直流系统讲座-UPS2013.ppt

1、直流系统-UPS,电是一种能源商品， 具有商品生产、运输、经销、消费等 全过程的特点和存在的问题,发电厂,发电量不足 限电 发电机可靠性 -故障停电 发电质量 -不能用,运输,输电线路损耗 -电压降低 输电设备故障 -停电 自然灾害 -停电 交通、施工、战 争、人为破坏 -停电,电的社会,一次降压,二次降压,终端用户,电力不足 -停电 电网质量不好 -不能用 -增加设备 设备质量问题 -故障 -成本 设备之间相互影响 -干扰，IT设备不能正常工作 使用维护问题,Delta 变换在线式,终端配电,电网电压存在的问题,电网电压低,电网电压高,电网故障掉电,电网电压存在的问题,尖峰干扰,综和干扰,谐

2、波干扰,供电设备,目前市电存在的一些问题,市电中断：市电中断通常是指市电输出零电压，并持续两个周期以上。市电中断的原因主要有配电空气开关跳闸、供电回路短路、电源设备故障等等。 电压浪涌：电压高于110%额定值且持续一个或多个周波称为电压浪涌。大功率用电设备的退出或者电网受雷击干扰均可能造成电压浪涌。 电压波形下陷：但电源电压低于80-85%额定值且持续一个或多个周波称为电压波形下陷，通常是由大功率用电设备的启很冲击造成。 高压尖脉冲：由闪电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因造成，高压脉冲峰值电压可高达6000V，持续时间一般为0.55个周波。 瞬态高压：通常由雷电、电子开关、电焊设备、静电放

3、电等原因引起，电压峰值高达20000V，持续时间为0.55个周波 谐波干扰：由整流设备、电动机、继电器、通信设备、电焊机等产生的RFIEMI。 频率漂移：频率漂移是指电源的频率不能稳定在额定值，而是在额定值附近波动。企业备用发电机组和小型水电站输出的交流电源经常会出现频率漂移的现象。 持续高低压：电网持续高压或者是持续低压主要是由于电网变压器或者是电力线路容量有限，且电网变压器性能不佳，电网负荷过大或者是电网负荷过小的原因造成。,电源故障种类,1 电网预安排停电：限电，电源系统改造和维护； 2 电网故障停电；超负荷、供电线路和设备故障； 3 自然原因停电：火灾、雷电、水灾、施工等； 4 电源质

4、量故障： 电涌、高压尖脉冲、瞬态高压干扰、电压下陷、电线噪声、 频率偏移、闪变、电压不平衡、谐波畸变、暂态停电、持 续欠电压或过电压、系统接地故障和和泄漏电流形成的安 全性故障、谐波电流与零地电压差问题。,质量问题产生的原因和危害,国内外供电质量的问题与比较,可用性平均水平-0.998,建立UPS供电系统的目的,不停电供电 全面改善供电质量,UPS对电网的适应能力,容许电网电压幅值变化的范围 输入功率因数 输入电流的谐波成分 允许电网电压频率的变化范围频率跟踪范围 频率跟踪速率,输入功率因数和输入电流的谐波成分 污染电网 污染系统本身,输入功率因数和输入电 流的谐波成分的定义,UPS的常规输出

5、性能指标,输出电压稳定精度 输出电压波形失真度 输出电压频率稳定精度 输出电压幅值的三相不平衡度 三相负载不平衡能力 市电掉电时输出电压的切换时间 输出电压的动态响应特性 双向抗干扰能力,负载要求不高 所有的UPS都能满足要求,UPS的输出能力和可靠性指标,接近真实的电网能力,ACAC 效率 输出电流峰值系数 输出电流浪涌系数(启动) 输出过载能力 输出负载功率因数 三相负载不平衡能力,可靠性的量化指标,是UPS与负载之间的特殊约定，是UPS负载的限制,UPS对物理环境的适应能力,环境温度 环境湿度 振动冲击 海拔高度 环境抗雷击能力 使用、安装的物理环境,当前我国UPS技术与市场现状,六个基

6、本事实代表着UPS技术发展的市场背景和方向,结论：UPS市场的六个基本事实： 使用UPS以便提高供电系统的可用性的观念已被用户接受，预示着UPS市 场已趋于成熟； 各种UPS的电性能指标基本上都能满足对负载供电的要求,用户开始注意UPS 的系统配置功能-可用性、可维护性、可扩展性、冗余并机功能； 3 安全性是整个UPS供电系统的主要矛盾； 用户对UPS系统最大的不满意度是什么？ 4 在供电系统中UPS产品仅仅是供电系统安全性的环节之一， 5 在安全性各项指标中，可用性是最根本的、最终的、对用户最有价值的指标。 能适应不断变化的需要(功率密度、重量密度、安装要求、单电源设备与双电源设备、交 流设

7、备与直流设备)，可边成长边投资，,按技术结构分类,1、在线式UPS供电系统，其单机输出功率从0.71500kVA。 2、在线互动式UPS电源，其单机输出功率为0.720kVA。 3、后备式正弦波输出UPS电源：其单机输出功率为0.252kVA。 4、后备式方波输出UPS电源：其单机 输出功率为0.251kVA。,结构原理、性能特点、与竞争对手的比较,按应用分类,单进单出 220V 三进三出 220V/380V 三进单出 220V/380V-220V,按系统配置分类,单机配置 模块化阵列配置 集成系统配置,为什么代表技术发展方向,1、后备式UPS,特点：结构简单、价格便宜、噪声低，但绝大部分时间

8、，负载得到的是稍加稳压处理过的“低质量”正弦波电源。,2、在线互动式UPS,特点：市电供电正常时，负载得到的是一路稳压精度很差的市电电源；市电不正常时，逆变器/充电器模块将从原来的充电工作方式转入逆变工作方式。这时由蓄电池提供直流能量，经逆变、正弦波脉宽调制向负载送出稳定的正弦波交变电源。,3、在线式UPS,特点：克服了市电质量差对其性能的影响，市电中断时，负载不会发生电源瞬时中断。,4、Delta变换型UPS,特点：成功地将串联交流稳压控制技术与脉宽调制技术相结合 ，共有四条供电通道向用户的负载供电 。,各种技术结构UPS的区别,后备式 简单 经济 可靠 小功率 性能一 般,能满 足要求,在

9、线互 动式 比后备式: 充电能 力强点； 转换时 间短点； 输出功 率高点；,传统双变换在线式 输出指标高； 切换时间为零； 抗干扰能力强； 输出功率大； 价格昂贵；,Delta 在线式 对电网无污 染； 输出能力强； 输出指标高； 切换时间为 零； 抗干扰能力 强； 输出功率大；,模块化 阵列 缩短故 障维护 时间； 提高可 用性、 可扩展 性,集成化 UPS 系统 提高整个 供电系统 适应性， 可用性， 扩展性， 维护性，,基本知识第四部分 UPS与供电系统,当前计算机供电系统设计和配置中 存在的问题 (1) 当前我国各种供电系统存在的普遍问题 机房建设不规范、设备和环节串联、设备输入输出

10、阻抗不匹配、系统中 因配置了输入谐波电流大和启动冲击电流大的设备、电力传输线与数据 传输线过长和布局零乱、设备的供应商过多、品牌杂乱。 (2) 投资风险、空间、容量配置等生命周期成本问题 (3) UPS系统的可适应性及可扩展性 (4) 系统可用性问题 (5) UPS和供电系统的可管理性问题 (6) UPS系统的可维护性和可服务性的问题,用户对UPS系统最大的不满意度是什么？ 安装、维护、电池、噪声、空间、承重- 可靠性、故障宕机、厂商反映速度、修复时间-,总之，是可用性问题,要了如指掌,计算机系统对供电系统的要求 线制与额定电压 三相四线制，三相额定线电压为380V，单相额定相电压为220V，

11、50Hz， 进口的计算机有的也是三相四线制，但三相额定线电压为200V，单相额定 相电压为100V。有的则要 三相五线制，三根相线（X、Y、Z）、一根中线（N）和一根地线（G）。 允许电压波动 幅度变化、频率变化、波形失真度等 接地质量 各种接地系统的电阻值规定如下： 直流地接地电阻不应1； 交流工作地的接地电阻值不应4； 安全保护地的接地电阻值不应4； 防雷保护地的接地电阻值不应10。 主要物理环境要求 温度、相对湿度、空气含尘量,计算机系统对供电系统的要求 线制与额定电压 三相四线制，三相额定线电压为380V，单相额定相电压为220V，50Hz， 进口的计算机有的也是三相四线制，但三相额定

12、线电压为200V，单相额定 相电压为100V。有的则要 三相五线制，三根相线（X、Y、Z）、一根中线（N）和一根地线（G）。 允许电压波动 幅度变化、频率变化、波形失真度等 接地质量 各种接地系统的电阻值规定如下： 直流地接地电阻不应1； 交流工作地的接地电阻值不应4； 安全保护地的接地电阻值不应4； 防雷保护地的接地电阻值不应10。 主要物理环境要求 温度、相对湿度、空气含尘量,各种供电方式的比较 可用性 分布式区域式集中式。 发生大面积停电的几率 集中式区域式分布式。 UPS的易管理性 集中式区域式分布式。 UPS的可扩展性 对UPS的扩容： 分布式区域式集中式 对UPS输入供电系统扩容：

13、集中式区域式分布式 对UPS输出供电系统扩容：分布式区域式集中式 供电系统的易维护性 集中式区域式分布式。 供电系统的成本 一次性购置成本：分布式区域式集中式。 扩容成本：集中式区域式分布式。,要了如指掌,UPS的控制部件,交流输入EM1/RF1滤波器及整流滤波器； 免维护密封电池组及其充电器； 采用脉宽调制 方式运行的逆变器 ； 控制电路及 微处理器芯片所用的直流辅助电源； 各种自动保护控制电路（如：输出过载/短路保护，过压输出/欠压输出保护，电池电压过低自动保护，直流母线过压保护等）及相关的UPS电源模拟流程显示系统； UPS电源的市电 交流旁路供电 逆变器电源供电切换装置及相应的锁相同步

14、控制电路； 微处理器及UPS的故障自诊断检测系统； 为实现智能化UPS配置而设置的RS232或RS485接口及其相应的电源监控软件。,UPS工作原理,市电电源经滤波器对来自电网的传导型电磁干扰和射频干扰进行衰减和抑制处理后，分别对相应后级电路供电。 1.直接经交流旁路供电通道馈送到转换继电器的常闭触点上。 2.经充电器对位于UPS机内的电池组进行浮充充电操作，以便一旦市电供电中断时，蓄电池有足够的能量来支持UPS的正常运行。 3.送到具有输入功率因数校正控制特性的UPS整流滤波器的输入端。 4.向UPS的锁相同步电路送去市电同步跟踪信号。,UPS工作过程中的注意事项,如果遇下述情况之一时，为保

15、护UPS中的逆变器不被损坏和确保对用户的连续供电，这时UPS会自动执行从逆变器电源供电转交流旁路电源供电的切换操作。一旦UPS电源执行了“逆变器电源供电”“交流旁路供电”切换操作后，用户所获得的电源将是一般的市电电网电源。 1.在UPS输出端出现输出过载或短路故障； 2.由于环境温度过高或冷却用风扇出故障而造成位于逆变器或整流器中的功率放大管（IGBT管）的散热片温度 超过90以上； 3.UPS中的逆变器本身出 故障。,UPS的自动保护功能,UPS有两种必不可少的自动保护电路。 1.UPS逆变器输出过载或短路的自动保护。当负载端出现严重过载甚至短路时，此电路将会立即将UPS的逆变器电源置于自动

16、关机状态，以防止逆变器电源 的晶体管、MOS管或IGBT管等功率放大元件被烧毁。 2.电池电压过低自动保护。当UPS电源遇到市电故障或中断时，蓄电池组将参加工作，为防止电池组因过度放电而损坏，UPS将通过此电路将逆变器置于立即关机状态，从而达到停止电池放电的目的。,UPS系统各状态描述,正常运行 交流输入（整流器的市电）通过一个市电扼流圈进入相角控制的整流器，整流器补偿市电电压 的变化以及负载的差异，维持直流电压的稳定，叠加的交流电压成分（脉动）由平滑滤波器来减少，整流器提供逆变器能量，保证所连接的电池处于准备状态（浮充和升压充电，依赖于电池的充电状态，以及电池的种类）。随后，逆变器通过优化正弦波脉宽调制控制(PWM)，将直流电压转换为 交流电压，直接或通过一个逆变静态开关EA（可选择加入）供给负载。,电池运行 在电源下陷或故障时，逆变器不再由充电器提供电源，连于直流中间电路的电池自动投入，且无间地提供电流，电池放电时给出信号，电池电压的下降是 放电持续时间与放电电流幅值的函数，电压的下降由逆变器补偿，因此UPS的输出电压保持不变。 如果接近电池放电电压的下限，将给出一个告警信号，如果达到电池放电电压的下限，系统将自动转入旁路运行。如果无旁路