UPS基础知识

UPS相关基础知识ZHENGZHUO集团理想的市电供电造成电源故障的原因“这么长的距离”从发电厂最终用户电力输送过程中对供电质量的的影响:•电站停机•高压电网•闪电•台风、洪水及人为破坏•变压器开关•配电柜开关•……..电源的质量同样受到用电设备的影响...电磁干扰UPSMotors造成电源故障的原因现实环境中的供电质量电源故障所造成的影响•突然断电的影响－用电设备停止运行–对计算机等相关设备造成的影响：•操作系统由于无法及时关闭打开的系统文件，保存系统内核配置到特殊的文件系统将会造成系统启动区文件损坏，系统配置文件损坏,系统崩溃，导致下次系统无法正常启动。解决方法：重新恢复配置文件，重新修复启动引导文件，重新安装(或紧急恢复)操作系统内核系统•应用系统及数据库系统无法及时将内存缓冲区内的数据真正物理记录到磁盘等介质上，关闭打开的数据文件将会导致数据丢失，文件损坏，应用程序及数据库系统无法正常使用。解决方法：重新安装(配置)应用系统和数据库系统，丢失的数据将无法弥补电源故障所造成的影响•突然断电的影响－用电设备停止运行–对计算机等相关设备造成的影响：•磁盘阵列等设备造成磁盘盘片划痕导致出现坏区(或坏道)，降低磁盘容量甚至磁盘报废，存储的数据损坏。解决方法：更换损坏的磁盘，损坏的数据将无法恢复(除非配有容错机制或有数据备份)•网络连接设备寄存器中的数据将全部丢失，网络传送的数据将出现无法预料的结构。解决方法：重新发送所有的网络数据电源故障所造成的影响•供电质量问题所造成的影响－–对用电设备硬件造成的影响：•设备部分部件损坏•设备出现误操作•设备工作异常，仪表、仪器精度降低–对网络系统造成的影响•网络设备硬件的损坏或老化速度加快•数据传送误码率增加，网络流量增加。网络速率越高，误码率越大•计算机设备死机UPS系统中断数据丢失或被破坏硬件损坏供电无中断数据安全硬件被保护UPS的作用-提高用电设备的供电质量市电市电早期的UPS系统(1)•电动机＋发电机＋惯性储能飞轮的动态UPS交流电动机市电供电交流发电机惯性飞轮储存动能负载主要应用与当时大型计算机系统的断电保护，惯性飞轮储存的动能带动交流发电机提供3～5秒种的电能，为计算机系统提供现场数据保存时间。缺点：能耗高，效率低，体积大，噪音高，保护时间短早期的UPS系统(2)•整流器＋电池＋电动机＋发电机的动态UPS直流电动机市电供电交流发电机负载主要应用与当时大型计算机系统的断电保护，电池的储能在断电时为直流电动机提供电能，从而带动发电机继续工作。缺点：能耗高，效率低，体积大，噪音高电池组整流器现代UPS的分类、结构及工作原理•后备式UPS系统(Offline)•线路交互式UPS系统(Line-Interactive)•在线双变换式UPS系统(Online)后备式UPS系统滤波器电池(充电中)+-逆变器DCAC电池充电器AC/DC负载转换开关浪涌电压吸收器市电供电•正常工作时后备式UPS系统滤波器电池(放电中)+-逆变器DCAC电池充电器AC/DC负载转换开关浪涌电压吸收器市电供电•电池工作时后备式UPS的主要特点•功率范围：100～1000VA•工作特点：对市电进行简单的升降压及滤波处理后直接供给负载，当输入电源不符合要求时才由电池供电。在绝大多数时间内负载使用的是市电或经简单处理过的市电供电。•优点：–成本低、部件少、体积小、效率高•缺点：–市电/电池供电转换时间：4～16ms–输出精度低、输出波形差、精度低•主要应用对象：单台计算机系统的断电保护线路交互式UPS系统滤波器电池(充电中)+-双向转换器（充电器）DCAC负载浪涌电压吸收器市电供电•正常工作时调压器线路交互式UPS系统滤波器电池(放电中)+-双向转换器（逆变器）DCAC负载浪涌电压吸收器市电供电•电池工作时调压器线路交互式UPS的主要特点•功率范围：0.7~20KVA，一般为0.7~6KVA•工作特点：对市电进行滤波及一次或二次调压处理后直接供给负载，当输入电源不符合要求时才由电池逆变出高质量的的正弦波电源供电。在绝大多数时间内负载使用的是经简单处理过的市电供•优点：–效率高、低成本、部件少、有滤波特性、输出电压较好•缺点：–市电/电池供电转换时间：4～10ms–输入频率影响大，暂态反应能量差•主要应用对象：中小型仪器仪表、单台或多台计算机及相关系统的断电保护双变换在线式UPS系统负载市电供电•正常工作时滤波器+-逆变器DCAC浪涌电压吸收器整流器ACDC转换开关双变换在线式UPS系统负载市电供电•电池工作时滤波器+-逆变器DCAC浪涌电压吸收器整流器ACDC转换开关双变换在线式UPS的主要特点•功率范围：0.7~1500KVA•工作特点：市电经过整流转换为直流，由逆变器调制出稳定的正弦波。•优点：–负载端与市电输入端处于优良的”电隔离“状态之中、输出波形良好、输出质量高、无论负载突变或负载稳定时均呈现优异的带载特性。•缺点：–效率低、成本高•主要应用对象：计算机及网络系统、精密仪器仪表、工业系统的断电保护不同类型UPS的对比功率范围(kVA)电压特性成本/VA效率逆变器总在运行后备式0-1低低非常高不在线互动式0.5-6基于设计中非常高不双变换在线式1-1500高高低是Delta变换式1-480高中高不参数技术转换时间4～16ms4~10ms04~10ms后备式在线互动式双变换在线式Delta变换式参数技术输出波形(市电工作)受输入影响大受输入影响大极好好输出稳定度±10%±10%±1%~±3%±3%UPS的基本配置方法•单机系统•串联冗余系统•并联冗余系统单机系统保护UtilityBattery)(串联冗余系统•基本结构)()(主机从机串联冗余系统•主机工作、从机备份)()(主机从机串联冗余系统•主机故障，从机工作)()(主机从机串联冗余系统结构的特点•结构简单，实现容易，无技术上的特殊要求•不需要额外控制/通信部件，成本相对较低•无机型和容量上的特殊要求，不同功率、不同型号的UPS可组成冗余系统•利用率低•主机、从机老化不一直•主机/从机切换时可能出现4~10ms的切换时间•对从机逆变器的带“阶越性负载”的能力要求高•可扩展能力差并联冗余系统•基本结构)()(UPS1UPS2并联冗余系统•并联工作)()(UPS1UPS2并联冗余系统•并联工作(故障脱机))()(UPS1UPS2N+X并联冗余系统)(UPS1UPS2)()(UPS3并联冗余系统结构的特点•结构复杂•需要额外的并机部件，成本增加•对UPS型号和功率有特殊要求•各UPS作用和功能相同，无主次之分，共同承担负载•对负载实现极为可靠的保护，保护等级高•可扩展能力强6-p整流电流谐波电压谐波整流器影响其它用电设备•电网中的谐波电流导致谐波电压–电压源的阻抗决定了谐波电压等级IGBT整流技术的益处0.99输入功率因数对电网没有不利影响–5%输入电流谐波–电缆，变压器，开关，发电机等无需增容。–不需要额外的滤波器–降低其它设备的故障率.IGBT整流•输入电感•6个IGBT和串连二极管•惯性二极管•直流电感电流市电的每一个周波等分为6个部分，电流在每一个周波中从一个IGBT中流出，该IGBT持续导通，其它相的反极相的IGBT则脉冲开关导通。•在开关脉冲之间的T0,时间段，电流通过一相的IGBT和续流二极管流动。•Theswitchingfrequencyoftherectifieris5kHz.•Eachsectionhasit’sownpredeterminedgatingpatternfortheIGBT’s.•IneachsectionthepulsewidthforswitchingIGBTincreaseswhenvoltageincreasesandviceversa.Seepictureaboveforonesection.•Whenavoltageofeachphaseapproachespositiveornegativepeak,pos.orneg.legIGBTisturnedoncontinuously.ThecurrentisthenregulatedbytwootherswitchingIGBT’s.(-I1=I2+I3)IGBT的开关模式IGBT的开关模式同步技术•同步通过每秒10000次的对输入市电相电压的矢量计算，每个周期200次。•每次同步计算后，确定正确的驱动信号。•驱动模式紧紧跟随市电。•正因为如此，整流器的电流波形和电压波形完全一致，所以整流器具有与市电相同的输入功率因数。脉宽调节•Onedutycycleconsiststhreetimeconstants,T0,T1andT2.•TheratioT2/T1remainsconstantforeachpulse.•TheT2/T1ratiobetweenpulsesispredeterminedandnotregulated.•ToregulateDClink,thepulsewidthisadjustedbychangingT0.SmallerT0causeshighercurrent/energyflowtoDClinkandviceversa.•DuringT0noenergyissuppliedtoDClink.脉宽调节•整流器通过电路控制稳定直流电压。如果直流电压太低，直流电流的参考值就增加，反之亦然。•直流电流参考值不会超过设定上限。•所以输入电流的最大值受整流器的电流稳定度限制。全部受“坚果”的保护•整流器的驱动模式跟踪市电。•IGBT的工作周期通过直流电压调整。（反馈）•整流器运用高速矢量同步技术保证0相移。•输入电流波形跟踪输入电压波形。•同相位产生市电一般的功率因数-0.99。•从市电端看，整流器相当于纯阻性负载。好处•0.99的功率因数等同于低输入电流。•电缆，开关的费用跟着下降。•高输入功率因数和低谐波意味着不用增加发电机的容量。•低谐波分量减少变压器和电缆的损耗。•对市电干扰低，不会影响其它负载。•不需要额外的谐波滤波器。•对功率因数校正装置没有负面影响。UPS的安装•空间布局－－预留检修，维护的空间•UPS前面60CM，后面40CM•空间布局－－预留冷却空气流通空间•UPS顶部60CM～100CM•走线方式－－上进线•简单，明了，维护方便，可以轻松实现平行布线，干扰少。•走线方式－－下进线•节省电缆UPS的日常维护•5年内的日常维护•保持洁净度－－及时除尘，更换过滤网•注意UPS间的通风和环境温度－－20°C最好•注意电池的环境温度－－20°C最好•温度每上升10°C，元器件老化加速一倍UPS的日常维护•5年以上的定期维护•检查风扇－－声音，转速。•电容－－容量•电压－－输出电压是否稳定，是否有电压上升•及时更换容量下降的电容•电池－－测量电池的均匀性•电池－－测量电池的内阻•及时更换电池