在下列情況下應設計并采用交流不間斷電源系統(tǒng)供電: (1)對供電可靠性要求較高,采用備用電源自動投人方式或柴油發(fā)電機組應急自啟動方式等仍不能滿足要求時。 (2)一般穩(wěn)壓穩(wěn)頻設備不能滿足要求時。 (3)需要保證順序斷電安全停機時。 (4)電子計算機系統(tǒng)實時控制時。 (5)電子計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時。 計算機設備對電源要求質(zhì)量較高,不僅要求采用不間斷供電系統(tǒng),而且要求電源電壓波動在一定范圍以內(nèi)才能正常工作。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸設備要求電源電壓的波動在±5%以內(nèi)。
ups是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨立電源,是一種蓄電池靜止型不間斷供電裝置。它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關和蓄電池組組成。平時,市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗π铍姵馗〕潆姡瑫r經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負載,使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當市電因故停電時,系統(tǒng)自動切換到蓄電池組,蓄電池放電,經(jīng)逆變器對重要負荷供電。 ups的不間斷特性體其"同步切換"工作程序上,當市電與逆變器進行切換時,其控制系統(tǒng)會適時地檢測市電的同步范圍,在市電不超限時,逆變器實現(xiàn)"先通后斷"的供電,從而保證了供電系統(tǒng)的"無間斷切換"。 市場上的ups產(chǎn)品,其容量規(guī)格大致有0.25、0.4、0.6、1、2、3、4、5、10、15、20、40、60、80、100、120、160、200、300、400、500、600、800、1000kv
ups是一種高質(zhì)量、高可靠性的獨立電源,是一種蓄電池靜止型不間斷供電裝置。它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關和蓄電池組組成。平時,市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鲗π铍姵馗〕潆?,同時經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流凈化電源供重要負載,使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當市電因故停電時,系統(tǒng)自動切換到蓄電池組,蓄電池放電,經(jīng)逆變器對重要負荷供電。 ups的不間斷特性體現(xiàn)在其"同步切換"工作程序上,當市電與逆變器進行切換時,其控制系統(tǒng)會適時地檢測市電的同步范圍,在市電不超限時,逆變器實現(xiàn)"先通后斷"的供電,從而保證了供電系統(tǒng)的"無間斷切換"。 市場上的ups產(chǎn)品,其容量規(guī)格大致有0.25、0.4、0.6、1、2、3、4、5、10、15、20、40、60、80、100、120、160、200、300、400、500、600、800、1000kv?a等,并巳形成系列化產(chǎn)品。一般都經(jīng)is0g00l國際質(zhì)量標準認證、ul安全標準及ce抗電磁干擾認證和標記。多數(shù)采用了pwm脈寬調(diào)頻技術、pigbt高效功率器件、微處理器主/從控制技術等,可雙機或多機并聯(lián)。具備電池測試維護、微機監(jiān)控元人值守、可遠程通信等功能;在機器構成上,元器件標準化、模塊化、互換性好;有寬電壓輸入、高效率輸出、過載能力強等優(yōu)良性能。
ups電源是不間斷電源,EPS電源是應急電源。電氣安裝 繼電器就可以了,關鍵是詢主材 這個沒有特別要求。
EX RT伊頓UPS電源(EATON)可從4kVA升級到20kVA,用ModularEasy可實現(xiàn)2N或N+1的低成本高效率的并機運行 機架/塔式,可轉(zhuǎn)換獨立控制的輸出插座提供甩負...
ups電源的工作方式根據(jù)用電設備對供電可靠性和連續(xù)性的要求可分為單一式、并聯(lián)式、冗余式和并聯(lián)冗余式等方式;根據(jù)用電設備對供電可靠性和管理方便的要求也可分為分散式、集中式、分散與集中相結合三種方式。分散式ups供電采用的設備容量都比較小,支持時間較短,適合用于一些辦公區(qū)和控制室;集中式ups供電適合一些要求支持時間較長和較大型的計算機網(wǎng)絡機房等。應當根據(jù)甲方需求來確定采用哪種ups的供電方式和容量。集中設置的ups電源容量的統(tǒng)計需由設計方與業(yè)主密切配合,并考慮所選ups產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率。尤其是功率較大時,ups轉(zhuǎn)換效率非常重要,效率高就可節(jié)省初期投資和長期能源損耗的費用。 一般情況下,機房供電采用市電十ups后備電池相結合的方式較多。正常情況下,市電通過ups穩(wěn)頻穩(wěn)壓后給計算機設備供電,保證計算機設備的電能質(zhì)量;當市電停電時,后備電池通過ups逆變后給計算機設備供電,保證計算機設備的電源。市電與ups后備電池間通過靜電轉(zhuǎn)換開關切換,確保計算機設備無瞬間斷電。 ups供電為集中方式時,還應充分考慮ups機房的設備布置、饋線的鋪設、主機柜的散熱和整個機房的降噪措施等;對于分散式ups供電,分散在各處的ups容量都很小,上述問題可不予考慮。但是,ups電源都應引自雙電源末端互投配電柜(箱)的出線回路,不能從普通插座接引。 設計ups供電方案時,針對分散在各處的重要控制室,在保證雙電源末端自投的一級供電模式下,采用分散式小型ups電源作為后備供電也很實用。
盡量避免過電流充電 過電流充電易造成電池內(nèi)部的正負極板彎曲,使極板表面的活性物質(zhì)脫落,造成電池可供使用容量下降,情況嚴重時會造成電池內(nèi)部極板短路而損壞。 盡量避免蓄電池過電壓充電 過電壓充電往往會造成蓄電池電解液所含的水被電解分離成氫氣和氧氣而逸出,從而使電池使用壽命縮短。 更換活性下降、內(nèi)阻過大的電池 (1)隨著ups電源使用時間的延長,總有部分電池的充放電特性會逐漸變壞,端電壓明顯下降,這種電池的性能不可能再依靠ups電源內(nèi)部的充電電路來解決,繼續(xù)使用會存在隱患,應及時更換。 (2)由于蓄電池內(nèi)阻增大,當用正常的充電電壓對電池進行充電已不能使蓄電池恢復其充電特性時應及時更換。電池的內(nèi)阻一般在10--30mn,如果電池的內(nèi)阻超過200m巴則將不足以維持ups的正常運行,對內(nèi)阻偏大的電池必須更換。 避免新舊蓄電池混用或新舊電池混合充電 由于新電池的內(nèi)阻都比較小,而舊電池的內(nèi)阻都有不同程度的增大,當新舊電池混合在一起充電時,由于舊電池的內(nèi)阻大,分壓會相對偏大,極容易造成過電壓充電現(xiàn)象;而對于新電池,內(nèi)阻較小,充電電壓小但電流偏大,又容易造成過電流現(xiàn)象,所以在充放電過程中應避免新舊電池混充。 蓄電池的使用環(huán)境 電池的使用壽命與環(huán)境溫度密切相關,電池處于較低溫度時,蓄電池中的鋅板容易粉化,失去蓄電性能,造成永久性損壞;溫度過高時,電池的容量也會下降,情況嚴重時會造成永久性損壞。根據(jù)電池生產(chǎn)廠家的技術規(guī)范,電池的最佳使用溫度是2~25℃,在該溫度范圍使用,可延長電池的使用壽命。 總之,做好ups蓄電池的維護工作,可以減少ups的故障,提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過對電池的維護可以提高電池的使用壽命。
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2016 · 6(下) 電子信息Information & Commuinications Technology 57軍民兩用技術與產(chǎn)品 文章編號 : 1009-8119( 2016) 06( 2) -0057-01 隨著我國進入二十一世紀以來經(jīng)濟的不斷發(fā)展 ,現(xiàn)代化的進程 不斷加深 ,對數(shù)字技術的應用已經(jīng)涉及各行各業(yè)多個領域 ,因此研 究 UPS 電源技術是為了保證為計算機提供正常運轉(zhuǎn)的電壓 ,增強電 子計算機壓力變送器的穩(wěn)定性 ,不間斷的為計算機提供動力 ,保證 計算機工作的連續(xù)性與可靠性 。 1、UPS電源技術的現(xiàn)狀 由于中國的網(wǎng)絡監(jiān)管 、醫(yī)療系統(tǒng) 、網(wǎng)絡系統(tǒng)對穩(wěn)定性的需求較大 , 因此保證計算機不間斷運行的 UPS 電源技術慢慢進入人們的生活 。 與傳統(tǒng)的電源技術不同的是 ,UPS 電源技術具有開關能耗較小 ,價 格低廉等特點 ,因此受到了許多技術企業(yè)的青睞 ,UPS 電源技術如
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UPS電源技術要求 30KVA UPS并機技術方案: A)UPS解決方案: UPS設備采用山特電子(深圳)有限公司生產(chǎn)的 3C3EX系列 UPS。3C3EX UPS系列UPS采用在線式(雙轉(zhuǎn)換)結構,即整流器總是將交流轉(zhuǎn)換成 直流,向電池充電并回饋逆變器。逆變器用恒定電壓和頻率持續(xù)向負載 供電。當市電發(fā)生異常故障時,電池會自動供電給逆變器輸出到負載。 單臺 UPS的容量為 40KVA,UPS系統(tǒng)由單機容量為 40KVA 。 3C3 EX系列UPS系統(tǒng)框圖 (輸入變壓器為選件) 系統(tǒng)的設計和工作原理: 3C3 EX系列 UPS單機系統(tǒng)圖 工作原理: 整流器總是將交流轉(zhuǎn)換成直流,向電池充電并回饋逆變器。逆變器 用恒定電壓和頻率持續(xù)向負載供電。當市電發(fā)生異常故障時,電池會自 動供電給逆變器輸出到負載。 在正常運行時,整流器和逆變器同時工作,給負載供電的同時對電 池浮充充電。當市電異常時,
在并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)中,在正常工作時,所有單機UPS并聯(lián)運行,均分負載。如果一個單機UPS故障,或者需要脫離系統(tǒng)進行維護,其余單機UPS有足夠的容量供給負載,能確保負載供電的不間斷,故不必將負載轉(zhuǎn)換到旁路電源。
1.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)構成的條件
并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)構成的基本條件是:
(1)組成并聯(lián)冗余UPS的各單機UPS一般應為同容量、同廠家、同型號的產(chǎn)品。
(2)這些單機UPS必須同步運行才能并聯(lián)。即各單機UPS的逆變器的輸出頻率、相位必須相同,而且輸出電壓也必須相同。
(3)各單機UPS之間均分負載。各單機UPS之間無環(huán)流。
(4)各單機UPS出現(xiàn)故障時,應能自動脫離負載母線,即具有選擇性單機UPS跳機性能。
2.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的同步
(1)同步信號的選擇
一般來說,因為各單機UPS的輸出均同步于其旁路電源,如果各單機UPS的旁路電源是同一個市電電源,各單機UPS就會自然同步運行。但考慮市電停電時各單機UPS將同步于各自內(nèi)部的晶體振蕩器,在這種情況下就不會自然同步了。為了保證在任何情況下各單機UPS都能同步運行和負載均分,常常采用以下同步方法:
1)主從同步。指定其中一臺單機UPS為主UPS,其余的為從UPS。在正常情況下,有市電時主UPS同步于市電,無市電時同步于自己的內(nèi)部晶振;所有"從UPS"(可編號為1、2、3……)都同步于主UPS。如主UPS故障,1號"從UPS"自動變?yōu)橹鱑PS。以此類推,2號、3號……UPS也可為主UPS。
2)無主從同步。即不指定主UPS,任何一個單機UPS都可以為主UPS,也可以為從UPS。一般按開機情況隨機確定主UPS,例如哪一臺先啟動完畢,即為主UPS,此主UPS故障時的替代方法同上述方法。
(2)鎖相環(huán)同步
為了使單機UPS的逆變器輸出電壓與同步信號(旁路電源電壓)的頻率和相位相同(同步運行),需要一種裝置用于檢測逆變器輸出電壓和旁路電壓電源的相位差,并將它們變?yōu)殡妷盒盘柸タ刂颇孀兤鞯南辔缓皖l率,使逆變器與旁路電壓同步,這種裝置就是鎖相環(huán)。鎖相環(huán)是由鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)和壓控振蕩器(VCO)組成的。
鑒相器用于比較輸入信號Ui(t)(如旁路電源電壓)和從壓控振蕩器反饋回來的輸出信號Uo(t)的相位,鑒相器的輸出為正比于兩個信號的相位差的誤差電壓信號Ud(t)。
低通濾波器用于衰減Ud(t)中的高頻分量和噪聲,提高抗干擾能力,輸出控制電壓Uc(t)。
壓控振蕩器是輸出頻率受控制電壓Uc(t)控制的振蕩器。當控制電壓Uc(t)=0時,其輸出頻率固定不變,控制電壓Uc(t)≠0時,振蕩器的輸出頻率隨控制電壓Uc(t)而變化。
在鎖相環(huán)中,如果壓控振蕩器的頻率與同步信號的頻率差異在規(guī)定的范圍內(nèi),鑒相器輸出的誤差信號經(jīng)低通濾波器后,可控制壓控振蕩器的頻率和相位向同步信號靠攏,當壓控振蕩器的頻率與同步信號的頻率完全相同,而且相位差達到恒定時,鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)。
3.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的負載均分
在單機UPS系統(tǒng)中,只要旁路電源可用,逆變器總是與旁路電源同步,因此當逆變器故障時,可以通過靜態(tài)開關不間斷地將負載轉(zhuǎn)換到旁路電源。
在并聯(lián)冗余UPS中,每個單機UPS都與其旁路電源同步,由于各單機UPS的旁路電源是同一個市電電源,各單機UPS就會自然同步運行。但各單機UPS相位還會有微小的變化。為了保證各單機UPS之間均分負載,必須保證各單機UPS輸出電壓的頻率和相位上準確的匹配。為此,通常各單機UPS之間需要通信,進行必要相位調(diào)節(jié)。
先進的UPS采用無線并聯(lián)技術,各單機UPS之間不需要通信。每個單機UPS只需要監(jiān)視自己的輸出功率,根據(jù)輸出功率的變化情況進行調(diào)節(jié),保持與其他單機UPS同步運行和負載均分。無線并機的原理是利用并聯(lián)的單機UPS之間的相角差與每個單機UPS所承擔負載的關系,進行相位調(diào)節(jié)的。例如,兩個并聯(lián)的單機UPS的輸出波形匹配時,它們將均分負載。如果一個單機UPS波形超前另一個單機UPS,它將承擔較多的負載,而另一個單機UPS承擔比例較小的負載。兩個單機UPS之間的負載分配對兩單機UPS的相角差非常靈敏,1度的相角差將會引起50%的負載不平衡。
在無線并機UPS系統(tǒng)中,每個單機UPS都監(jiān)視自己的輸出功率,并跟蹤從一個周波到下一個周波輸出功率的變化,兩個相鄰周波的功率差稱為ΔP。如果一個單機UPS的ΔP增加,表明該單機UPS的相角超前于另一個單機UPS,就需要稍微降低其輸出頻率,進行補償。這種頻率調(diào)節(jié)一般在幾個毫赫茲(milliHertz)的數(shù)量級。如果一個單機UPS的ΔP減少,表明該單機UPS的相角滯后于另一個單機UPS,就需要稍微提高其輸出頻率,進行補償。在穩(wěn)態(tài)運行中,各單機UPS的ΔP為零,均不調(diào)節(jié)它們的輸出頻率。在突加和突減負載時,兩個單機UPS的輸出功率具有同樣的瞬變并進行一次頻率調(diào)節(jié)(反向或正向調(diào)節(jié))。頻率調(diào)節(jié)量也是在幾個毫赫茲(milliHertz)的數(shù)量級。
4.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的故障單機UPS的自動跳機
下面介紹無線并機UPS的選擇性單機UPS跳機。當單機UPS故障,不能為負載供電時,它必須脫離負載母線。無線并機UPS的選擇性跳機性能包括如下兩個過程:檢測單機UPS故障和使該單機UPS從負載母線上斷開。
(1)不影響關鍵負載母線電源質(zhì)量的故障
有些故障不會影響關鍵負載母線的電源質(zhì)量,例如某單機UPS因其空氣濾清器堵塞引起過溫,因此不能繼續(xù)工作,必須從負載母線上斷開,原來由此故障UPS承擔的負載可以由其他UPS承擔。這類故障不會影響關鍵母線的電源質(zhì)量,故障UPS從關鍵負載母線上斷開的時間也不是非常緊急。
(2)影響關鍵負載母線電源質(zhì)量的故障
有些單機UPS的故障會影響負載母線,例如逆變器的元件IGBT短路,將會影響其輸出電壓,對負載母線電壓造成嚴重影響。對于這種故障應迅速識別并盡快從關鍵負載母線上斷開。
(3)選擇性跳機的方法
如負載均分的控制方法一樣,每個單機UPS只需要監(jiān)視自己是否有故障,發(fā)現(xiàn)故障后立即從關鍵負載母線上斷開。為了識別單機UPS故障,控制電路檢測UPS輸出電壓和輸出電流相對于當前的輸出電壓和輸出電流數(shù)據(jù)的變化。每個單機UPS的控制器都存儲最后5個周波的每相輸出電壓和輸出電流波形。將最后5個周波的輸出電壓和輸出電流的平均值(VA和IA)與當前的電壓和電流波形(VN和IN)進行比較,計算電壓和電流的增量△V和△I(△V=IN?IA,△V=VN?VA),然后根據(jù)△V′△I乘積的符號確定是否有故障以及是否需要與負載母線脫離。
5.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的種類
根據(jù)旁路系統(tǒng)的配置情況,并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)可分為集中旁路和分散旁路的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)。
(1)集中旁路的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)
集中旁路的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的每個單機UPS都沒有靜態(tài)旁路和維修旁路。整個并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)配置一個集中的靜態(tài)旁路和維修旁路,安裝在一個獨立的并機柜中。并機柜為所有的單機UPS提供統(tǒng)一的同步信號和必要的檢測電路,確保各單機UPS同步運行。靜態(tài)旁路開關和維修旁路開關的容量應能滿足系統(tǒng)輸出容量的要求,即N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的旁路開關的容量應大于或等于N臺單機UPS的容量。
(2)分散旁路并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)
分散旁路的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的每個單機UPS內(nèi)部都配置靜態(tài)旁路開關和維修旁路。不需要并機柜,各單機UPS可以直接并聯(lián)。
分散旁路并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)有正常方式、旁路方式、蓄電池方式、節(jié)能系統(tǒng)方式、可變模塊管理系統(tǒng)方式5種工作方式。其中節(jié)能系統(tǒng)方式和可變模塊管理系統(tǒng)方式是考慮提高系統(tǒng)效率和節(jié)能而提出的,兩者不能同時運行,根據(jù)設置情況,只能運行其中一種方式。
1)正常方式。在正常方式下,市電為每個單機UPS供電,每個單機UPS為負載提供穩(wěn)定、可靠的交流電。各個單機UPS并聯(lián)運行,均分負載。如果市電中斷或超出規(guī)定指標,各單機UPS均自動轉(zhuǎn)換到電池方式,繼續(xù)不間斷地為負載供電。市電恢復后,各單機UPS自動返回正常方式。如果各UPS過載或故障,各單機UPS均轉(zhuǎn)換到旁路方式。當過載或故障清除后,自動轉(zhuǎn)換到正常方式。
2)旁路方式。在旁路方式下,負載直接由旁路電源(市電)供電。系統(tǒng)的旁路電源是從每個單機UPS的旁路電源經(jīng)靜態(tài)開關引入的。從正常方式轉(zhuǎn)換到旁路方式的條件是系統(tǒng)過載或負載故障。在N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)中,如果有一個單機UPS故障并脫離供電系統(tǒng)(離線)后,剩余的單機UPS還能夠支持負載,系統(tǒng)就不轉(zhuǎn)換到旁路,負載由剩余的單機UPS供電;如果多個單機UPS離線,負載必須轉(zhuǎn)換到維修旁路或關機。在N+0并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)(并聯(lián)無冗余UPS)中,如果有1臺單機UPS跳閘離線,其余的UPS均轉(zhuǎn)旁路。
3)電池方式。市電中斷或指標超出規(guī)定容限時,UPS系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)換為電池方式。在蓄電池方式下,各單機UPS中的蓄電池為逆變器提供應急DC電源,各逆變器繼續(xù)運行,不間斷地為負載供電。各單機UPS的逆變器并聯(lián)運行,均分負載。如果市電未能恢復,蓄電池將一直放電到逆變器允許的最低輸入電壓等級。此時,每個單機UPS將發(fā)出"2分鐘后關機"的告警。如果此時旁路電源可用,系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換到旁路方式而不關機。如果蓄電池放電過程中的任意時間,市電輸入電源恢復可用,系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換到正常方式,原來蓄電池承擔的逆變器的輸入功率逐漸由整流器承擔,同時給蓄電池充電。由于蓄電池再充電需要較大電流,整流器啟動后開始時可能會進入限流工作方式。
4)節(jié)能方式(ESS,EnergySaverSystemMode)。節(jié)能方式是指市電電源經(jīng)靜態(tài)旁路開關直接為關鍵負載供電。運行在節(jié)能方式時,如果市電電源出現(xiàn)異常情況,就自動轉(zhuǎn)換到正常方式。當旁路電源電壓或頻率超出預定的范圍時,系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換到蓄電池方式,然后轉(zhuǎn)換到正常方式,由逆變器為負載供電,典型的轉(zhuǎn)換時間為2ms。從節(jié)能方式向正常方式的所有的轉(zhuǎn)換均先轉(zhuǎn)換到蓄電池方式,然后再轉(zhuǎn)換至雙變換方式。當市電受到嚴重干擾時,系統(tǒng)從ESS方式轉(zhuǎn)換到雙變換方式并要在雙變換方式運行1h(可編程),1h后再回到ESS方式。如果在雙變換方式運行1h周期內(nèi),又檢測到市電嚴重干擾,則此1h記時將重新開始。
5)可變模塊管理系統(tǒng)方式(VMMS,VariableModuleManagementSystem)。在可變模塊管理系統(tǒng)方式下,UPS與傳統(tǒng)的雙變換UPS工作相同。但UPS根據(jù)負載的大小,有選擇地將負載移到少數(shù)的單機UPS中,以保證單機UPS的負載率較高,效率較高。當一個單機UPS被設置為VMMS方式時,此單機UPS將停止開通逆變器和整流器,但使其輸出接觸器閉合,以保持其輸出電壓與負載母線電壓相同并與之鎖相。在此方式下,此單機UPS監(jiān)視重要負載母線,并保持其輸入接觸器閉合,在關鍵負載母線出現(xiàn)干擾和有階躍負載時,此單機UPS立即返回運行,為負載供電。在VMMS方式中,單機UPS可用的最大功率被限制到單機UPS額定功率的80%,如果負載超過了此極限,則需增加單機UPS,以承擔增加的負載。在市電嚴重干擾時,UPS將轉(zhuǎn)換到雙變換正常方式,所有的單機UPS運行1h,此1h終了時,UPS將自動轉(zhuǎn)換回VMMS方式。如果在此1h內(nèi)有出現(xiàn)市電嚴重干擾,則1h定時器將重新啟動,UPS再重新開始在正常方式運行1h。
6.并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的并聯(lián)臺數(shù)
采用并聯(lián)冗余UPS可以得到較高的可用性。一般可采用1+1或N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)。1+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)可提供比N+1并聯(lián)冗余UPS更高的可用性,一般用于要求很高的應用中。在需要綜合考慮成本、可靠性和擴容性的場合,可選擇N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)。
N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的可用性比單機UPS的可用性高。但是,N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的并聯(lián)臺數(shù)不是越多越好。1+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的可用性最高,隨著并聯(lián)臺數(shù)的增加,N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)的可用性會下降。當并聯(lián)臺數(shù)為大于4(3+1)臺時,系統(tǒng)可用性將會急劇下降。在實際應用中,隨著并聯(lián)臺數(shù)(包括蓄電池組)的增加,UPS系統(tǒng)故障率顯著增加;系統(tǒng)的成本和維護量也會增加,維護量的增加意味著人為干預增多,因而增加了系統(tǒng)故障的危險。
7.并聯(lián)冗余UPS的局限性
并聯(lián)冗余是獲得高可靠性和高可用性UPS的重要方法。并聯(lián)冗余UPS可以滿足各種關鍵負載的要求,所以得到了最廣泛的應用,但也有其局限性。
然而,對于單電源輸入的負載,如果為其供電的斷路器故障跳閘,必然會引起這個負載斷電。為此,可以采用靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關STS,STS的兩路輸入由兩個分路引入,其中一個優(yōu)先供電,當此路的斷路器或線路故障時,由STS將負載轉(zhuǎn)換到另一路供電。轉(zhuǎn)換時間一般在5ms內(nèi),故不會影響負載的工作(一般設備允許瞬間供電中斷的時間是8-20ms)。因此,采取STS的辦法,單電源負載也相當于雙電源負載,一個電源故障時也不會造成負載斷電。所以,一般來說,對單電源負載也沒有問題了。
但是,當并聯(lián)冗余UPS本身出現(xiàn)故障時,就造成關鍵負載的系統(tǒng)故障。在實際應用中,這種故障是時有發(fā)生的。
必須指出,并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)(單母線輸出)運行中,絕對不能出現(xiàn)超過20ms的停電或閃斷現(xiàn)象,才能保證負載的安全運行。但是,這是不可能避免的。
在下列情況下常常會導致并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)輸出停電或閃斷故障:
1)UPS的整流器的濾波電容器發(fā)生故障(爆炸)。
2)UPS輸出的配電電路發(fā)生短路故障。
3)UPS的整流器的SCR發(fā)生短路故障,或IGBT燒壞。
4)旁路靜態(tài)開關的SCR誤導通。
因此,并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)不是絕對可靠。
1.分布冗余UPS的特點
(1)可維性和故障容限高
分布冗余UPS系統(tǒng)的可維性和故障容限與單機UPS、隔離UPS、并聯(lián)冗余UPS相比,有了很大的改進。用戶可以將所有的負載都轉(zhuǎn)換到一個UPS供電的母線上,而另一個UPS及相關的開關、配電設備都可以脫離系統(tǒng),進行維護。也就是說,用戶可以進行積極的維護工作,而不需要將重要負載轉(zhuǎn)換至旁路電源。因此,分布冗余UPS系統(tǒng)具有連續(xù)的可用性。
(2)系統(tǒng)簡單
分布冗余UPS系統(tǒng)比并聯(lián)冗余或隔離冗余UPS簡單、經(jīng)濟,最普通的方法是從兩個單機UPS和一個LBS開始,構成雙母線“2N”UPS系統(tǒng),不需要系統(tǒng)級的控制柜或開關設備。甚至對于每個分UPS系統(tǒng)也不需要維修旁路柜,因為每個UPS系統(tǒng)都可以作為另一個UPS的旁路。分布冗余UPS系統(tǒng)也是可擴展的,對于較大容量的應用場合,每個分UPS系統(tǒng)都可以采用常規(guī)的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)(為提高可用性并聯(lián),或為增加容量并聯(lián))。
(3)可靠性高
由于分布冗余UPS系統(tǒng)的簡單性,它比隔離冗余UPS更可靠。冗余是并聯(lián)的,不是串聯(lián)的。由于有兩個配電網(wǎng)絡和下游靜態(tài)開關,關鍵負載設備(包括雙電源輸入負載和單電源輸入負載)具有雙電源設備的功能。采用分布冗余UPS,對于負責定期進行預防性維護的人員而言,其承擔的風險減小了。最重要的是,兩個配電網(wǎng)絡的獨立性保證了一個母線的故障不會擴展到另一個母線上。正常的負載仍然可以由正常的UPS和配電系統(tǒng)供電。
2.分布冗余UPS的負載母線同步
(1)分布冗余UPS的負載母線同步的概念
除非所有的負載設備都是雙電源負載,分布冗余UPS必須進行負載母線同步。即構成雙母線UPS系統(tǒng)的兩個獨立的UPS系統(tǒng)輸出必須同步運行。因為雙電源負載的一個電源故障時,負載仍能正常運行,故不需要進行電源的轉(zhuǎn)換。因此,如果雙母線UPS系統(tǒng)的負載全部是雙電源負載,兩個母線上的UPS可以不同步運行。然而,如果配電系統(tǒng)中還存在單電源設備,則必須進行同步。因為當一個UPS電源故障時必須經(jīng)STS進行電源轉(zhuǎn)換。為了保證不間斷轉(zhuǎn)換,兩個UPS系統(tǒng)的輸出必須保持同步運行,以避免兩者之間進行非同步時的間斷轉(zhuǎn)換,造成負載斷電。實現(xiàn)這個要求的技術是采用“負載母線同步LBS(LoadBusSync)”控制器。LBS可以使兩個UPS輸出電壓保持出同步,甚至旁路電源不可用時或UPS工作于蓄電池時,使兩個UPS輸出電壓的頻率和相角相同或相差甚小。
(2)分布冗余UPS負載母線同步(LBS)的重要性
LBS可以使兩個獨立的UPS系統(tǒng)保持同步,甚至于當它們的輸入電源不同時。任何UPS都是同步于其旁路電源,只要兩個UPS連接到同一個旁路電源上,在正常情況下,它們就會自動地同步運行。然而,如果UPS工作于蓄電池、不同的備用發(fā)動機組或者是非同步的旁路電源,它們的輸出電壓將不會同步。LBS由一個在UPS上的接口板和一個小的墻掛式帶有簡單的選擇開關的控制板組成。每個UPS的邏輯和控制器之間無其他任何連接,這就保證了系統(tǒng)的最大的獨立性和隔離。LBS可以用于同步同一廠家的兩個UPS,也可用于同步不同廠家的兩個UPS。有的LBS還可用來同步3個或多個UPS。LBS有主動LBS和被動LBS兩種,實際應用中被動LBS應用較多。
(3)采用單變換UPS系統(tǒng)的雙母線UPS的負載母線同步
具有分布冗余UPS功能的UPS系統(tǒng)中的各個分UPS模塊必須在任何情況下都能相互同步,甚至在各UPS模塊工作于獨立的蓄電池或非同步的備用發(fā)動機時。只有雙變換UPS可以做到這一點(雙變換UPS有變頻的功能)。
單變換UPS(IEC定義為line-interactive)(包括Delta變換UPS)只能同步到為其供電的輸入電源上,不能在由一個AC電源供電時,而同步于另一個AC電源(或同步到另一個UPS電源,或由晶振產(chǎn)生的同步信號)。單變換UPS無變頻的功能。當采用Delta變換UPS構成雙母線供電系統(tǒng)時,如果各Delta變換UPS的交流輸入是兩路獨立的市電電源,則在正常情況下,一臺UPS不能同步到另一臺UPS的輸出。
采用Delta變換UPS構成分布冗余UPS時,必須采用同一路市電或同一臺油機,或者保證所有UPS上游的交流輸入電源同步(油機和市電),才能保證在市電或油機供電時,雙母線上的兩個UPS輸出同步。另一方面,必須采用系統(tǒng)間同步單元(ISU),才能保證在蓄電池供電時,雙母線上的兩個UPS輸出同步。
3.采用靜態(tài)自動母聯(lián)電路(SAT)的雙母線UPS系統(tǒng)
在有單電源負載和雙電源負載的雙母線UPS供電系統(tǒng)中,可以采用靜態(tài)自動母聯(lián)電路(staticautotie,SAT),原來為單電源負載供電的所有靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(STS)和末端轉(zhuǎn)換開關均可以取消。而單電源負載保護電源的可用性將大大提高。
在常規(guī)雙母線UPS系統(tǒng)中STS中的兩個靜態(tài)開關SS中的一個必須在全部時間內(nèi)導通,而采用SAT的雙母線系統(tǒng)中的一個SS除了在轉(zhuǎn)換過程中導通外是不導通的,因而提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。如果其中一個UPS發(fā)生故障,SAT將配電母線轉(zhuǎn)換到另一個UPS,配電系統(tǒng)的雙母線結構仍然保留。轉(zhuǎn)換后的配電系統(tǒng)是SAT和一個并聯(lián)冗余UPS的串聯(lián)組合。
4.雙母線UPS系統(tǒng)主輸入和旁路輸入交流電源的選擇
(1)雙母線UPS系統(tǒng)的LBS的作用
雙母線UPS系統(tǒng)的LBS可以保證連接到負載母線的兩個UPS電源同步運行。如果兩個UPS的旁路電源是同一路市電電源,兩個UPS輸出必然同步,此時LBS不起作用。如果兩個UPS的旁路電源不是同一路市電電源,而是兩路市電電源或是兩個獨立的油機發(fā)電機,LBS將使UPS1同步到UPS2(可調(diào),也可能是UPS2同步到UPS1)。在此情況下,LBS將使UPS1內(nèi)的旁路靜態(tài)開關關閉,假如UPS1有故障也不能轉(zhuǎn)向旁路(因為UPS1與其本身的旁路電源不同步)。但配電電路中的STS可以轉(zhuǎn)換,負載不會斷電。同步于其本身旁路的UPS在故障時可以轉(zhuǎn)旁路。
注:假設UPS1同步到UPS2的過程中,發(fā)現(xiàn)UPS1已在旁路上,則LBS將自動將UPS2同步到UPS1。
(2)UPS的主輸入電源和旁路輸入電源的選擇原則
綜上所述,假設采用被動LBS,UPS的主輸入電源和旁路輸入電源選擇的原則是:
1)UPS1、UPS2的旁路輸入電源最好采用同一路市電電源(同一變壓器,或高壓輸入相同且接線組別相同的兩個變壓器)。因旁路是引自同一個變壓器,或引入一路高壓輸入電源的局(站)的兩個接線組別相同的變壓器,故可以保證在正常情況下,LBS不起作用,而兩UPS可以自然同步。
2)UPS1,UPS2的主輸入電源的采用沒有限制(包含兩種情況:與旁路電源相同或不同的電源)。但要考慮如果一路市電電源故障或一個變壓器故障,另一路市電或另一個變壓器可以繼續(xù)供電,保證重要負載不會斷電。
(3)工程設計中UPS輸入電源設計方案
按以上原則,UPS輸入電源可以采用如下方案:
1)UPS1和UPS2的主輸入、旁路輸入采用同一路市電(同一個變壓器)。此方案也可保證平時LBS不起作用,而兩個UPS可以自然同步。但此變壓器故障時將會影響兩個UPS。
2)UPS1的主輸入和旁路輸入采用一路電源(同一個變壓器);UPS2的主輸入和旁路采用同一路電源(另一變壓器)。兩個變壓器的高壓側為同一電源且變壓器的組別相同時,可保證平時LBS不起作用而兩個UPS可以自然同步。而且,一臺變壓器檢修時,仍有一臺UPS的主輸入和旁路輸入電源正常,故總有一臺UPS可以正常使用。
5.雙母線UPS系統(tǒng)的AC配電電路
(1)配電電路的重要性
高可用性電源系統(tǒng)要求可靠性、功能性、可維性和故障容限。UPS和負載設備之間的AC配電將最終決定可維性和故障容限指標。實際運行的經(jīng)驗表明,與電源有關的80%的停機故障是由UPS和關鍵負載之間的電路中斷引起的。人為操作錯誤、設備故障、負載故障、短路和各種特殊事件都會引起電源系統(tǒng)故障。設備總會出現(xiàn)故障,人為操作錯誤總會發(fā)生。因此,正確選擇UPS向關鍵負載設備配電的方法,妥善設計配電電路是非常重要的。
(2)雙電源負載的配電電路
具有雙電源線的負載,只要有任何一個電源線供電,該負載就可以正常運行。雙電源負載的每個機柜或機架都由來自兩個獨立的UPS電源供電,可以直接從UPS通過PDU到負載設備(服務器)。也可在PDU和服務器之間增加RDC(遠端配電箱),以簡化分支電路的布線。雙電源負載的供電不需要轉(zhuǎn)換開關,故不需要LBS。但是,考慮到后期可能增加單電源負載,故建議采用(LBS)。這種配電電路結構可以獲得連續(xù)的可用性。冗余可以擴展到每個負載設備的輸入端。任何一個UPS系統(tǒng)(及其所連接的PDU和RDC)都可以完全斷電進行維護,不會影響關鍵負載。配電單元(PDU)由輸入隔離變壓器、一個或多個配電板組件和電源監(jiān)控設備的組成。
遠端配電柜(RDC)包括體積很小的配電板組件和電源監(jiān)控設備。典型的RDC設計為適合標準的活動地板蓋板。RDC不包括輸入隔離變壓器,它接受PDU中的斷路器的電源。RDC可以配置為單輸入(所有的配電板由同一個電源供電)、雙輸入(由獨立的電源供電)或4輸入。
當使用PDU變壓器為STS供電時,兩個變壓器的中性線是有意的在一點連接在一起的,并進行中線對地的連接。這保證了STS進行轉(zhuǎn)換時不會產(chǎn)生地電位的偏移或引起中線電流在接地電路中流動(這有可能引起接地故障保護系統(tǒng)動作)。
大多數(shù)局站都有多個配電單元,每個都有一個或兩個PDU變壓器。每個PDU將有一個中線對地的連接,PDU的地將固定接在大樓的接地系統(tǒng)。這保證了每個PDU都為其所連接的設備提供了一個干凈的中線和地線的基準點。
(3)采用靜態(tài)開關的單電源負載配電系統(tǒng)
1)配電系統(tǒng)的組成
有些服務器是單電源輸入的,因此電源系統(tǒng)設計者必須采取適當?shù)姆椒ūWC可維護性和故障容限。STS由兩個PDU變壓器供電。STS的輸出供給各個遠端配電柜(箱)(RDC),RDC為各個單個的機架或機柜供電。LBS使兩個UPS系統(tǒng)的輸出保持同步,因此負載可以在它們之間不間斷的轉(zhuǎn)換。
當需要維護UPS1及其PDU時,STS可以手動轉(zhuǎn)換到UPS2及其PDU。于是UPS1及其PDU可以完全斷電進行維護。UPS2及其PDU可以同樣進行維護。此外,如果一個UPS有故障,STS可以自動在它們之間轉(zhuǎn)換。這個配電電路的缺點是:冗余在STS的輸入端終止,STS下游的所有故障都是單點故障。
2)STS的安裝位置
在圖1中,靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關放在一對PDU變壓器輸出的后面。也可以將STS用在單個PDU變壓器的輸入的前面,這樣成本會低一些,但存在變壓器磁化浪涌電流的問題。PDU變壓器在啟動時有磁化電流浪涌,這種浪涌電流可能達到穩(wěn)態(tài)負載電流的8倍,如果輸入到變壓器的電壓短時下降(足以使STS轉(zhuǎn)換到其他的UPS),在STS完成轉(zhuǎn)換時,變壓器就需要重新磁化。對于大容量UPS,這可能不是問題。但是,如果多個STS同時進行從一個UPS向另一個UPS轉(zhuǎn)換,則變壓器激磁浪涌電流就可能成為一個問題。
因此,靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關還是放在一對PDU變壓器輸出的后面好。
(4)采用“末端轉(zhuǎn)換開關”的單電源負載配電系統(tǒng)
將冗余擴展到更接近負載設備的一個方法是采用“末端轉(zhuǎn)換開關”的配電系統(tǒng)?!澳┒宿D(zhuǎn)換開關”是專門用于單個配電箱的智能開關(smartswitch),這些智能開關可以安裝在活動地板下面或在負載設備的機架內(nèi)。
采用智能開關可以使單電源負載設備和雙線負載設備同時安裝在同一個機箱內(nèi)。兩種類型的設備截止至其輸入端子都具有冗余,因此具有最大的可維護性和故障容限。智能開關與STS不同,STS采用可控硅作為轉(zhuǎn)換裝置,而智能開關采用繼電器。這種方法的一個優(yōu)點是具有較大的靈活性。系統(tǒng)設計者可以按全部是雙電源負載規(guī)劃和布線,并將雙電源線布放到每一個配電箱,因此雙電源負載可以接入。單個的配電箱和智能開關也可以按照雙電源負載的要求配置。這種配電系統(tǒng)需要LBS,以使每個UPS系統(tǒng)輸出保持同步。
(5)高可用性的雙母線UPS配電系統(tǒng)
在雙母線UPS供電系統(tǒng)中,RDC的每個輸入采用不同的STS供電。這些STS應使用不同的UPS系統(tǒng)作為它們的首選電源。這將避免100%的負載在一個電源上,而0%的負載在另一個電源上,因而抵消了冗余的優(yōu)點的情況。
這種結構的硬件成本比其他的結構高些,因為需要額外的PDU變壓器和附加的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關。但整個電源系統(tǒng)完全可以維護,一直到負載設備和智能開關的輸入端。
該系統(tǒng)式現(xiàn)行使用較多的系統(tǒng),以UPS為基點,通過powerman 2000軟件集中管理的方式,將所有基點的設備集中到一臺服務器上進行管理,使所有設備的數(shù)據(jù)集中化,故名"UPS集中式管理系統(tǒng)",屬于C/S架構。
該系統(tǒng)在UPS集中管理系統(tǒng)發(fā)展出來的,采用B/S架構,使得管理UPS更加輕松,管理員可以在辦公場所任意電腦上直接登錄UPS管理系統(tǒng),方便及時了解狀態(tài),處理故障。分布式管理采用的是powerman 1000的最新技術,可以對單個V600cm等產(chǎn)品進行IP查詢,定期測試和即時測試:確保UPS工作正常。安全事件日志:記錄發(fā)生過的事件,用來分析。顯示輸入出電壓、負載、頻率、溫度等:掌握當前電力狀況,放電時間可以準確把握,實現(xiàn)對每個UPS帶的負載(服務器)進行關機保護。
最原始的UPS網(wǎng)絡監(jiān)控采用的2級設備,前級采用RS232轉(zhuǎn)換RS485,后級采用RS485轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡,完全透明傳輸?shù)姆绞?,多級轉(zhuǎn)化導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,系統(tǒng)響應的時間下降,安全性也非常低,現(xiàn)已經(jīng)在逐步淘汰。專業(yè)做分布式監(jiān)控的企業(yè)由于采用了分布式的一級轉(zhuǎn)換,每個UPS都是匹配獨立的UPS管理設備,單點設備損壞,不會影響到整個系統(tǒng),數(shù)據(jù)經(jīng)過加密,極大的增加了安全性。
通過RS232串口查詢UPS,外置于UPS,提供標準的 10/100M 網(wǎng)絡連接,為系統(tǒng)提供基于行業(yè)標準的UPS管理、配置、控制和事件處理功能。產(chǎn)品功能:實時UPS狀態(tài)監(jiān)視:用監(jiān)控軟件系統(tǒng)平臺對UPS進行7*24小時全天候遠程監(jiān)視和控制;建立強大的Web Server管理功能模塊:在任何操作系統(tǒng)平臺上通過Web瀏覽器方便地進行UPS實時狀態(tài)查詢、基本信息管理、遠程操作控制UPS、各項參數(shù)設置、用戶管理、歷史資料查詢等方面的監(jiān)控管理功能;支持遠程自測、關機及重啟UPS功能(需UPS支持):讓用戶能夠通過遠程控制UPS,保護多達250臺網(wǎng)絡服務器/工作站,按照設定實現(xiàn)安全關機,以避免因UPS電池電力耗盡所造成的數(shù)據(jù)丟失、設備損壞;完善的UPS事件處理(包括事件記錄和通知):具備歷史事件和歷史數(shù)據(jù)記錄功能,定期記錄UPS參數(shù)供統(tǒng)計分析和故障診斷;完善的管理功能(數(shù)據(jù)日志、SNTP和工作日程安排如定時開關機等);維能達生產(chǎn)的UPS監(jiān)控可擴展環(huán)境溫濕度偵測監(jiān)控模塊;支持網(wǎng)絡固件升級,可擴充多種語言;多品牌兼容性:
1、國外知名品牌: APC、愛默生、MGE、梅蘭、山特、愛克賽、克勞瑞德、GE、西門子等。
2、國內(nèi)知名品牌:科士達、科華、易事特、寶星、金武士、索瑞德、意華寶、捷益達、雷諾士等。