UPS 基本概念[PPT课件]

说
明
衡量点为供用电产权分界处 或电能计量点
GB 2326—2000 电压波动 和闪变
P1t
O．8
O．7(O．8)
O．6
此标准为GB 12326—90修订版 (1)衡量点为电网公共连接点 (PCC)； (1)Pst每次测量周期10min， 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。
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UPS的分类
后备时间：标准机型（15分钟） 长延时机型（>2小时） 逆变频率：高频机（PWM频率>20KHZ—不带隔离变压器） 工频机（PWM频率<10KZH—带工频输出变压器） 功率传输调整方式： 串联调整方式（双变换在线式—负载功率流经两条串联回路） 并联调整方式（在线互动式—负载功率流经两条并联回路） 串并联调整方式（双逆变电压补偿在线式—负载功率流经串并联回路） 控制回路： 模拟控制（模拟信号+微处理器逻辑功能）（分立元件+小规模IC） 部分数字控制（部分数字化信号控制+DSP数字信号处理器）（分立元 件+中大规模IC） 全数字控制（全数字化信号控制+双DSP数字信号处理器+门阵列）（大 规模IC+专用IC） 显示方式： LED显示（参数显示） 中屏LCD显示（功能及参数显示） 大屏LCD触摸显示（人性化界面） 运行方式： 单机运行 多机运行（主从备份，并联运行） 技术发展方向：（高输入功率因数，高变换效率，高输入电流峰值因数，全数字处 理控制电路，智能化功率变换器件，专用集成电路，软开关技术） 综合发展方向： （高频化，小型化，智能化，数字化，网络化，人性化，模块化， 大功率化，高可靠性，高可用性，高稳定性，遥测，遥控）
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UPS的分类
1. 动态型（旋转型） 发电机+惯性飞轮+直流发电机+蓄电池
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
静态型
输出功率：小功率<10KVA 中功率10-100KVA 大功率>100KVA 输出波型：方波（阶梯波，准正玄波） 标准正玄波 输出相数：单相输出（220V，50HZ） 三相输出（380V，50HZ） 功率器件：可控硅（SCR，Silicon Control Rectifier） 功率晶体管（GTR，Giant Transistor） MOS场效应晶体管（MOSFET，Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor） 13. 绝缘栅场效应晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor IPM, Intelligent Power Module）
R e lia b le p o w e r ( n o d is tu r b a n c e s , w ith in s tr ic t to le r a n c e s a n d a v a ila b le d u e to b a tte ry b a c k u p p o w e r) S e n s itiv e lo a d s
频率 +4%到-6%（一年内99.5%情况下必须在±1%之内）
电能质量国家标准摘要
由于供电网络和负载的复杂性，以及自然界的雷击，地电和人为因素的影响，电网供 出的交流电存在各种质量问题。
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电能质量国家标准摘要
标准编号 GB 12325—90
标准名称 供电电压 允许偏差
允许限值 (1)35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10％； (2)10kV及以下三相供电为±7％； (3)220V单相供电为+7％，一10％ 电压变动d的限值和变动频度r(h-1)有关：当r≤ 1000时，对于低压(LV)和中压(MV)，d=1.25％～4％；对 于高压(HV)，d=1．O％～3％；对于随机不规则的变动， d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，闪变限值如下表： 系统电压等级 Pst LV 1.0 MV 0.9(1.0) HV 0.8
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；P1t为长时间闪变。
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电能质量国家标准摘要
标准编号 标准名称 允许限值 各级电网谐波电压限值(%) 电压(kV) THD 奇次 偶次 说 明为PEC，取实测95％ 概率值； (1)对用户允许产生的谐波电 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 (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 72 min，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)提供不平衡度算法。 对测量仪器提出了基本要求
D is p la y
什么是UPS?
T e le m o n ito r
C o m e t E X tre m e
C o m e t S 3 1
G a la x y 3 0 0 0
G a la x y 1 0 0 0 P W
G a la x y P W
G a la x y
中文是“不间断电源”(uninterruptible power supply)
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The UPS solution: high quality and availability
H V s y s te m H V /L V tra n s fo rm e r
N o r m a l u tility p o w e r ( d is tu r b a n c e s a n d s y s te m to le r a n c e s ) U P S N o n - s e n s itiv e lo a d s R e c tifie r / c h a rg e r B a tte ry In v e rte r S ta tic bypass M a in te n a n c e bypass
U p s ilo n S T S
S T A T IC T R A N S F E R S W IT C H E S
C h . 4 p . 4 8
C h . 3
U p s ilo n S T S
L O C A L A C T IV E H A R M O N IC C O N D IT IO N IN G
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静态UPS的分类
• •
后备式 在线互动式
•
双变换在线式
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后备式
工作原理——
大多数基本类型的备份电源采用离线式或后备式技术，如上图表示。如果市电供给交流电 源，它直接通过UPS传输到所连接的负载。电池充电器把输入的交流电转换成直流电，维持电 池充电。如果市电故障，逆变器将电池的直流电转换成交流电供给负载。逆变器在大多数时间 里运行在后备方式，充电器仅保持电池充电状态的功率。一旦市电出现超出规定范围的变化， 逆变器从空载到100%负载供电时间在几毫秒之内逆变器从电池获得电能，直到电池 耗尽。这种技术通常称为“单重转换”，因为在任何的给出点，电源仅转换一次。 性能特点—— 市电利用率高，可达98%以上。输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。输出能力 强，对负载电流波峰因数，浪涌系数，输出功率因数，过载等没有严格限制。转换时间一般为 4-10ms。 由于它的低成本和高效率，这类UPS是保护家用计算机或备份的独立工作站运行非关键业务或 文娱活动设备应用的理想产品。 这类的许多产品还包括基本的浪涌保护，但并不提供任何真正的电源调节作用。
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UPS的两路电源无间断相互切换功能
三类供电
M1
UPS
M2 一类供电
输出
9
UPS的隔离作用
交流输入
交流输出
整流器
直流
逆变器
将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网干扰阻挡 在负载之前，既使负载对电网不产生干扰，又使电网中的干扰不影响载。
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UPS的电压变换作用
输入
电压变换
输出 220V 380V （稳压作用）
O．38
6、10 35、66 110
5
4 3 2
4.0
3.2 2.4 1.6
2．O
1.6 1.2 O．8
注1.220kV电网参照110kV执行。 2．表中THD为总谐波畸变率。
GB／T 15543—1995 三相电压 允许不 平衡度 (1)正常允许2％，短时不超过4％； (2)每个用户一般不得超过1.3％。
S in e W a v e
P M M
C h . 4 p . 5 5
H o p ita ls a n d c o m m e r c ia l
In d u s tr ia l p r o c e s s e s
C o m p u te rs a n d te le c o m m u n ic a tio n s
In te rn e t d a ta c e n tre s
1
为什么要使用UPS？
理论上讲，供电设备应提供固定幅值和频率的正弦波电压（比如低压配电系统中 400V，50Hz）。但实际的情况是，市电在额定值附近波动。在欧洲，EN 50160标准 定义了低压配电系统中正常的电压波动范围：
电压 +10%到-15%（一周内95%情况下必须在+10%之内）
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在线互动式
工作原理—— 在线互动式UPS技术提供相近水平的保护。同离线式技术有点相似，在线互动式产品采 用变压器或电感器串联在市电电源和负载之间，如图所示。这种串联式电感器提供一定程度 的电压调节，使UPS逆变器能够同输入电源“相互作用”（互动式名称的由来）。在多数情 况下，这种“双向的”转换器是恒定的电压装置，它用改变输出相位角去调节负载的变化， 由于相位角不能够快速变化，需要电池提供功率差，这会导致电池寿命的减少。在线互动式 产品的另一个限制是如果不由电池供电运行，它不能完全地使输入电源隔离负载。公用电源 的干扰、频率上的干扰和其它电源的异常情况可能直接传送到关键负载上，因为它不是完全 的电气隔离。 性能特点—— 当市电存在时，市电利用率高，可达98%以上。输入功率因数和输入电流谐波取决于负 载性质。对负载电流波峰系数，浪涌系数，输出功率因数，过载等没有严格的限制。市电掉 电时，输出有转换时间，但比后备式要小。由于它提供基本电压调节和它的标准结构中包括 更先进的通信能力，在线互动式UPS作为选择考虑成本-效率因素来保护关键的工作站和中 小型网络配置时得以应用。如果认为采用一个更高级的集中式电源解决方案不值得的话，它 也不失为一种好的解决方案。
380V
400V
415V
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UPS的频率变换作用
输入
频率变换
输出
50Hz （稳频作用）
60Hz
50Hz 400Hz
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UPS的后备功能
交流输入
负载
整流器
逆变器
电池
UPS带有电池，贮存一定的能量，一方面在电网停电或发生间断时继续供电一段 时间来保护负载；另一方面在UPS的整流器发生故障时使用户有时间来保护负载。 按照用户的要求，后备时间可以是5分钟、10分钟、15分钟、30分钟(电池占UPS价 格的一半)、90分钟等，甚至更长。
GB／T 15945— 电力系统 1995 频率允 许偏差
(1)正常允许±0.2Hz，根据系统容量可以放宽到土 0.5Hz； (2)用户冲击引起的频率变动一般不得超过土0.2Hz
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电网存在的质量问题：
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使用UPS的目的
两路电源之间的无间断相互切换 隔离作用
电压变换作用
频率变换作用
提供一定的后备时间
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动态UPS
这一类UPS使用旋转机械来实现UPS的功 能，获得“旋转逆变器的功能”。 这一类UPS实际上是将一台高度简化的 静态逆变器与一个电动机-发电机结合在一 起。逆变器滤除市电的骚扰，同时只控制其 输出电压的频率(通常以方波的形式)，并为 电动机-发电机组供电。电动机-发电机组有 时还会与飞轮组合在一起。电动机-发电机 组产生以逆变器输出频率为参考的正弦波电 压输出。
u p to 3 2 0 * u p to 1 2 0 * L E D u n it 它是能够实现两路电源之间无间断地相互切换的电气装置 U P S R A N G E 4 .5 -1 2 k V A 5 -2 0 k V A 1 0 -3 0 k V A 3 0 -8 0 k V A 2 0 - 2 0 0 k V A u p to 8 0 0 * 1 6 0 -8 0 0 k V A u p to 4 8 0 0 * * P a r a lle l c o n n e c tio n
R E D U N D A N T D IS T R IB U T IO N
C h . 4
S y n c h r o n is a tio n m o d u le
P A R A L L E L C O N N E C T IO N O F U P S s
有时人们叫它“不停电电源”， 这种说法从专业上来说是不确 切的。因 为电源是能够提供 电能、实现其他能量转换成电 能的装置。UPS不能依靠能量 的转换来提供电能，因此从严 D IS T R IB U T IO N S W IT C H B O A R D 格意义上讲，UPS不是一种电 源。它只是提供一 种两路电 源之间无间断转换的机会， A P P L IC A T IO N S 这才是UPS设计的主要思想。 UPS的价格之所以昂贵，就是 贵在这种不间断切换的特点上。