UPS基础概念培训

GEDigitalEnergyUPS基本概念什么是UPS？电能质量国家标准摘要电网存在的质量问题UPS的分类UPS的基本组成部件功率因数UPS系统的组成GE数字能源-电源质量刘天宇——南区GEProprietaryInformation什么是UPS?中文是“不间断电源”(uninterruptiblepowersupply)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，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。MVLVGEMainLVSwitchboard(MLVS)LOCALACTIVEHARMONICCONDITIONINGSTATICTRANSFERSWITCHESLOADDISTRIBUTIONANDMANAGEMENTUPSREDUNDANTDISTRIBUTIONDISTRIBUTIONSWITCHBOARDAPPLICATIONSSOURCESDisplayFlywheelsPassivefiltersBatteryLEDunitMultiSlotUM-LinkSynchronisationmoduleModemTelemonitorSineWaveCh.5p.35Ch.4p.59Ch.2Ch.4p.48Ch.4p.55Ch.1p.24Ch.1p.45Ch.1p.50Ch.4Ch.3Ch.3UpsilonSTSUpsilonSTSComputersandtelecommunicationsIndustrialprocessesHopitalsandcommercialInternetdatacentresCometEXtremeCometS31GalaxyPWGalaxy1000PWGalaxy3000Galaxy4.5-12kVA5-20kVA*Parallelconnection10-30kVAupto120*30-80kVAupto320*160-800kVAupto4800*20-200kVAupto800*ActivefiltersPFCPMMCONTROLOVERUPSTREAMHARMONICSENERGYSTORAGETOTALACTIVEHARMONICCONDITIONINGBACKUPGENERATORFORLONGBACKUPTIMESCOMMUNICATIONINTERFACESHUMAN-MACHINEINTERFACESUPSRANGESineWaveCards:-U-Talk-SNMP-HID-USB-XMLWebcard...-drycontacts-JBus/ModBusPARALLELCONNECTIONOFUPSsUPS=VFI+BATGEProprietaryInformation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。电能质量国家标准摘要GEProprietaryInformation标准编号标准名称允许限值说明GB12325—90供电电压允许偏差(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％衡量点为供用电产权分界处或电能计量点GB2326—2000电压波动和闪变电压变动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：此标准为GB12326—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。系统电压等级LVMVHVPst1.00.9(1.0)0.8P1tO．8O．7(O．8)O．6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。电能质量国家标准摘要GEProprietaryInformation标准编号标准名称允许限值说明GB／T14549—93公用电网谐波各级电网谐波电压限值(%)(1)衡量点为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电压(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV电网参照110kV执行。2．表中THD为总谐波畸变率。GB／T15543—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％。(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72min，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。GB／T15945—1995电力系统频率允许偏差(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对测量仪器提出了基本要求电能质量国家标准摘要GEProprietaryInformation电网存在的质量问题：GEProprietaryInformation电网存在的质量问题：GEProprietaryInformation电噪频率波动断电谐波尖峰欠压过压电网中干扰的类别与比例GEProprietaryInformationUPS的作用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GEProprietaryInformationUPS的两路电源无间断相互切换功能UPS二路供电一路供电M1M2输出GEProprietaryInformationUPS的隔离作用整流器直流逆变器交流输入交流输出将瞬间间断、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。GEProprietaryInformationUPS的电压变换作用输入电压变换输出380V220V380V400V415V（稳压作用）220VGEProprietaryInformationUPS的频率变换作用50Hz50Hz60Hz输入频率变换输出（稳频作用）60HzGEProprietaryInformationUPS的后备功能整流器逆变器交流输入负载电池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15分钟、30分钟、1小时、2小时等，甚至更长。GEProprietaryInformationUPS的高质量及高可靠性供电HV/LVtransformerHVsystemNon-sensitiveloadsNormalutilitypower(disturbancesandsystemtolerances)StaticbypassMaintenancebypassInverterBatteryRectifier/chargerSensitiveloadsUPSReliablepower(nodisturbances,withinstricttolerancesandavailableduetobatterybackuppower)GEProprietaryInformationUPS的分类1.动态型（旋转型）发电机+惯性飞轮+直流发电机2.静态型后备式在线互动式双变换在线式GEProprietaryInformation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。GEProprietaryInformation18静态UPS-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。GEProprietaryInformation静态UPS-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。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。GEProprietaryInformation静态UPS-双变换在线式工作原理——对于大规模集中式的应用，真正在线式或称双转换系统见上图，提供最佳水准的保护。在这项技术中，整流器将交流输入电源整流成直流电，逆变器将直流电转换成洁净的交流供电给关键负载。连接到直流母线的电池在正常运行时处于浮充电。如果输入电源超出规定的范围，电池提供电源给逆变器和关键负载。RECTIFIERBATTERYSSMINVERTERLOADSQ1Q2Q4K3K6K7MANUALBYPASSAUTOMATICBYPASSINPUTMAINSINVERTERTRANSFORMERGEProprietaryInformation性能特点——•将关键负载和交流输入完全隔离。•逆变器总是在向负载供电：当输入电源中断时，输出电压没有瞬时的下降，因为逆变器总处在运行的状态，并总是由直流输入供电；•共模噪声防护：输出逆变器通常包括一个隔离