UPS入门知识介绍

UninterruptedPowerSystem不间断供电系统美国电力转换公司今日议题•UPS电源的市场情况•UPS电源基本分类•UPS基本配置方式•设计/维护电源系统中的一些问题•行业新技术/发展方向•讨论今日议题•UPS电源的市场情况UPS电源的发展历史UPS电源的发展历史1,第一代动态UPS电源交流电动机交流发电机惯性飞轮负载市电1946年，第一台电子计算机问世。UPS电源应运而生UPS电源的发展历史2,第二代动态UPS电源整流器直流电动机交流发电机负载电池组市电UPS电源的发展历史3,第一代静态UPS电源－传统双变换UPS负载电池组市电整流器/充电器逆变器UPS电源的发展历史3,第一代静态UPS电源－传统双变换UPS负载电池组静态旁路维修旁路市电整流器/充电器逆变器在线式－onLine后备式－offLine在线式定义逆变器一直在工作，监视并参与对输出电压的调整，市电掉电时输出电压切换时间为零UPS基本功能定义后备式UPSWhatisaUPS?定义１，市电正常时，逆变器不工作２，市电掉电时，逆变器工作,输出电压存在切换时间InputvoltageOutputvoltageUPS在线式UPSWhatisaUPS?InputvoltageOutputvoltage定义１，逆变器始终监视并参与对输出电压的调整２，输入电压掉电时，输出电压不存在切换时间RAMERICANPOWERCONVERSIONSilconDP300Eon-lineWhatisaUPS?静态UPS中的不同电路结构介绍后备式：结构简单、功率小、成本低、适合家用和低端商用系统在线互动式：结构简单、功率中等、输出品质好、适合家用和商用系统三端口（在线）式：非线性调整原理、大功率、商用系统、但输入特性差双变换在线式：结构复杂、大功率、商业和工业应用、输入性能较差、输出能力稍低Delta在线式：结构复杂、大功率、商业和工业应用、输入输出性能优越WhatisaUPS?后备式UPS输出转换开关ViVoutDCAC智能调压充电器组成：•逆变器;•充电器;•智能调压机构;UPSWhatisaUPS?后备式UPS特点：•单变换器;•输出电性能指标一般,但能满足负载要求;•UPS不对电网产生附加干扰公害,可靠性高;•主要用在小功率UPS领域功能：•市电正常时，UPS逆变器不工作，市电通过智能调压直接向负载供电，同时市电通过充电器给电池充电•市电掉电后，电池通过逆变器向负载供电•市电—电池转换时，输出电压存在转换时间WhatisaUPS?在线互动式UPSVinVout智能调压ACDC特点：•单逆变器，可双向工作;•输出电性能指标一般，但能满足负载要求;•UPS不对电网产生附加干扰公害;•可靠性高;•用于1—5KVAUPS功能：•市电正常时，UPS逆变器工作在整流状态，向电池充电，市电通过智能调压直接向负载供电;•市电掉电后，逆变器转为逆变状态，电池通过逆变器向负载供电;•市电—电池转换时，输出电压有转换时间，但小于后备式的转换时间UPS三端口(单变换)式UPS组成：•单逆变器/充电器•线性变压器•静态旁路VinVoutACDCUPS三端口(单变换)式UPSVinIinIivIoutVoutACDCVLIin=Iout+IivVLVoutVLVinØ三端口(单变换)式UPS特点：•在线式工作,输出电性能指标高•输入电路有50Hz工频电感，利用输入电压和电感电压的相移稳定输出电压，因此输入功率因数低•可靠性一般功能：•市电正常时，逆变器随时在监视并参与对输出电压的调整，是在线式UPS•市电掉电后，电池通过逆变器(处于单向逆变状态)向负载供电•市电—电池转换时，输出电压没有切换时间•逆变器故障时，市电转旁路向负载供电传统双变换在线式UPSDCACACDC特点：•双逆变器;•输出电性能指标高;•输入端AC—DC变换器是整流电路,对电网产生严重的干扰公害;•两个变换器始终在100%负载功率下工作，整机效率低，输出能力有局限，可靠性一般功能：•市电正常时，市电经过AC—DC和DC—AC两次变换后向负载供电，DC—AC随时在监测并参与对输出电压的调整，是在线式工作•市电掉电后，电池通过DC—AC逆变器向负载继续供电•市电—电池转换时，输出电压没有切换时间•当负载过载或逆变器故障时，市电转旁路维持向负载供电VinVoutUPSRAMERICANPOWERCONVERSIONACDCACDCVinVout特点：•双逆变器•输出电性能指标高•逆变器随时都交替工作在整流和逆变状态•对电网输入端不存在任何干扰公害•市电存在时，两逆变器都工作在轻载状态，效率高，输出能力强，可靠性高功能：•市电正常时，市电经第一个逆变器线性补偿后向负载供电，两个逆变器随时在监视并参与对输出电压的调整，是在线工作;逆变器(II)同时负责吸收负载电流的无功和谐波成份，保证输入电流为正弦波;•市电掉电后，电池通过逆变器(II)向负载供电;•市电—电池转换时，输出电压没有切换时间;•负载过载或逆变器故障时，市电转旁路向负载供电高频双向变换串并联补偿式—Delta逆变式后备式在线互动式三端口式传统双变换式串并联补偿在线式逆变器个数11122逆变器工作状态冷备用热备用在线在线在线调压方式智能线性调压智能线性调压输入输出相移调压逆变调压逆变调压输入功率因数不附加失真不附加失真最低（与负载无关）低（与负载无关）最高0.99（与负载无关）输出性能指标一般一般高高高市电故障转换时间10ms4ms000逆变器可靠性高高低低较高输出能力强强强一般强效率高高高一般高各种结构形式UPS的区别UPS的典型配置方式单机配置双机/多机并联配置–独立电池方式–共用电池方式UPS与柴油发电机的组合配置双总线配置单机形式市电负载DP300ESBP配电盘电池架MCCB/保险丝单机系统单线图市电SBPMCCB/保险丝电池Q003Q002Q001负载DP300E配电盘并机系统1+1或N+1冗余并机系统提供高于单机系统的可靠性市电DP300EDP300ESBP配电盘MCCB/保险盒MCCB/保险盒电池架电池架负载并机系统单线图Mains市电SBPQ001aQ001bQ003Q002aQ002bQ004电池MCCB/保险盒DP300EDP300E负载配电盘共用电池组并联系统市电配电盘负载DP300EDP300ESBPMCCB/保险盒电池架共用电池组并联系统市电SBPDP300EMCCB/保险丝DP300EQ001aQ001bQ003Q004Q002aQ002b电池负载配电盘与柴油发电机/第2路市电的配合配电盘DP300EMCCB/保险盒电池架SBP电池架MCCB/保险盒DP300E输入控制板市电柴油发电机负载系统单线图市电SupplyG柴油发电机输入控制板SBPQ001aQ001bQ003Q002aQ002bQ004DP300E电池MCCB/保险盒DP300E负载配电盘端到端电源保护系统,实现99.999%的高可用性UPSA2480KVAQ2aQ2a+-UPSA3480KVAQ3aQ2a+-UPSA4480KVAQ4aQ2a+-UPSA5480KVAQ5aQ2a+-UPSA1480KVAQ1aQ2a+-PDUA2PDUA3PDUA4PDUA5PDUA6PDUA7PDUA8PDUA9PDUA10PDUA11spare1spare2XMERA,D-Y380/380V,50HzK20PDUA1,225KVAMSB1SBP1UPSA2480KVAQ4BQ2B+-UPSA3480KVAQ3BQ2B+-UPSA4480KVAQ2BQ2B+-UPSA5480KVAQ1BQ2B+-UPSA1480KVAQ5BQ2B+-PDUB2PDUB3PDUB4PDUB5PDUB6PDUB7PDUB8PDUB9PDUB10PDUB11spare1spare2XMERA,D-Y380/380V,50HzK20PDUB1,225KVAMSB2SBP2......B84B2B1TVSSB84B2B1TVSS......EQUIPMENTWITHSINGLEPOWERSUPPLYEQUIPMENTWITHDUALPOWERSUPPLYSUPPLYASUPPLYBREDUNDANTSWITCHRACK数据中心的双总线配电系统负载总量1600KVASourceASourceB配电柜A1配电柜B1UPSA区,4x400KVAUPSB4x400KVAUPS输出柜AUPS输出柜B机架No.1双母线冗余系统采用两套具有冗余的能力UPS系统进行供电双重母线冗余系统更高的可靠性要求，例如IDC数据中心可以满足单输入类负载、双输入负载的供电要求UPS的配置形式SUPPLYFROMPDUASUPPLYFROMPDUB单电源负载双电源负载SUPPLYASUPPLYBREDUNDANTSWITCH机柜......B48B2B1TVSS......B48B2B1TVSSPDUAPDUB单电源负载分配双总线供电系统的同步跟踪DieselGeneratorISUloadSTSISUUPSBlockAUPSBlockBUPS的配置与设计根据负载特性合理选择UPS类型–供电特点/频率敏感–当地电网特点实际可用性需求决定了UPS配置形式–可用性与可靠性–电池结构配置电池配置柴油发电机与软启动其它附加装置的选择负载功率的计算（确定UPS功率）几个概念–线性、非线性负载–相移、负载功率因数–视在功率、有功功率、无功功率机房供电容量设计感性负载（滞后）容性负载（超前）时间t表示相应的相移角度，上例中的相移角度为90o电压电流电压电流tt相移视在功率=电压x电流[kVA]有功功率=电压x电流xPF（功率因数）[kW]PF=PowerFactor=有功功率/视在功率(视在功率)2=(有功功率)2+(无功功率)2有功/无功、视在功率电流和电压间没有相差功率电流电压电流和电压间有相差功率电流电压关于负载功率因数,IT公司如是说...HPHPNetserver,HP9000L-ClassIBMNetfinity/55008500r,AS/400,RS6000,S390CompaqProliantDellPoweredge4300/6300EMCSymmetrix3000/5000所有这些IT设备,输入功率因数已达到0.96或以上根据负载特性选择UPS类型供电特点–计算机类负载后备、在线互动、双变换在线、Delta均可–医疗、精密仪器、含有转动部件类双变换在线、Delta–具有PFC校正功能的负载UPS输出应为正弦波频率敏感当地电网特点确定UPS配置形式实际可用性要求决定配置形式–单机配置–并机配置–双总线何为可用性定义怎样设计?MTBF-MeanTimeBetweenFailure（平均无故障时间）MTTR-MeanTimeToRepair（平均维护时间）MTBFMTBF+MTTRA=提高可用性的途径MTBFRedundancy冗余MTBFMTTRModularizing模块化MTTRMTBFMTBF+MTTR(5min/yr=?)A=提高热更换能力增加冗余环节单机冗余热更换单机传统UPS两个单台大机并机模块化冗余热更换模块化未冗余提高可靠性的方法冗余并机形式‘1+1’并机系统‘2+1’并机系统‘3+1’并机系统‘4+1’并机系统UPS单机输出功率/负载功率UPS单机输出功率等于负载标称功率的100%UPS单机输出功率等于负载标称功率的50%UPS单机输出功率等于负载标称功率的33.3%UPS单机输出功率等于负载标称功率的25%UPS单机实际运行功率UPS单机运行功率等于负载标称功率的50%UPS单机运行功率等于负载标称功率的33.3%UPS单机运行功率等于负载标称功率的25%UPS单机运行功率等于负载标称功率的20%整个UPS系统最大输出能力200%负载标称功率150%负载标称功率133.3%负载标称功率125%负载标称功率整个UPS系统的MTBF为单台UPSMTBF的倍数145.33.1