的触发信号，此时由交流旁路和逆变器并联向负载供电，当晶闸管支路电流为0时，晶闸 管关断而断开市电供电电路；当由逆变器供电切换为交流旁路供电时，在发出继电器关断信号的同时，触 发晶闸管导通，由于晶闸管导通时间为us级，而继电器释放时间较长，因此也 存在同时供电的情况。图3.4在图(b)中，交流旁路与逆变器都采用静态开关作为切换开关。当执行切换 吋，封锁脉冲并检测流过静态开关的电流，当电流为零吋触发另一静态开关的晶 闸管，实行二者的转换。在采用并联供电的系统中，当电压处于正半周或负半周吋，同吋触发处于正 向阳极电压的两个晶闸管使之导通，由于晶闸管电流

18、为零吋关断使反向并联的两 只晶闸管切换导通，使之并联负载供电。3 .4 ups与市电切换条件ups在正常运行情况下都是由逆变器产生的交流电给负载供电但由于逆变 器是由igbt组成,igbt木身的过载能力是有限的対于较小的过载(<=1.6in),逆变 器是可以承受的,但对于较大的过载或是某一部分负载的短路则是不能承受的。但ups木身又是一种电源，它不能象一般负载那样一旦过载就保护停电，这样 就失去电源意义了所以通常是在较大过载发生的时候将负载从逆变器切换到旁 路市电上供电因为市电的内阻较小,可以允许充分大的电流，提供足够的承受时 间使过载部分的电路开关跳闸断电以保护其它路的负载能继续工作。

19、为保证逆变器向市电的切换或反向是不间断的，逆变器就应与市电进行为保 证逆变器向市电的切换或反向是不间断的，逆变器就应与市电进行重迭切换（overlap）.由于两个正弦交流电进行重迭是有条件的，必须是电压幅值、频率、相 位在切换过程屮始终保持一致,否则任意一个参数的差别都会造成切换瞬间的电 位差形成两个电源之间的环流如果电位较大,则环流也较大，势必引起逆变器 的严重过载，甚至损坏逆变器的功率器件.因此,逆变器与电源2之间进行不间断切换的条件是电压幅值、频率、相位 必须一致.而电源2（静态旁路电源）是市电的电网电压，它受当地供电情况及负载特性 的影响，幅值、频率、相位（波形）时时刻刻都在变化为了保

20、证在随机的任意时刻， 逆变器与电源2之间的切换总能成功，逆变器产生的正弦波就应与电源2同步，即 每时每刻都随着电源2的变化而变化但如果电源2变化的范围过大，逆变器提供 的电源质量和精度就较差，不能被负载所接受，因此根据一般计算机类负载的要求, 将这种变化范围定义在：电压幅值:土 10% 额定电压（380v,400v,415 v）,即 au w10%频率幅度:±0.5%±4%额定频率（50hz或60hz）（可按用户耍求设定）， 即厶fw0.5%±4%相位差:土3°，即w3°当电源2（静态旁路电源）电压满足上述条件时，就可以实现逆变器和电源2 z

21、间的不间断切换（即重迭切换）;当电源2不满足上述条件时，则逆变器和电源2之 间的切换是有间断的（这个间断设计为800毫秒，以避免形成切换环流）或禁止切 换因此上述的三个条件就称z为切换条件3 .5 ups常用的技术指标（1）旁路交流输入旁路输入电压匕：380v ±10%旁路输入频率f2： 50hz ±10%输入范围越宽，要求负载的输入范围也越宽。短路电流isc2： xxka表示静态旁路的短路承受能力，对下线的保护装置很重要，给出下游故障电 路开关动作跳闸时间，以免彩响下游其他负载的正常使用。(2 ) ups交流输出稳态输出电压：380v±0.5%到±3%输出电压越精确，对计算机的供电越稳定，但iec标准仅耍求小于5%,计算机 即可接受。同步跟踪速率：0.5hz/秒到2hz/秒。同步速率越快，输岀电压的波动也越大，冇利于热备份联结；同步速率越慢, 对输出电压的波动也越小，有利于直接并联。动态响应：±5%,恢复时间10