G5000_UPS_80K

1、 1二二、系统说明系统说明2. 选型和设计指导思想2.1概述本次招标要求采购 80KVA UPS 系统一套，后备电池保证不低于 120 分钟。我公司经过认真研究和讨论,推荐由梅兰日兰公司开发和生产的 Galaxy 5500 UPS 系统系统. 该产品为施耐德旗下商用型 UPS，相对工业型 UPS 设计更紧凑，效率更高，且满足一切 IT 机房应用。电池选用汤浅 12V/100AH 蓄电池,根据在招标文件中提出的 128 节 12v/120AH 电池与配置表中的数量 165节有出入，按照技术标准我公司认为以 165 节 12v/100AH 电池的配置是能满足招标要求，并且在后备电容量上优于 128

2、 节 12V/120AH 的配置，它将有达到 150 分钟延时的效果。故选用 165 节 12V/100AH 的配置。考虑到 UPS 机房设于地下一楼，出于对潮湿、积水等客观环境因素的考虑，本方案中提供的所有设备均提供定制 10#槽钢支架架高，起到防水作用。三三、产品特点产品特点梅兰日兰作为提供全面高质量电能解决方案的业内佼佼者，其Galaxy 5500系列三相无变压器UPS（20-120kVA）凝聚了其四十年行业经验之结晶。该产品完美融合了技术创新与Galaxy系列的可靠特性。Galaxy 5500系列拥有全控制型PFC（功率因数校正）整流器，其配有吸收三相正弦电流的sixpack IGBT

3、模块，可确保正弦输入电流与交流电源电压同相，允许的输入电压范围也将更大。高输入性能高输入性能THDI 0.99（输入功率因数）由于无上游谐波，因此可自由安装，无需防范措施。无需谐波滤波器。即使在低负载百分比条件下，也可与发电机组完全兼容。由于合理配置了上游变压器和电缆规格，显著减少RMS电流（多达20%）。极低的输入THDI水平，极高的输入PF水平降低了UPS对供电系统的容量需求，降低了UPS上游变压器的容量降低了UPS上游发电机的容量,按1.1-1.2倍。降低了UPS输入电缆的尺寸 2整体效率达到94%以上重量是传统UPS的50%或更低,占地面积为原来的60%优化的TCO：降低了初期投资环保

4、绿色的UPS 产品三三、技术技术介绍介绍1. 运行原理运行模式运行模式Galaxy 5500系列UPS属双转换类型（VFI，符合 IEC 62040-3/EN 62040-3），可再生成输出电压及输出频率。这将确保向关键负载注入不间断的高质量电压，并将负载与配电系统干扰相隔离。下图2介绍了UPS的运行模式。正常情况正常情况（交流电源供电且在容限范围内）通过双转换线路（整流器/充电器及逆变器）向负载供电。整流器由主交流输入端供电。随后，向逆变器提供必要的直流电，向充电器提供维持电池充电水平所需的直流电。逆变器向关键负载提供精确的不间断高质量电压。电池供电时的运行电池供电时的运行（交流电源故障或超

5、出容限范围）当交流电源故障或其特性超出了设定容限范围时，逆变器将自动从整流器断开，并通过并行连接的电池供电来独自运行。电池也从充电器断开连接。再充电再充电（有交流电源且在容限范围范围内，通过电池供电运行）当交流电源重新恢复到容限范围范围内，整流器向逆变器供电，充电器重新给电池充电。逆变器提供与正常运行条件下相同的电压。自动旁路自动旁路（自动转换到旁路交流输入）一旦过载超过了UPS容限或停机（自动或被动），静态转换开关将不间断地将关键负载装移到旁路交流输入。当UPS一切恢复正常，负载会自动转换回逆变器。用户也可通过人-机界面（UMI）在确认命令后强制执行负载转换。手动旁路（维护及测试）手动旁路（

6、维护及测试）（自动转换到旁路交流输入）手动旁路开关隔离逆变器输出及静态转换开关以进行维护操作。然后可以在负载不中断的情况下对UPS进行测试或修理，负载则继续由交流电源直接供电。 3 负载 整流器 充电器 电池 逆变器 静态 旁路 维护 旁路 主交流输入 旁路交流输入 市电 (干扰) UPS 电源 (洁净) 1 2 3 4 UPS 运行原理运行原理UPS从主交流输入端吸收电源（可能会有干扰）。在双转换过程中（整流器/充电器及逆变器）完全再生电源以向关键负载持续提供高质量电源。由主交流输入端供电的电池可在指定的后备时间内代替主交流输入端自动运行。如逆变器停止工作（主动关机或被动关机），自动旁路通过

7、不间断地转换到旁路交流输入来确保持续运行。手动旁路会将逆变器短路，自动旁路在维护期间向负载供电。不同的不同的UPSUPS运行模式运行模式1、主交流电源供电（对电池充电）或再充电（电池再充电）2、电池供电时的运行3、自动旁路或ECO（由用户决定，旁路交流电源必须在容限范围内）4、手动旁路2. 配有 sixpack IGBT 模块的 PFC 整流器通过主交流输入供电，电压变化范围大通过主交流输入供电，电压变化范围大Galaxy 5500系列整流器由主交流输入端供电（三相电压）。可以不带中性线运行。由于PFC整流器使用了sixpack IGBT模块，因此针对受干扰配电系统现场，更广的输入电压可用范围

8、（参阅图3）成为其最显著的优点：满额定负载运行条件下，342至470V，70%负载(*)条件下，250至470 V（配有馈电保护选件情况下除外）。所允许的频率范围为45至65 Hz。 图输入电压范围取决于负载百分比如果主交流电源超过了所允许的最大电压及频率容限，系统将转换到由电池供电的运行状态。Galaxy 5500系列UPS能够以各种系统接地方式运行。如果主交流输入和负载间需要隔离（如上游和下游间系统接地方式发生变化），则必须使用隔离变压器。 馈电区域主交流输入 4标准电压为380V、400V和415V的机柜中将配有该选件。运行原理运行原理整流器将来自主交流输入端的交流电压转换成稳定的直流电

9、压以向逆变器供电及为电池充电。Galaxy 5500系列拥有全控制型PFC（功率因数校正）整流器，其配有吸收三相正弦电流的sixpack IGBT模块，可确保正弦输入电流与交流电源电压同相，允许的输入电压范围也将更大。配 有 sixpack IGBT 模块（吸收正弦电流）的三相整流器特性特性高输入性能高输入性能THDI 0.99（输入功率因数）由于无上游谐波，因此可自由安装，无需防范措施。无需谐波滤波器。即使在低负载百分比条件下，也可与发电机组完全兼容。由于合理配置了上游变压器和电缆规格，显著减少RMS电流（多达20%）。使用超快速熔断器进行输入保护使用超快速熔断器进行输入保护使用快速熔断器对

10、整流器输入端进行保护：80到120 kVA，315 A，分断能力为30 kA输入电流限制输入电流限制确保无浪涌电流。整流器启动有10秒的恒流。发电机组启动过程中的输入电流限制发电机组启动过程中的输入电流限制在发电机组及UPS的额定功率差额很小的设备中，该功能尤为突出。逐渐增加发电机组功率长达10秒，这样使装配有涡轮机的发电机组拥有一个渐进的发电过程，可向满额定负载供电。在这10秒的过程中，电池将提供部分必要的电源，充电器将用作斩波器来逐步增加电压。交流输入Sixpack组件输入端整流器 Sixpack 53. 充电器运行原理运行原理充电器由PFC整流器的800V直流母线供电。其根据有两个充电阶

11、段（参阅图5）的浮充模式提供电池充电或浮充电压。首先，恒流等于0.1 x IC10直到浮充电压充电结束（密封铅酸电池）或到达均衡电压（开口铅酸电池）。然后，恒浮充或均衡电压会保持略微过度充电。电流逐渐下降直到剩余电流达到约IC10 / 5000。 电压 U U 电流 I 充电时间 t I C 10 5000 0.1 C 10 浮充电压 浮充电流 = 充电 充电维护 均等电压 图.5.5 电池以浮充模式再充电电池以浮充模式再充电特性特性Galaxy 5500充电器可处理从5分钟到8小时的后备时间，这样便于选择及修改后备时间。充电器选型需考虑较高电池额定功率，较短充电时间可显著提高可用性。例如充电

12、不超过11个小时可实现10分钟后备时间，充电不超过24个小时可实现4小时后备时间（完全放电到Pn/2，恢复90%电池容量）。电池管理电池管理配有独立的数字调节及监控设备的充电系统配有独立的数字调节及监控设备的充电系统 基于微处理器的数字系统调节：- 电池电压，使用测量电路- 充电电流，使用测量电路结果生成直流电压(纹波 I安全，值可调（缺省为20到60 kVA，50 A；100 到120 kVA，70 A）。- 每节电池的电池电压 最大电池电压=2.75V（可调），为时200ms。温度温度电池可在0C和+40C之间运行，但建议在在+20C和+25C之间的温度条件下运行。温度将显著影响后备时间，

13、在温度低于10C时，后备时间将降低。而在温度高于 25C时，温度每升高10，电池使用寿命即会减半。超过40C时，电池生产商将不再保证电池的正常运行（热失控风险）。拥有自动初始化功能的电池表拥有自动初始化功能的电池表电池表功能可估计用于电池充电及负载百分比的可用后备时间。自动确定电池参数期间，在完整电池充电周期之后（充电到100%），电池表均处于激活状态。DigibatDigibat电池技术监控电池技术监控Galaxy 5500系列配有用于电池数字化管理的Digibat系统。DigiBat系统将以大量参数（百分比负载、温度、电池类型及使用寿命）为依据，控制电池充电电压并能够持续计算：实际可用后备

14、时间。剩余使用寿命。在后备时间临近结束时，系统将计算最适宜的截断值，以避免在负载百分比较低情况下损坏电池（过度放电）。这是由于负载较低时，后备时间将很长，导致保护系统无法介入，从而损坏电池。5. 逆变器运行原理运行原理逆变器能够不间断生成高质量输出电压，通过整流器转变交流电源电压为直流，或在交流电源发生故障和超出容限范围时，由电池直接供电。三相逆变器采用了sixpack IGBT模块（电容性半桥，未绝缘）。其能够接近5 kHz可变频率下运行。固定频率斩波固定频率斩波该调节系统用于输出电压，使用如图9所示的固定频率PWM（脉冲宽度调制）技术。斩波频率通常保持在参考正弦波容限范围内，在较高区域内变

15、化更为显著，对此，必须以更快的反应进行调节。同时也应考虑负载状态。各阶段的独立调节将控制IGBT开启及关闭。使用此调节技术，将保持较低逆变器输出阻抗，从而确保了高质量输出电压并提高了整体效率。 8 调制 t U ref U ref + U U ref - U 高斩波频率 低斩波频率 大变量 小变量 图. . 9.9. 固定频率斩波的运行原理固定频率斩波的运行原理SixpackSixpack IGBTIGBT模块模块使用sixpack IGBT模块将确保：变流器的可靠性：显著高于使用标准IGBT而获得的可靠性。这一结论基于运行观察，并可通过减少的组件数及直接焊接到Sixpack上的控制板卡来说明

16、。（电缆的抑制及连接）额定功率相同但尺寸较小可促进接入并减小占地面积。可减少电缆电感的更为接近的功能定位（PFC、逆变器、静态开关等）使EMC（电磁兼容性）性能更佳。标准EMC级别“C3 监控配电”确保能够适应恶劣环境，并符合IEC 62040-2标准。可选择使用“C2 A级”作为选件。输出特性输出特性 - - 高质量电压高质量电压电压及频率电压及频率380V、400V或415 V交流电，50 Hz;；缺省为400 V，50 Hz380V或400 V交流电，60 Hz这两个参数均可由用户自定义。电压精确性及设定电压精确性及设定稳定精确性相线到中性线和相线到相线电压的rms值及峰值的 1%。设定

17、可在UMI上在Un 3%的范围内，使用精确设定调整输出电压，从而可充分考虑到UPS下游较长电缆所引起的压降。瞬时性能 2%，从100% 到0及从0到100%的负载阶跃变化（负载开启或关闭）。在100ms内返回到 1%范围（rms值）。低压失真低压失真低失真水平意味着各种类型的负载均有可能，包括线性负载、电容性负载及非线性负载（RCD负载，符合ENV 50091-3）。相到相失真 2%相线到中性线失真 3 %频率稳定性：频率稳定性：用户可将逆变器频率变化速度设定为1 Hz/s或2 Hz/s。当逆变器输出频率与后者同步时，保护敏感负载不受旁路交流电源快速频率变化影响。 9非平衡条件非平衡条件对于1

18、00%非平衡负载，相线到中性线电压偏差幅度少于2%。在低负载百分比时也能够实现极高效率在低负载百分比时也能够实现极高效率双转换模式下效率可达双转换模式下效率可达94%94%Galaxy 5500系列采用的创新技术实现了极高的效率，对于常见负载百分比尤为显著。无论何种负载，Galaxy 5500系列的效率对于在25%和100%间的百分比负载实际上不变的。从而可显著减少能耗并降低空调和通风系统的选型规格。 在在ECOECO节能节能模式下可高达模式下可高达97%97% 在ECO节能模式下，当旁路交流电源稳定且在容限范围内时，效率可高达97%。热过载热过载极高过载能力极高过载能力逆变器运行的最大时间取

19、决于吸收的电流以防止组件过度升温。过载能力曲线（图11）：2.77 In，150 ms（电流限制），旁路交流电源超出容限125%，10分钟；150%，1分钟；212%，1秒。其足以清除大多数过载。如果超过容限，逆变器将关闭，负载转至旁路交流输入。 图. . 11.11. 过载能力曲线识别识别如果旁路交流电源在容限范围内且负载出现故障，则系统转移到旁路交流输入，上游及下游保护设备会确保识别装置。建议的上游设备有：从20到60kVA，配有TMD 125D脱扣单元的Compact NS 125 N、H或L(*) 断路器从80到120kVA，配有TMD 250D脱扣单元的Compact NS 250

20、N、H或L(*)断路器。(*) 根据安装点上游的短路电流而定。下游设备（断路器或熔丝）必须与负载相对应，且与上游设备相兼容。对对sixpacksixpack IGBTIGBT模块的直接热监控模块的直接热监控效率负载%时间 10直接安装在整流器和逆变器sixpack模块底座上的传感器监控制冷系统。这可以尽早检测到可能具有破坏性的故障（即散热器主体）。然后，UPS不间断地转换到旁路交流输入并向用户发送告警。避免组件严重损坏，从而提高了UPS的可用性。冷启动模式冷启动模式Galaxy 5500系列标准功能为冷启动模式，此时，如果主交流电源不可用，UPS将通过电池供电启动。通过控制面板上的按钮可在该模

21、式下启动。一旦启动，UPS将由电池供电直到后备时间结束，或由发电机组（代替交流电源）供电。仅当UPS在主交流电源上至少启动一次用以为直流母线的化学电容器充电时，此启动模式才可行。从而，只要控制元件继续受电（休眠模式）且电池断路器闭合， 则UPS可通过电池供电启动（如果电池尚未耗尽）。6. 自动旁路旁路交流电源旁路交流电源旁路交流电源一般向旁路交流输入端供电，通过上游低压开关柜中的三相输出+零线，与向主交流输入供电的输出相隔离。它可在无中性线情况下运行。然而，两种交流输入端（主交流输入和旁路交流输入）均可由同一输出端供电(第二根电缆)。旁路交流输入是以控制面板上橙色LED指示灯所指出的降级模式运

22、行（ECO模式除外）。旁路交流电源容限范围及转换条件旁路交流电源容限范围及转换条件当旁路交流电源在容限范围内，可以通过静态转换开关从逆变器转换到旁路交流输入（退耦）及后部（耦合）不间断地转换负载。以下条件定义了旁路交流电源容限范围：电压：耦合前Un -8%到Un +10%耦合后Un -20%到Un +15%频率，用户可将其设定为以下值： 0.5%、 1%、 2%、 4%、 8% (标准缺省值)。逆变器电压及旁路交流电源间的相位偏差3。耦合耦合/ /退耦退耦如果旁路交流电源不在容限范围内，则在转换到旁路交流输入（退耦）时会出现间断，而用户可将间断设定在13ms到1000ms之间。此时，用户必须确

23、认系统提出的退耦请求。当负载在旁路交流输入上时，用户可以通过按ON按钮将负载转换回逆变器。必须确认该请求。然后，负载会不间断地进行转换。为防止旁路交流电源超出容限范围，仅在通过用户确认强制退耦后才能转换回旁路交流输入。自动旁路自动旁路不间断转换不间断转换如果控制元件检测到以下任一情况，自动旁路就将自动不间断地转换到旁路交流输入：逆变器上的负载超过了许可的额定。超过电池保护时间，旁路交流输入可用。逆变器故障。 11静态转换开关选型静态转换开关选型静态转换开关在设计选型时需尽可能地消除短路及瞬时电流尖峰。UPSUPS 机组额定功率（机组额定功率（kVAkVA）2020303040406060808

24、0100100120120UPS 单机机组In 尖峰/In 20 ms45292215292319静态转换开关保护静态转换开关保护RC滤波器防止静态转换开关通断过电压及避免雷击。逆变器输出端的熔丝将确保识别逆变器输出滤波器出现重大故障。冗余通风系统为标准配置。在多数关键应用中，其将确保电源可用性。不带中性线的旁路交流电源不带中性线的旁路交流电源 - - 中性线配电中性线配电如果旁路交流电源无配电中性线，在旁路交流输入上必须使用绝缘变压器（可选），重新创建本地中性线。旁路交流电源上旁路交流电源上“快速快速”变化的同步条件变化的同步条件如要保护敏感负载免受频率变化过快的影响，逆变器将不与旁路交流电

25、源直接同步。逆变器将频率同步速度限制在用户设定的最大值内（1 Hz/s或2 Hz/s）。7. 外部旁路Galaxy 5500系列配有一个用以直接连接负载和旁路交流电源的外部（手动）旁路，其将短路整流器/充电器-逆变器电路和自动旁路。可使用三个开关进行转换每台单机UPS中均有一个内置式手动旁路。8. UMI (人机界面)Galaxy 5500系列配有基于图形文字的直观人机界面，可显著提高使用的安全性和舒适性。黑白图形显示屏，屏宽（1/4 VGA，120 x 93 mm），高分辨率（320 x 240像素），适用于任何照明条件下读取。其能够显示测量值及状态条件信息。屏幕能以18种语言为操作提供向导

26、帮助信息。配有LED指示灯（如果功能正常呈绿色，橙色为未运行，红色为出现故障）的动态模拟面板。运行LED指示灯（负载保护、轻微故障、重大故障）带延时特性的ON及OFF按钮（按三秒钟）可用以避免错误。通过一独立干触点实现EPO（紧急断电）功能，从而可远程关闭UPS：- 关闭逆变器- 断开静态转换开关、电池断路器及串行通信卡上的干触点。可通过UMI人机界面访问事件时戳：- 获取内存中的存储信息。- 读取影响UPS运行的最后2500条事件。- 读取UPS运行的常用数据。- 去读测量值历史记录，获取一些重要的UPS数值。可使用面板上的功能按钮关闭蜂鸣报警（可通过菜单调节音量水平）。 12 图14 UM

27、I (人机界面)信息的显示信息的显示通过屏幕可访问以下信息（电压和电流rms值）。输入电压(相线-相线)。各相输入电流。旁路输入电压(相线-相线及相线-中性线)。逆变器输出电压(相线-相线及相线-中性线)。各相逆变器输出电流。输出、旁路及输入频率。逆变器输出端负载百分比。逆变器输出端功率因数。逆变器输出端kVA及kW。直流电压。.峰值因数。电池充电及放电电流。电池后备时间及剩余使用寿命。电池温度。通过电池、逆变器或自动旁路运行。电池低电量报警。常规报警。电池故障。9. 通信及软件Galaxy 5500系列针对全套MGE UPS SYSTEMS系列产品设计了通信系统，可满足以下三项基本要求：发送

28、有关UPS运行及其环境状况的通知，并就潜在及现有问题向用户发送报警。通过自动完全关闭操作系统，保护服务器数据。高效监控整套UPS系统。根据安装Galaxy 5500系列的环境不同，通信卡可按不同协议运行执行此类功能。可设定的干触点卡。板卡将使用JBus/ModBus协议实现和电池监控系统（BMS）的通信。图形显示屏负载保护指示灯轻微故障指示灯重大故障指示灯帮助键功能键菜单键关机按钮开机按钮负载受电指示灯UPS 运行指示灯电池供电运行指示灯旁路运行指示灯PFC 运行指示灯 13以太网卡将使用SNMP协议通过计算机网络进行监控。以太网10/100 Mbps卡将使用Https标准（安全连接）通过we

29、b网进行监控。Teleservice可使用JBus RS232/485通信卡访问关于UPS事件的存储数据。电气特性电气特性8080 有功功率（kW）64输入输入（额定值和容限范围）相数3相 + 零线或3相（用于无中性线的运行）主交流输入Un = 400 V(1 15% 即Pn对应340V到470 V ，70% Pn对应250 V到470 V(有反馈的除外)电压旁路交流输入 400 V(1) 10% 或 15% (可选) 频率市电50或60 Hz 10%即45Hz到65 Hz50% Pn 0.999 功率因数75%到100%Pn0.999 THDI (2) Pn对应 3%，25%到75%对应 5

30、%输出输出（额定值和容限范围）相数3+ 零线或3相（用于无中性线的运行）电压（额定rms输出值）50 Hz对应380 / 400 / 415 V 1% 3相，60 Hz对应380 / 400 1% 3相，可通过人机界面 精确调节Un 3% 交流电源同步50或60 Hz 0.5 Hz (可调)频率频率自由运行 0.25 Hz（在0.25Hz到2Hz之间可调，增量为0.25 Hz）功率因数电感负载及电阻性负载对应0.8，电容性负载对应-0.9线性负载1% ph/ph，=1.5% ph/N (cos= 0.8及0.9对应的RL负载) THDU (3) 非线性负载2% ph/ph，=3.5% ph/N (根据ENV 50091-3标准对应的RCD负载) 逆变器短路能力 150 ms