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绿色模块化UPS供电方案2013年4月1一．先控介绍SICONGROUPS.r.l(意大利先控集团)成立于是1935年，是全球最大的生产电源集团之一，其研发基地座落在意大利Padova，主要致力于电子电源产品的科研与生产，是欧盟中唯一被授权的电源开发试验室机构，是世界公认的最具专业性、权威性的电源商之一。作为行业的领导者，先控始终关注、引导产品的发展方向，率先提出了产品“绿色、节能、环保”的新理念，即重视产品的“高效、节能、无污染”，并率先推出了新一代的模块化UPS电源系统。先控模块化UPS电源系统，采用业内领先的“模块休眠技术”及“内置分配电技术”，大大提高了产品的节能环保效果，居同行业领先水平。在服务中国的数十年中，先控集团为中国的政府机关、军队、通信、电力、交通、广电、金融、税务、医院、石化、工矿等行业提供了大量的产品服务，为用户提供了安全可靠的电力保障和全面的技术支持。为进一步服务好中国市场，先控集团在中国设立了亚太地区唯一的模块化UPS专业生产工厂—河北先控电源设备有限公司。作为先控集团在亚太地区的研发和生产基地，河北先控电源设备有限公司的产品不仅满足中国市场的需求，还出口到世界其它国家和地区。“绿色、节能、环保”是先控电源追求的永恒目标，创新是公司发展的强大动力。先控电源将秉承可持续发展的科学理念，携手社会，共创人类“绿色、节能、环保”的美好家园。2二．产品介绍CMS系列工业级模块化UPS电源，是先控电源遵循“节能、绿色、环保”的新概念而推向市场的一款高端模块化UPS产品，其不仅包含了传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器的装置，还具备智能型的电源保护功能，并且采用了平均电流控制整流技术、顺位主从同步控制技术、多级分散式控制技术和三阶正弦波逆变等多项新概念技术，在大幅提高了设备的可用性、可靠性的基础上降低了设备的投资、运营、维护成本。1．系统简介系统容量有100KVA、200KVA、300KVA、400KVA、640KVA多个系列，功率模块为10KVA、25KVA、40KVA、三个功率范围，用户可根据负载大小随意选择；系统为模块式结构，由静态开关模块、监控模块和N个功率模块并联组成，模块N+X冗余，根据用户需求进行在线升级扩容；最多可四套系统并机使用，满足N+1、2N、Δ2N多种供电方案要求；监控模块、静态开关模块和功率模块均可在线热插拔；系统可随需设定为1/1、1/3、3/1或3/3的进出线方式；采用无主从并联、多级分散式控制技术，无运行瓶颈、性能可靠；所有功率模块共享电池组；具有完善的电池管理功能：电池自放电功能、自动均浮充转换功能、温度补偿功能、自动均流功能；任一功率模块均具有输入、输出和充电功率的平衡分配功能；整机效率大于95%（AC-AC），逆变效率大于98%（DC-AC），输入电流谐波（THDI）小于3%，输入功率因数（PF）大于0.99；交流输入采用连续电流模式（CCM）运行，减少对电网干扰（RFI/EMI）；符合行业规范要求的外形结构，设备体积小，重量轻，可满足普通楼宇承重要求；3可选配输入、输出K值隔离变压器；手动维修开关、C级防雷模块、LAN、RS232、RS485/RS422通信接口、远程监控软件均为标准配置。2.性能特点CMS系列模块化UPS系统不仅具有并联冗余的特性，可以完全取代传统的1+1、2+1并机系统，而且是一个“绿色电源”方案，具有高输入功率因数、低谐波失真、高效率以及高稳定性和可靠性的优点，配合功能强大的监控软件及全面的通讯界面，适合精密设备及机构，尤其电信、电力行业的应用。冗余性CMS系统为并联冗余UPS电源，三进单出、三进三出、单进单出或单进三出多制式运行。系统由配电单元、系统监控、静态开关以及1~多个功率模块构成，功率模块可采用热插拔模式随意进行扩充、更换。CMS系统阵列中的所有功率模块平均负担系统负载，各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需系统监控对并联系统集中控制。任何模块发生故障后（包括系统监控），CMS系统的冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，实现最大程度的故障冗余，同时用户可根据需要选择超过一次容错率的冗余。扩展性CMS系统结构极具弹性，功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现“随需扩展”，让用户随业务发展实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。可用性CMS系统具有超强的并联功能，是高端UPS技术的领先代表，其平均无故障时间值（MTBF）是传统UPS的1.5倍，平均无重大故障值（MTBCF）是传统UPS系统的3倍，平均修复时间值（MTTR）在系统正常运行状态下仅需5分钟。灵活性CMS系统的电池组（±384V）由系统中所有UPS模块共享（包括充电和放电）。其可按用户需求使用一组电池或并联多组电池来增加系统备用时间。CMS系统采用灵活的电池接入方式，减少了电池电压和数量，提高了电池组的使用寿命。安全性CMS系统的功率模块采用三相五线输入。CMS系统在线运行时，无论三进单出、三进三出、单进三4出或单进单出工作方式，无论输出的负载是否平衡，输入市电的零线均无电流、无电压，因此可以满足各类关键设备对零地电压的安全要求。环保性CMS系统的PFC电路使用先进有源平均电流控制技术，可达到输入电流总谐波失真（THDI）只有3%，同时单位输入功因PF=0.99。线性负载条件下，极大降低电网污染，有效减少电网负荷和电源损耗，整机效率高达95%以上，大幅节省能源。管理性CMS系统内置完善的电源分析及多种通讯接口，配备智能化监控软件，通过各种通信接口与管理员进行双向互动沟通，使管理员随时对系统进行远程监控，对一些异常现象进行预处理，使系统始终平稳可靠运行。每个模块内部设置专门的充电整流器，可靠性高，无高频杂波，避免高频波对电池寿命的影响；避免电池在充电时过热，延长了电池的使用寿命。智能化的电池管理：提供电池自放电功能。对于长期无法进行电池放电操作的系统，可手动进行放电操作。放电过程设有多级保护，在活化电池的同时，保障负载安全。采用了先进的均、浮充转换技术，根据对电池充电电流的检测及电池容量情况的判断，自动进行均浮充转换，大大节省充电时间，活化电池，从而延长电池使用寿命。可根据环境温度的变化自动调节浮充电压，最大限度的保证电池的有效容量，延长电池使用寿命。采用可并联的自动均流的充电器，均流不平衡度5%，能够满足用户2小时的后备时间且10小时内电池容量达到90%的储备。维护性CMS系统采用了先进的UPS模块热插拔技术，单体模块可任意在线投入或退出并联单元，无需停电操作。实现了并联系统的在线维护，同时该操作无需专门的仪器和技术即可进行。2．系统原理框图53．运行模式a)正常模式正常模式即主路输入，UPS经过整流器与逆变器转换为负载供电，同时UPS整流器为电池充电，系统正常运行。6b)电池运行（非稳定状态）电池运行模式即系统无ACINPUT输入，或是交流输入出现异常时，电池能量经过DC/AC转换，系统输出，外设负载由BATTERY供电，系统处于电池放电运行。c)静态旁路静态旁路运行方式即系统逆变器出现过载、过温等异常情况，或手动静态旁路，或是手动关闭逆变器的情况下系统转由静态旁路供电。7d)维修旁路用户外设维修旁路开关，维修旁路须与UPS旁路使用同一电源，并且维修旁路与UPS旁路相序必须相同。系统维护，维修时，首先拨动手动旁路开关SA，使系统工作在旁路供电状态．然后合上Q6,外设负载由SERVICEPORWER供电，系统可退出运行。4．静态开关静态开关模块主要用于逆变输出和交流旁路电源之间的快速切换，以全面提高系统的供电安全性和可靠性。静态开关模块接收两组AC输入，选择一组输出，在线工作情况下，静8态开关将功率模块逆变输出连接到系统输出上，如果功率模块在某一特定时间内不能够提供足够的电压，静态开关将立即切换到旁路电源。静态开关采用混合型控制技术，由快速半导体器件（可控硅）和电磁接触器并联组成的高效AC开关，它既解决了切换时间问题，又提高了静态开关的抗冲击和抗短路能力，使系统的可靠性、稳定性大大提高。静态开关内部具备自检功能；互锁功能；系统输出异常保护功能；瞬间掉电保护功能；输出过载、短路保护功能等。它还具备UART通信功能，可与系统监控、模块单元进行通信，随时发送和接收工作指令及各种告警信息。系统静态开关面板示意图如下：静态开关上指示灯的显示由左到右，由上到下介绍含义：“Bypass”为旁路状态指示灯，旁路正常时，此灯亮；“LoadonBypass”为旁路输出状态指示灯；“Alarm”为旁路报警状态指示灯，无旁路、旁路不正常时，此灯亮；“Sync”为同步状态指示灯，逆变跟踪上旁路时，此灯亮；“Ready”为准备切换状态指示灯；“Run”为运行状态指示灯；“Reset”为复位键；9“Inverter”为逆变状态指示灯，逆变正常时，此灯亮；“LoadonInverter”为逆变输出状态指示灯；“Alarm”为逆变报警状态指示灯，无逆变、逆变不正常时，此灯亮。静态开关不仅是一种将负荷转移至旁路而没有任何电量损失的电子器件，它与系统监控配合还是系统的数据采集、系统管理单元，适用于以下情况下：a)手动控制旁路输出；b)手动关闭逆变器；c)超出逆变器的超载限制；d)超出内部温度限制；e)逆变器故障；f)直流欠压/过压；g)电池管理h)输入/输出数据采集与处理i)输出电压调节旁路电压转旁路时允许的电压范围及频率范围：电压范围：220V±30%(可在154V~288V范围内可调)；频率范围：±4Hz(可在±1Hz到±4Hz范围内可调)。5．系统监控系统监控位于机柜的偏上方，通过显示、操作面板，可以方便地了解系统的工作状态，查询参数及各种事件信息。系统安装完后，用户对系统的所有操作都可以通过监控器的操作面板完成。系统监控对系统数据采集由双核16位处理器完成。显示器采用240×64触摸屏，显示清晰靓丽，输入直观。外观简洁，菜单形式，功能操控便捷，操作简便灵活。反应速度快，节省空间，易于交流。系统监控可提供RS232、10RS485/RS422通讯接口，还有标配SNMP适配器进行远程网络监控及多路干接点输出。系统监控器分为两个区域：状态指示灯区、数据信息显示区。状态指示灯区通过LED的不同状态向用户提供简单的系统状态信息；数据信息显示区通过LCD显示屏向用户提供详细的系统状态信息；用户操作时，LCD显示屏都有相应的信息显示。且具备设置中、英文显示功能。系统监控面板分为：状态指示灯区：“Online”为逆变状态指示灯，逆变正常时，此灯亮；“Battery”为电池状态指示灯，当系统处于电池供电状态时，此灯亮；“Alarm”为故障报警灯，当系统出现各种故障时，此灯亮进行故障报警；数据信息显示区：显示结构图：总揽信息屏系统输入电池信息参数设置历史记录当前报警时间日期通信接口输入干接点电池管理开关机均浮充自放电模块信息系统输出事件记录输出干接点电池放电系统保护工作模式光标校准安全设置其他设置出厂设置6．功率模块功率模块采用多制式在线式双变换技术，将市电整流、滤波、稳压后变换为直流电，该直流电在为后级逆变电路供电的同时又对电池组进行充电和管理，后级逆变电路为一高效率的三阶正弦波调制电路，再将直流电重新逆变为交流电，为负载提供稳压、稳频、持续、可靠的电源。其交流输入为三相或单相市电，输出直流±384V为专用电池组充电,输出交流为三相或单相正弦波交流电压。11模块内部具有开机自检功能、交流输入过/欠压保护、交流输出过/欠压保护、输出过载保护、短路保护、过温保护、输出异常自动脱离保护、电池过放电保护等。模块具备通信功能，可与系统监控器进行通信，随时发送和接收工作指令及各种告警信息。CMS功率模块结构图模块内部具备完整的UPS功能，集整流、逆变、充电和控制于一体，不需要外接同步控制信号或其他控制手段，模块即可正常工作，减少了系统运行瓶颈，提高了可靠性。