UPS供电系统现状与技术发展趋势课件

1、UPS供电系统现状与技术发展趋势UPS供电系统现状与技术发展趋势1，UPS供电系统现状和值得思考的问题2，当前UPS供电系统设计和配置中存在 的几个问题目录采购：关系、价格，厂家得利运行：质量、维护，用户得利1，UPS供电系统现状和值得思考的问题目录采购：关系、价格，市电1市电2ATS柴油发电机ATS交流输入系统UPS主机；输入输出配电；输入输出滤波器；输出STS转换开关；线缆传输；变压器；电池阻UPS供电系统 负载一，UPS供电系统现状和值得思考的问题市电1市电2ATS柴油发电机ATS交流输入系统UPS主机；U当前UPS供电系统典型结构示意图逆变器工作波形 AC/DC（6脉冲） 5、7次无源

2、滤波 配电 DC/AC全桥或半桥PWC控制 配电滤波器变压器UPS输出电压AC220V/50HZ负载电流PF=0.6CF3UPS输入电流PF=0.7THDI30%直流母线电压DC300V15%计算机负载器件电压：全桥380V半桥760V传统UPS系统结构电池组当前UPS供电系统典型结构示意图逆变器工作波形 AC/D（1）系统可靠性问题； 系统复杂、单路经故障点多、设备可靠性差、维护难度大等。（2）系统电流谐波干扰问题； 系统中存在两个谐波源-负载开关电源和UPS。对电网和系统本身形成干扰、增 加滤波设备、降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。（3）系统成本和能源消耗问题； 能

3、源两次转换降低了效率、系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波 的存在增加了滤波设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。（4）系统标准化问题； 系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。（5）系统的灵活性和可扩展、变更问题； 以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。 （6）系统使用维护难度问题。 要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。当前UPS供电系统存在的问题（1）系统可靠性问题；当前UPS供电系统存在的问题与安全有关的两大问题一, 系统的可用性： 可靠性低，造成系统不可遇见的突发性故障2, 谐波干扰：造成系统隐性故障与安全有关的两大

4、问题一, 系统的可用性：2, 谐波干扰：造成谐波电流对系统和电网的污染1、谐波电流是UPS输入功率因数低的主要原因2、输入功率因数低是降低电能利用率和系统工作效率低的原因之一 在电压是正弦波的情况下，所有的谐波电流形成的功率都是无功的3、谐波是中线电流大的主要原因 所有的3次及3的整数倍3n次谐波电流在中线上都是同相位迭加的 4、电流峰值因数对供电设备和传输导线容量的影响 增大传输损耗5、谐波电流对供电系统的污染 使设备和元件产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电效率；加速电 缆绝缘老化，缩短使用寿命；干扰由同一电网供电的其它电气设备的正 常工作；引起局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大；

5、导致继电 保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量不准确；对通信和计算 机系统产生干扰谐波电流对系统和电网的污染1、谐波电流是UPS输入功率因数低 UPS供电系统的谐波治理谐波治理是UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要的课题。治理措施：增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量；改变变压器的配置和不同的方式联接方式； 在系统中和设备内部配置无源滤波器； 在UPS设备输入端采用输入功率因数校正电路-PFC 在系统或设备输入端配置有源滤波器 UPS供电系统的谐波治理谐波治理是UPS设备性能改进和供降低和治理系统谐波电流方法之一：12脉冲整流+无源滤波器逆变器工作波形 配电 DC/AC

6、全桥或半桥PWC控制 配电滤波器变压器UPS输出电压AC220V/50HZ负载电流PF=0.6CF3直流母线电压AC/DC12脉冲整流11次无源滤波PF=0.95THDI10%DC300V15%计算机负载器件电压：全桥380V半桥760V电池组存在问题：1，增加系统成本；2，负载减轻时，无源滤波效果不好降低和治理系统谐波电流方法之一：逆变器工作波形 配电 降低治理系统谐波电流方法之二：PFC高频整流逆变器工作波形 配电 DC/AC全桥或半桥PWC控制 配电滤波器变压器UPS输出电压AC220V/50HZ负载电流PF=0.6CF3直流母线电压 PFC整流PF=0.99THDI5%DC300V15

7、%计算机负载器件电压：全桥380V半桥760V电池组1，与UPS配套2，当前的器件水平可做到120KVA降低治理系统谐波电流方法之二：逆变器工作波形 配电 降低治理系统谐波电流方法之三：混合型有源滤波器逆变器工作波形 AC/DC（6脉冲）有源滤波 配电 DC/AC全桥或半桥PWC控制 配电滤波器变压器UPS输出电压AC220V/50HZ负载电流PF=0.6CF3UPS输入电流PF=0.7THDI30%直流母线电压PF=0.99THDI5%DC300V15%计算机负载器件电压：全桥380V半桥760VAPF电池组可放在UPS前端，也可放在整个系统前端降低治理系统谐波电流方法之三：逆变器工作波形

8、AC/DCH5 H7 H11 H13 H17 H19 THDI353025201510506脉冲12脉冲 无源滤波 有源滤波（包括PFC整流）%各种滤波形式的性能比较滤波效果谐波抑制方式系统配置能力频率特性负载量影响THDI%PF基波频率设备系统可扩展性12脉冲整流器+LC滤波器10%0.95部分50HZ设备较差影响大LC无源滤波器 10 0.95部分50HZ设备系统差 影响大PFC整流器 40.99各次可变设备不影响 不影响有源滤波器3UPS输入电流PF=0.7THDI30%直流母线电压PF=0.99THDI5%PF=0.99THDI5%PF=0.95THDI10%DC300V15%计算机负

9、载主机模块化系统冗余结构-STS智能管理集成化系统当前UPS供电系统结构图器件电压：全桥380V半桥760V电池组逆变器工作波形 AC/DCAC/DC PFC整流11次无值得思考的问题：传统的UPS供电系统方案已经走过了50年IDC供电系统设计建造的现状和趋势是：系统不断复杂化；设备堆积、结构臃肿；成本不断攀升；效率难以再有效提高；五花八门，难以标准化。系统可靠性差是造成以上现象的根本原因值得思考的问题：传统的UPS供电系统方案已经走过了50年值得思考的问题之一：可靠性问题用户感觉到UPS系统故障的频率不亚于市电掉电故障的频率，平均每年一次市电掉电有UPS系统保护，而UPS系统故障由谁保护呢？

10、负载对系统可靠性要求提高，是因为UPS系统的可靠性不高在系统正常的情况下，市电掉电时可保护负载不间断地继续供电市电掉电和系统故障发生在同一时刻是不大可能的但市电正常，系统本身故障却没有确有把握的保护值得思考的问题之一：可靠性问题用户感觉到UPS系统故障的频率值得思考的问题之二：谐波源治理问题系统中的谐波是负载和UPS设备自身产生的，而不是电网带来的，供电系统为治理电流谐波付出的代价是巨大的，有没有更有效的消除电流谐波源的办法呢？值得思考的问题之二：谐波源治理问题系统中的谐波是负载和UPS值得思考的问题之三：建造成本系统建造和运行成本还要继续升高吗？治理谐波电流要增加有源或无源滤波器；要提高设备

11、可靠性，冗余并机使UPS设备购置成本加倍；要提高系统可靠性，双总线冗余配置使设备购置成本再加倍；要降低零地电压差，需要再配置隔离变压器，提高电缆规格；值得思考的问题之三：建造成本系统建造和运行成本还要继续升高吗值得思考的问题之四：能源效率系统运行的能源效率还有提升的余地吗？提高设备工作效率、降低系统中电流谐波形成的无功功率，对提高系统能源效率起到了一定的作用，但设备轻载工作、UPS冗余配置、系统双总线配置等提高可靠性的措施，又明显地提高了系统消耗的功率系统复杂性本身造成了系统能源消耗不断增大的趋势值得思考的问题之四：能源效率系统运行的能源效率还有提升的余地值得思考的问题之五：维护使用难度系统维

12、护难度大的原因是： 系统复杂； 可靠性差； 没有标准化系统故障总数中的50以上是由于系统中各环节和设备的安装问题、人为操作和维护问题引起的值得思考的问题之五：维护使用难度系统维护难度大的原因是：系统值得思考的问题之六：适应性系统的适应性有多大讨论的空间呢？我们对适应性成果看到的星星，而不是月亮，太阳当经济环境的变化周期小于设备的生命周期时，就会对设备的适应性提出要求。由于技术发展和经济环境的不确定性和不可预测性，要求一台设备能够自动而有准备地适应新的需求是根本不可能的。值得思考的问题之六：适应性系统的适应性有多大讨论的空间呢？我值得思考的问题之七：标准化问题难道系统标准化永远是句口号吗？其他行

13、业中标准化的观念已上升到一个新的高度，成为了一种富有创造性并具有突出战略意义的企业哲学。IDC机房的标准几乎没有什么进展。还停留在手工行业阶段：将来自不同供应商的不兼容的设备进行定制化设计，组合成一个独特的大型基础设施系统。因而产生了难以设计、部署、维护和管理的系统 所有应用技术和产品最终都是用商业价值决定优劣的价值可用性适应性总拥有成本标准化对提高可用性、提高适应性和降低总拥有成本起着重要的作用值得思考的问题之七：标准化问题难道系统标准化永远是句口号吗？值得思考的问题之八：正确地选用配置UPS根据需要确定选用标准；计算机对UPS电性能指标要求并不高；任何高指标都是要以提高成本和降低可靠性为代

14、价的；屏蔽和排除厂家的误导值得思考的问题之八：正确地选用配置UPS根据需要确定选用标准 二、UPS系统设计和应用中存在的几个问题1、计算机类负载对UPS电性能指标要求不高2、隔离变压器在供电系统中的功能3，机房接地问题4、如何配置双市电输入5、双总线系统的单路径故障点与新的配置方法6、冗余系统中再冗余对可用性的影响7、关于UPS输入电压变化范围 二、UPS系统设计和应用中存在的几个问题1、计算机类负载1、计算机类负载对电性能指标要求不高性能指标 计算机类负载的要求电压稳定精度 +15%，-20% +20%，-35%波形失真度 有效值峰值变化=稳压精度范围三相电压不平衡度 5%频率变化范围 20

15、%市电掉电时转换时间（ms） 201、计算机类负载对电性能指标要求不高性能指标 1、计算机类负载对电性能指标要求不高上部轨迹：电源低电压 DC 输出中间轨迹：输入电压和电流断开 AC 后，承担大容量负载的计算机电源输出延迟一段时间后才开始下降。1、计算机类负载对电性能指标要求不高上部轨迹：断开 AC 后1、计算机类负载对电性能指标要求不高允许在与 SMPS 设备连接的 UPS 输出中出现大小和持续时间位于绿色“区域”中的电压扰动（“瞬变电压”）； 摘自 IEC 标准 62040-3：SMPS 负载兼容的可接受 AC 电压异常的大小和持续时间1、计算机类负载对电性能指标要求不高允许在与 SMPS

16、 设备1、计算机类负载对电性能指标要求不高百万千万台PC机是在输入电压11.25%范围内工作的电池-逆变开始时计算机机内直流电压电池放电结束时计算机机内直流电压电池-逆变开始时UPS输出电压波形电池放电结束时UPS输出电压波形电池浮充电压电池放电下限电压后备式方波输出UPS1、计算机类负载对电性能指标要求不高百万千万台PC机是在输入2、隔离变压器在供电系统中的功能UPS输入12脉冲整流必须配置隔离变压器输出DC/AC全桥逆变器需要隔离变压器系统零地电压差大时需配置隔离变压器普通隔离变压器抗干扰能力不强全桥逆变器可去掉输出隔离变压器2、隔离变压器在供电系统中的功能UPS输入12脉冲整流必须配2、

17、隔离变压器在供电系统中的功能滤波器输出变压器滤波器维护旁路静态旁路系统隔离变压器零地电压差机内输出隔离变压器没有系统隔离功能2、隔离变压器在供电系统中的功能滤输出变压器滤维护旁路静2、隔离变压器在供电系统中的功能UPS主机LNELNE配电2、隔离变压器在供电系统中的功能LL配电 IT接地系统(浮空)TN-C接地系统 (适用三相平衡负载)TN-S接地系统 TN-C-S接地系统进户前 进户后 TT接地系统(保证PE 不带电)3、机房接地问题 IT接地系统(浮空)TN-C接地系统TN-S接地系统 TN4、如何配置双市电输入UPS静态旁路UPS主电路市电输入1市电输入2(a)UPS双输入接法无转旁路功

18、能的UPS市电输入1市电输入2(b) 交流输入1掉电时的系统状态可延时(电池供电时间)不间断转换的STS市电输入1市电输入2(c) 交流输入2掉电时的系统状态市电输入1市电输入2ATSUPS（d）双路市电的正确接法4、如何配置双市电输入UPS静态旁路UPS主电路市电输入1市5、双总线系统的单路径故障点与新的配置方法市电1市电2油机ATS1ATS2配电1配电2UPS1UPS2配电3配电4双电源STS单电源配电1 R1UPS1 R2UPS1.2 R2.1配电2 R1UPS2 R2UPS1.2 R1.2总线同步器 R3配电3 R4配电4 R4总线同步器5、双总线系统的单路径故障点与新的配置方法市电1市电2油机A（a）配电1 A1配电2 A1配电3 A1配电4 A1UPS1 AUUPS2 AUSTS As电网输入系统包括ATS, At（b）UPS2.1 AUUPS1.2 AUUPS2.2 AUUPS1.1 AU配电1 A1配电2 A1配电3 A1配电4 A1电网输入系统包括ATS, AtSTS As输入输出配电柜1-4,A1=0.999