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UPS选型技术(培训资料)


UPS基本技术

电 源 故 障

市电的九种电源故障形式

电源断电

电压下陷

电源浪涌

持续欠压

持续过压

高频噪音

频率波动

瞬态切换

谐波失真

UPS
(Uninterruptible Power System)

UPS外在关联
监控通讯

市 电

UPS

负 载

电池

UPS内部基本结构

UPS功能及基本结构

UPS的主要功能
?

实现电网与用电器之间的隔离

?
? ?

实现两路电源的不间断切换
提供高质量电源 电压变换和频率变换功能

?

停电后提供后备时间

UPS类型
后备式UPS ? 在线互动式UPS ? 在线式UPS
?

后备式UPS工作框图

在线互动式UPS原理框图

在线式UPS原理框图

市电停电时工作框图

过载或故障时工作框图

UPS品质描述
UPS -市电:输入指标 ? UPS -负载:输出指标 ? UPS -电池:电池管理 ? UPS -用户:通讯监控 ? UPS -UPS:备份与扩容
?

UPS品质描述
UPS技术的发展
? ? ? ?

第一代UPS(90年前): 第二代UPS(90~95年): 第三代UPS(95~05年): 第四代UPS(05年后):

SCR整流+SCR逆变 SCR整流+GTR逆变 SCR整流+IGBT逆变 IGBT整流+IGBT逆变

UPS品质描述
?
? ? ?

UPS -市电:输入指标
输入电压标准及范围(220/380VAC±15%) 输入频率标准及范围(50HZ±10%) 输入功率因素(0.8~0.99) SCR型整流器: PF≈U浮充/?2UL IGBT型整流器: PF≈

U1I1 UL IL

Cos?

?

4、输入电流谐波失真(THD)(3~35%)

UPS品质描述
DC+

可控硅整流器
?每相可控硅在1/3周期导通.产生浮充电压: ? UF=3?2/?×UL×COS?=1.35×380×1=513V ? 输入电压范围:<±15% ?输入功率因素:0.8

A B C DC-

?谐波分量>30%
? 电池电压(32~35)X12V,逆变器效率低,输出必须配置隔 离升压变压器

UPS品质描述
6脉冲整流器
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 5 7 11 13 17 19 23 25 20 14 9 8 6 5 4 4

?每相可控硅在1/3周 期导通.产生奇次谐波 n=6k±1(K为正整数) ?谐波分量>30% ?发电机配比2.5~3:1

谐波分量

6脉冲整流器
6-脉冲整流器+无源滤波器(LC)

优点: –THD <10% 满载条件下 –简单可靠,可任意时候加装 –可提高功率因数

缺点: ?在特定条件下,无源滤波器会和电 网内阻发生谐振 ?抑制高次谐波效果差 ?效率降低 ?费用增加且体积增大

6脉冲整流器
6-脉冲整流器+有源滤波器(APF), -采用补偿原理向电网注入 与谐波电流相位相反, 幅值相同的电流.采用IGBT电路

优点: –THD <5% –不会发生共振现象 –不受系统阻抗变化的影响 –不受谐波频率变化的影响

缺点: ?电路复杂,MTBF(平均无故障时间)下降 ?EMI高,效率下降2% ?成本高

12脉冲整流器
+
至逆变器

B+ B-

0
L1 L2 L3

Y

逻辑控制

12脉冲整流器
12脉冲整流器

优点: –THD < 10% 满载 缺点: –需要两个整流器和一个移相变压器 –效率比较低2% –体积重量也增加

IGBT整流器
?

?
? ? ? ? ? ? ?

采用高频脉宽调制型IGBT整流器技术, 对电 网的适应能力很强。不带滤波器时输入功率 因数就可高达 0.99 优点: 输入电压范围:<±25% 输入功率因素:0.99 谐波分量<3%绿色电源 不会因加装滤波器而造成能量损失 U 机器重量轻--易于安装和运输 缺点: 整流器容量受现有技术条件所限(<200KVA) 稳定性不如可控硅整流器

I

?

IGBT 整流器

IGBT整流的

传统可控硅整流的 电流波形

电流波形

使用IGBT整流目的:
?提高输入端的功率因数≈1--使输入端电流尽可能接近正弦波 ?减少直流脉动和谐波干扰 ? 扩展UPS输入电压范围

柴油机 / UPS容量匹配
Pg-柴油发电机功率;Pu-UPS输入功率

UPS整流电路
单相全桥整流UPS

容量匹配Pg / Pui 3~4 2.5~3 1.7~2.3 1.6~2.2

6脉冲整流UPS 6脉冲整流+5次/ 7次谐波滤除器 12脉冲整流

12脉冲整流+11次/13次谐波滤除器 高频UPS(带cosψ校正)
IGBT PWM 整流

1.4~2 1.5~2.4
1.25

注: UPS并联系统前端发电机容量为单机1.8倍,用户投资条件允许发 电机组还应备有1.25倍的余量。

UPS品质描述
UPS -负载:输出/整机指标
? ? ? ? ? ? ?

?
?

输出电压标准及精度(220/380VAC±1%) 输出频率标准及精度(50HZ±0.01%) 输出功率因素(0.7-1) 输出过载/抗短路能力(125%额定电流,10min 150%额定电流, 60s ) 三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡<±5%) 动态响应(100%负载,瞬态电压波动<5%,恢复时间:≤20ms) 效率(90-94%) 噪音(50-75db) 环境指标(温度0~40℃) ,湿度,海拔<1000米)

UPS品质描述
UPS整机指标-效率计算
?

?

UPS各部件效率: SCR整流器99%;IGBT整流器98%、IGBT逆变器效率96%、 变压器效率98%,滤波器99% 传统UPS的效率:
SCR整流(99%)×IGBT逆变(96%)×输出TX(98%)=93%

?

12脉冲传统UPS的效率:
输入移相TX(98%)×双SCR整流(98%)×IGBT逆变(96%) ×输出TX(98%)=90%

?

新型UPS效率计算:
IGBT整流(98%)×IGBT逆变(96%)=94%

UPS品质描述
?
? ? ? ?

UPS -电池:电池管理
充电保护(过压及过流充电保护,温度补偿) 放电保护(关机截止电压设定及调整,自动脱扣) 电池智能化管理(检测和报警) 后备时间计算和显示:额定负载后备时间T 75%额定负载1.6T; 50%额定负载2.5T; 33%额定负载4T 充电能力及充电时间:10%~25%额达容量充电能力 充电时间计算:T=AH/I充电×?(充电效率80% )

?

?

UPS品质描述
?

UPS -用户管理:通讯和 监控
显示及控制

?

?

通讯功能:串口RS232/RS485;网卡;干 结点; modbus卡
监控:监控软件及网络监控功能

?

UPS品质描述
?
?

UPS -UPS:扩容及备份

串联备份 ? 并联备份及增容 ? 并联技术及指标 直接并联、公共旁路、模块化UPS、环流指标

UPS -UPS:扩容及备份
串联热备份
IBY IBY

IRE

Rect.

SSB Inv.

IRE

Rect.

SSB Inv.

IRP IB Batt SSI

IUG UNIT1

IRP IB Batt SSI

IUG UNIT2

UPS -UPS:扩容及备份
并联冗余或增容
IB Y

可实现:
SSB In v.

I RE

R ec t.

?
I UG

并联冗余工作方式 并联增容工作方式

IR P
IB Ba t t S SI

?

UN IT 1

IB Y

I RE

R ec t.

SSB

In v.

IR P IB Ba t t S SI

I UG UN IT 2

UPS -UPS:扩容及备份
公共旁路并联
可实现: ? ? 多台并联冗余工作方式 多台并联增容工作方式

UPS供配电系统
次要

UPS系统1
市电

单电源 负载

ATS
发电机

关键 双电源 负载

STS

关键 单电源 负载 次要

UPS系统2

单电源 负载

UPS分类和选择
? ? ? ?

工作方式:后备式、互动式、在线式 容量:小功率(1~10KVA);中功率(20~60K);大功率 (80~1000KVA) 适用环境:商业级、工业级、电厂专用、车载或船用 输出变压器:高频机,工频机

UPS市场和品牌
? ?

?
?

小功率:APC、Santak(山特)、Kestar(科士达)、PCM 中功率:Powerware、MGE、Emerson-Liebert、Delta、Santak 大功率: Emerson-Liebert 、MGE、 Powerware、 ChlorideSiemens、、 Socomec-Sicon、 GE-Imv、Best-Borri 其他常见品牌:科华(kelong)、冠军(champion)、易斯特 (East)、赛康、复华、优玛、宝合、四通、 Best、伽马创力、雷洛 士、Powerland(宝兰)、山顿(Sendon)、劲达(Deltec)、东芝 (Toshiba)、APC- Gutor(固特)、AEG(德国通用电气)、 Protect(普洛泰克)

UPS推荐和配置
? ? ?

容量及机型选择 电池计算及配置 配电部分:线缆及开关

UPS推荐和配置
?
? ? ? ?

容量及机型选择
用户负载量,冗余度 负载性质:IT类、电感性负载、使用环境-谐波、变压器 机房配电设计:进线方式 机型成本及竞争优势

UPS推荐和配置
?
? ? ? ?

容量及机型选择
用户负载量;UPS输出冗余度(70~80%) 负载峰值因素(3:1)不能超过逆变器过载能力 负载视在功率(KVA)不能超过UPS额定功率*功率因素折算系数 三相负载不平衡度<30%

UPS推荐和配置
?
? ? ? ?

工业级UPS
恶劣的电气和物理环境:供电线路电压/频率波动、浪涌冲击、峰值 下陷、高频干扰,环境温湿度不稳、粉尘、腐蚀等。 结构:输入输出双隔离、钢板机箱、高IP防护等级。 适用领域:钢铁、化工、电力、汽车、造纸、煤炭、石油、隧道 负载类型:重载机械、生产线设备、DCS系统等

UPS能耗指标
? UPS 工作损耗、通风量、空调配置

满载损耗(KW)=kVA ?Cos? ×(6~7.5%)空调制冷量
UPS容量 通风量 立方米/h 40KVA 80KVA 100KVA 160KVA 200KVA 300KVA 400KVA 600KVA 800KVA

2200

2400

2590

3500

3700

3900

4400

7500

9300

输出功率折算-海拔高度,海拔每升高100米降容1%(典型 UPS 工作海拔高度:1000米)
?
海拔高度 UPS输出功 率折算 1000米 100% 1500米 85% 2000米 79% 2300米 75% 3000米 69%

容量及机型选择
?

不同功率因数的负载UPS输出功率折算 UPS 输出PF-0.8型)

?(典型

负载 PF UPS 输出

-0.6 100%

-0.7 100%

-0.8 100%

-0.9 90%

1 80%

0.9 60%

0.8 55%

0.7 53%

0.6 50%

容量及机型选择
? ?

进线方式:上进线/下进线 选择优势机型,增加价格竞争力
40KVA 20、30、40 120KVA 80、100、120 60KVA 50、60 200KVA 160、200 120KVA 80、100、120 300KVA 250、300 200KVA 160、 200 400KVA 400 600KVA 500、600

PW技术功率 PW商业功率

galaxy技术功率 Galaxy商业功率

电池计算和配置
?电池计算:恒流计算法(放电速率)
放电时间 5m 放电速率C 2.7 10m 2.0 15m 1.5 30m 1.0 1h 0.6 2h 0.36 3h 0.26 5h 0.18 8h 0.12 20h 0.05

?近似计算法:适用于小功率,长时间配置

计算公式: kVA ?Cos? AH=

?(逆变效率)?电池只数?U平(单个电池电压) ?放电速率

市电停电时工作框图

电池计算和配置
?

精确计算:恒功率计算法
1.67V/cell<放电30分钟; 1.75V/cell放电30~60分钟; 1.83V/cell>放电60分钟

1、截止电压确定:

2、计算每个Cell电池恒功率数据:

kVA ?Cos?

W/cell=

?(逆变效率)?电池cell数

3、根据厂家恒功率放电数据表选择满足计算结果的电池规格

UPS推荐和配置
?
?

配电部分:线缆及开关
输入开关容量及线缆规格: 三相电工速算法: 输入电流(A)=1.8XKVA ,开关系数X1.2 单相电工速算法: 输入电流(A)=5XKVA ,开关系数X1.2 输出开关容量及线缆规格: 三相电工速算法: 输出电流(A)=1.5XKVA ,开关系数X1.2 单相电工速算法: 输出电流(A)=4XKVA ,开关系数X1.2 电池开关容量及线缆规格: 放电电流(A)=kVA ?Cos?/U电池电压 开关系数(X1.2) 电缆长度与压降:如70mm 线阻0.26?/km 零线及地线规格:零线=1~1.5倍相线,地线=相线

?

? ? ?

UPS推荐和配置
?
?

配电部分:电缆及开关规格
电缆额定电流简单算法

电缆规格 1/1.5/2.5 额定电流 X8A 4/6 X6A 10/16 X4A 25/35/50 X3A 70/95/120 X2.5A 150/185 X2A 240 X1.5A 300 X1.2A

?

空开规格: R10、R16、R20、 R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、 R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250

UPS推荐和配置
?
?

隔离变压器
高频机加装380V/380V输出隔离变压器:容量KVA=UPS KVA 选用△/Y0型隔离变压器,输出中性点接地, Y/Y型变压器旁路反灌 会造成DC电压过高危险。 UPS加装380V/220V输出隔离变压器: 输出容量损失20~30% 对逆变器有干扰反馈,选用效率高,干扰小变压器。

?

?

旁路隔离变压器:实现零线电气隔离。


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