UPS供电系统的设计与维护

结构设计中特别要注意的问题 漏电保护器
• 保护器的工作原理 • 电流型漏电保护器 • 如果发生了漏电，相 线、中性线的电流向 量和不等于零
结构设计中特别要注意的问题 漏电保护器
• 计算机与网络类设备 相地之间允许有电流 泄露 • UPS火线，零线，地 线上有抗浪涌，协波 电路漏电电流 • UPS的输出逆变器会 引起中线 N 有电流
UPS按工作原理分可分为
• 离线式（off line）
• 在线式（on line）
UPS按输入输出方式可分为
• 单相输入／单相输出
• 三相输入／单相输出
• 三相输入／三相输出
UPS按容量可分为
• 小功率 5KVA以下
• 中功率 5KVA－30KVA
• 大功率 30KVA以上
UPS按备用时间可分为
结构设计中特别要注意的问题 输入谐波电流
• IGBT整流技术的整 流器利用高频切换脉 宽调制电流，达到正 弦波式输入电流的目 的
结构设计中特别要注意的问题 输入谐波电流
输入功率因数 输入谐 波电流 （对电 网污染） 无功损耗 输入配置容量 与发 电机 组功 率匹 配比 输入电压 范围
6脉冲整流（滤波器）
• 零地电压的危害 • 零地电压对负载的影响，主要表现在三 个方面 ( 一 ) 引起硬件故障、烧毁设备。 （二）引发控制信号的误动作。（三） 影响通信质量，延误或阻止通信的正常 进行。
结构设计中特别要注意的问题 零地电压
• 零地电压的控制 • 平衡负载 • 降低接地电阻 • 选用绿色的，谐波干扰符合国家规定的用 电设备 • 选用有零地电压控制能力或零地电压升小 的UPS • 严格监管供配电的二次装修的电气施工 • 加装隔率变压器
尖峰
市电电源主要问题
• 电压浪涌 (power surges) 指输出电压有 效值高于额定值 110%，而且持续时 间达到一个或数个周 期，主要是由于在电 网上连接大型设备关 机时，电网因突然卸 载而产生的高压。
浪涌
市电电源主要问题
• 频率变化 (frequency variation) 指市电频率 的变化超过3HZ以上， 原因为：应急发电机 不 稳定运行，或由 频率不稳定的电源供 电所致。
市电电源主要问题
• 中断(power failure) 指市电中断并且持续 至少两个周期到数小 时的情况，主要由： 线路上的断路器跳闸、 市电供应中断、线路 中断等引起。
断电
市电电源主要问题
• 电压突降(power sags) 指市电电压有效值介 于额定值的80%至 85%之间的低压状态， 并且持续时间达一个 到数个周期，主要由： 大型设备开机、大型 电动机启动或大型电 力变压器接入等引起。
• • • • 容性 感性 阻性 计算机负载 功率因数为0.8 波峰系数 大于3：1
系统容量
• 系统容量指的是交流供电时，供电设备 所能提供的最大功率。UPS供电时额定 功率表示千伏安（KVA），发电机额定 功率是千瓦（KW）。伏安表示的是视在 功率，瓦表示的是有功功率。这在实际 应用中是有很大的区别的，只有在理想 情况下，它们的功率因数都等于1时，在 数值上是相等的。
结构设计中特别要注意的问题 零地电压
• 零地电压的形成原因 • 三相电源配电时负载不平衡 • 接地电阻不符合规范要求 • N线、PE线线径不够或断路 • 高频谐波引起电位升高电磁场干扰 • 使用UPS 、电子稳压器等电子供电设备无 零地电压控制能力 • 使用的插线板不符合电器标准
结构设计中特别要注意的问题 零地电压
开关机顺序
• 先打开UPS供电 • 避免启动时瞬间的电 流冲击 • 关机时的顺序正好相 反
实际放电时间
• UPS显示电池放电时 不准 • 在电池保养不当或老 化得情况下，显示时 间与实际后备时间会 有很大误差。 • 要注意校正
蓄电池
• 一个不间断电源 （UPS）系统中 • 要特别关注的蓄电池 • 免维护密封铅电池也 要维护 •
电池计算
• 计算公式: • 电池组提供的功率=UPS容量×UPS输出 功率因数÷UPS逆变的效率 • 每只电池提供的功率=电池组提供的 功率÷电池个数
发电机组与UPS功率匹配计算
• eKW = pf×KV.A • bKW = eKW / eff
• • • • •
KV.A=发电机的KV.A输出 eKW—电功率 bKW－发动机功率 eff－发电机效率 pf－相连接的负载的功率因数
• 标准型UPS备用时间为5-25分钟 • 长效型。UPS备用时间为1-8小时
UPS按结构形态可分为
• 塔式机 • 模块化
UPS基本结构
• • • • • 整流器 逆变器 旁通开关（静态/手动） 蓄电池组 控制监测系统
1. 工频UPS的基本电路结构
Bypass
市 电 输 入
AC DC DC
AC
对UPS未来发展的一些希望
• • • • • 智能化 数字化 高频化 冗余并机技术 绿色化
智能化
• • • • • • 实时监测 诊断故障 应急保护 自身维护 交换信息 中文显示
数字化
• 数字信号控制器 （DSP） • 数字化的霍儿传感器 件 • 多重微处理器冗余系 统 • 多运行模式预制
高频化
UPS供电系统的设计与维护
中国计算机用户协中国计算机用户协会 机房设备应用分会专家组 中国人民银行清算总中心高级工程师 王力坚
可靠的供电是稳定业务运行的 基本条件
• 电压和频率是衡量电力系统电能质量的 两个基本参数 • 在电能的传送和分配过程中，要求电力 系统供电安全可靠，停电次数少而且停 电时间短，电压变动小，频率变化小， 波形畸变小等。
0.65～0.80
27%～ 35%
20%～30%
1:1.25
1:2. 5
±10%
12脉冲整流（滤波器）
0.80～0.90
10%～ 15%
10%～15%
1:1.15
1:1. 5
±10%
IGBT高频整流
0.99
＜3%
＜1%
1:1
1:1
+15%～－ 30%
UPS使用中的注意要点
• • • • • 要给UPS一个良好的工作环境 注意UPS电源输出连接的安全 使用UPS的时候要计算负载的大小 要注意UPS的实际放电时间 要特别关注的就是蓄电池
• 破并联台数限制，把整机功率做大 。
• 把市场推广做上去，把价格水平降下来 。
模块化应用现状
• • • • • • 完全的模块化系统，无共用系统组件 目前单体模块容量最大达200KVA 高可靠性，N+1至N+m自动提供 在中国有最大的实际应用系统 不同功率的模块可同柜共用 每个模块可单独接电池，电池电压大范 围可调
模块化UPS构造分类
• 一类是功率模块 化的的UPS （APC公司的 Symmetra MW ）
模块化UPS构造分类
• 一类是完全模块化的 （ NEWAVE公司 CONCEPTPOWER 系列 ）
冗余并机对可用性的影响
单台可用度Ai(t) 1+1并机 1+2并机 2+1并机
A 1 1 Ai
结构设计中特别要注意的问题 漏电保护器
• 安装漏电保护器 ，对人员触电起不到保 护作用 • 安装漏电保护器 ，会引起误报警断电 • 勉强安装漏电保护器后，存在真正漏电 事故不能有效监控的潜在隐患
结构设计中特别要注意的问题 输入谐波电流
• 整流器都是UPS必不 可少的组成部分 • 为调压可控硅整流只 能斩掉一部分输入电 流 • 最大缺点就是对电网 的干扰问题
TN-C接地系统
TN-S接地系统
接地类型
TN -C-S接地系统 TT接地系统
接 地
机房接地原则：（1）等电位（2）共地 (3)宜 重复接地
供电 系统2
供电 系统1
负载 系统1
负载 系统2
负载 系统N
机架式模块化UPS与传统UPS 相比有相当大的优势
• 安装简单，扩容方便，节约投资 • 并联冗余，运行稳定，可靠性高 • 维修方便，在线更换，可用性高
一个良好的工作环境
• 工作温度是22℃左右 • 温度过底会使电池的 容量降低 • 温度过高也会导致 UPS工作不稳定 • 要注意在使用UPS时 的开关机顺序
连接的安全
• • • • 开关的分级 开关的除尘，测温 电缆安全 特别要注意的末级插 座
计算负载的大小
• 负载过大的危害 • 负载过小的危害 • 合理的负载应该控制 在50%到80%之间 • UPS输出负载控制在 60%左右为最佳
0.9 0.99 0.999 0.97
0.99 0.9999 0.999999 0.9997
0.999 0.999999 0.999999999 0.999997
2
A 1 1 Ai
3
A 1 1 Ai

2 3

模块化UPS的发展方向
• 提高功率密度，把单体模块功率做大 。
配置模式
• 集中供电方案 负载比较集中，集中便于 管理 • 分散供电方案 负载比较分散，且各负载 之间比较独立，对供电质量要求较高 可靠性高
： 两种方式的优缺点列表如下
供电方式 集中供电 分散供电
电源管理 容易 不易
布线要求 高 低
可靠性 较低 较高
成本 低 高
UPS单机供电方案
UPS双机串联供电方案
• 第一代UPS的功率开 关为可控硅 • 第二代为大功率晶体 管或场效应管 • 第三代为IGBT（绝 缘栅双极晶体管） • 体积 、效率 、动态 响应 、控制精度
冗余并联技术
• 模块化 • 热插拔 • 网络化
绿色化
• 绿色设计 • 绿色制造 • 绿色运行
谢谢！
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频率波动
市电电源主要问题
• 杂波干扰(noise) 指 射频干扰(RFI)和电 磁干扰(EFI)以及其 他各种高频干扰，如 马达的运行、断电器 的动作、马达控制器 的工作、广播发射、 微波幅射以及电气风 暴等。
电子噪音
市电电源主要问题解决方案
• • • • • 稳压电源 隔离变压器 飞轮稳压装置 发电机 UPS • 性能良好的UPS可提 供非常准确的电压稳 定度、频率稳定度， 能基本解决市电电源 问题
Output
负载
包括四个基本部分：整流/充电器、逆变器、电池组和旁路开关
2. 高频UPS的基本电路结构
静态旁路
整流器
升压电路
逆变器
负载
主 市 电
充电器
蓄电池
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UPS的配置
• • • • • • • 负载种类和特性 负载容量 电池计算 发电机组与UPS功率匹配计算 配置模式 供电方案 接地
负载种类和特性
UPS双机并联供电方案
UPS双机双母线输出方案
UPS 1＋1并机双母线冗余方案
UPS电源的作用
• 在线UPS能基本解决市电 电源问题 • UPS集电力电子技术之大 成 • 恶劣苛刻的条件下长期 工作 • 事故总数50～70%是由于 配电系统中其它环节人 为操作和维护问题引起 的
接 地
IT接地系统(浮空)
市电电源主要问题
• 电压起伏及闪烁 (brownout) 指市电 电压有效值低于额定 值，并且持续较长时 间，其产生原因包括： 大型设备启动和应付、 主电力线切换、启动 大型电动机、线路过 载等。
电压波动
市电电源主要问题
• 脉冲电压 (high voltage spikes) 指 峰值达6000v，持续 时间从万分之一秒至 二分之一周期 (10ms) 的电压，主要由于雷 击、电弧放电、静态 放电 或大型设备的 开关操作而产生。