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1、UPS应用,UPS结构分类 可靠性与可用性 全面的衡量UPS性能 Silcon UPS介绍 UPS电源配置方式介绍 IDC中UPS的应用 UPS的管理软件系统 UPS的维护,在线式on Line,后备式off Line,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UPS,What is a UPS ?,定义 ，市电正常时，逆变器不工作 ，市电掉电时，逆变器工作,输 出电压存在切换时间,Input voltage,Output voltage,critical,UPS,在线式UPS,What is a UPS ?,Input

2、voltage,Output voltage,定义 ，逆变器始终监视并参与对输出电压的调整 ，输入电压掉电时，输出电压不存在切换时间,Silcon DP300E on-line,后备式在线互动式三端口(单变换)式传统双变换式Delta变换式,UPS 主要电路结构形式,What is a 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,UP

3、S,后备式UPS,特点：在线式工作,输出电性能指标高输入主电路中有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,Vin Iin Iiv Iout Vout ACDCVin VL VoutVL Iin = Iout + Iiv,VL,三端口(单变换)式UPS,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15

4、KVA UPS,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,Vin Vout,智能调压,ACDC,在线互动式UPS,特点：双逆变器;输出电性能指标高;输入端ACDC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ACDC和DCAC两次变换后向负载供电，DCAC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

5、DCAC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,Uin Uout,传统双变换在线式UPS,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

6、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,各种结构形式UPS的区别,高可用性的含义,99%的可用性意味着： 每年平均 3.65天的宕机时间 99.9%的可用性意味着： 每年平均 8.76小时的宕机时间 99.99%的可用性意味着： 每年平均 53分钟的宕机时间 99.999%的可用性意味着： 每年平均 5.3分钟的宕机时间 99.9999%的可用性意味着： 每年平均 32秒的宕机时间,电信级电源可用性要求不低于 5个9 ！,客户真正得到的可用性,MTBF-Mean Time Between Failure （平均无故障时间）MTTR-Mean Time

7、 To Repair（平均维护时间）MTBFMTBF+MTTR,A=,平均无故障时间&平均维护时间,UPS在整个寿命期内是间断服役的！,T(年),正常运行,故障维修期,正常运行,故障维修期包括以下阶段,T(小时),UPS维修过程,UPS发出故障报警,管理人员发出维修要求,维修人员响应时间,实际维修时间,维修完成，UPS恢复正常使用,UPS 正常的工作周期,提高可用性的途径,提高平均无故障时间（MTBF） 采用新功率器件、更高的效率、低自身损耗 高速控制芯片、更合理的控制软件 降低故障维护时间（MTTR） 降低UPS故障-发出维修要求之间的时间 采用完善的网络监控管理、故障通知体系 厂家努力缩短

8、反应时间 UPS采用模块化、热插拔、冗余等技术降低维修时间,电源阵列,国际发展趋势 电源阵列 ！,提高可靠性的方法,可热更换模块意味着被保护的设备有100%的运行时间意味着用户能够在负载不断电的条件下更换电池及电子模块,数据中心设备的高可靠电源保护,Matrix UPS系列,可靠的冗余性,高可靠性容错：采用APC独有的支持热交换的容错技术,Symmetra 电源阵列,输出能力和可靠性 高效率 强劲的输出能力,满足负载要求： 向负载提供纯净的 高质量电源,智能管理 通讯功能,对电网适应能力： 适应电网环境 不对电网形成污染公害,如何衡量一台UPS性能的优劣,电网电压存在的问题,电网电压低,电网电

9、压高,电网故障掉电,电网电压存在的问题,尖峰干扰,综和干扰,谐波干扰,UPS,计算机类（开关整流电源）负载的实际电流波形,从严格的意义上来说，不存在计算机用的不间断交流电源 计算机类（开关整流电源）负载的输入电流中含有大量的谐波成分!,负载是否会造成干扰呢？,各种电路结构UPS输入电流波形比较,各种电路结构形式对电网污染的比较,UPS输入参数组,输入电压范围 220/380V -15%+10% 输入频率范围 50Hz 4% 输入功率因数 0.8 额定线性负载 输入谐波电流 5% 旁路输入电压范围 可根据电网实际调整,满足负载要求： 向负载提供纯净的高质量电源,后备式 基本满足PC机、低端负载的

10、要求 在线式 输出电压 220/380V1% 输出电压波形失真 3%(线性) 5%(非线性) 过载能力 10min125%,10S150% 输出频率 市电同步，50Hz0.1%(电池) 效率 90%,可靠性的衡量,平均无故障时间 MTBF 可作为衡量可靠性的一个重要指标 各厂家采用的计算方式不同，难于进行比较 如果不知道平均无故障时间MTBF，或者厂家提供的MTBF数据是不可信的，那么可用厂家提供的UPS输出能力指标来判定其可靠性，这些指标包括： 输出过载能力； 输出电流峰值系数； 启动负载时输出电流浪涌系数； 输出功率因数； 整机工作效率。,监控管理能力,本地管理 RS232接口、本地监控软

11、件 远程管理 局域网、广域网管理能力 与各种网管平台的集成 与计算机网管平台的无缝连接 安全性 电源的网络管理应具有严格的权限规则，从硬件方式防止非法操作,美国APC Silcon UPS产品系列 性能更优越的在线式UPS Delta逆变技术,高频双向逆变技术 主电路串并联补偿结构 纯在线功能 UPS新技术发展方向,最低的安装成本 最低的运行成本 最高的性能,Delta逆变器电路技术背景之一,电力综合调节装置-Customer Power,用途：服务于配电网、全面、综合地提高配电网的供电质量 功能： （1）。补偿负载侧无功和谐波电流（2）。补偿不平衡负载（3）。在网侧电压波动（电压幅值和波形）

12、情况下，维持负载侧电压恒定和正弦波输出（4）。抑制网侧谐波电压（5）。当内部配置储能装置（超导储能或蓄电池）时，可对电网进行有功调节、夜间储能进行峰荷调节。（6）。在配有蓄电池的情况下，就是性能非常全面的UPS 国外已装机容量：20兆伏安,Silcon DP300E 主电路框图,DP300E UPS主电路结构图,输出零线,三相 输出,主逆变器,Delta 变压器,Delta逆变器,输出接触器,旁路静态开关,主电路静态开关,输入接 触器,输入零线,输出滤波器,输入滤波器,主逆变 低通滤 波器,Delta 低通滤 波器,电池,低通储能滤波,L,C,L,C,L,C,L,C,L,C,C,L,三相 输入

13、,Silcon DP300E 主电路框图,=,逆变器,Delta,主逆变器,控制并稳定输出电压,是一个低内阻正弦波电压源给电池充电市电掉电时,向负载供电市电正常时,补偿负载电流中的无功和谐波成分,控制输入电流,是一个高阻正弦波电流源 控制电流充电 补偿输入电压,保证输出电压稳定不变 控制调整输入功率因数,Silcon DP300E 主电路框图,=,逆变器,Delta,主逆变器,N,L,DP300EUPS原理电路图,Delta逆变器主逆变器高频滤波器静态旁路开关主电路开关50HZ信号发生器及同步电路,Bypass SSW,=,=,=,PWM,PWM,Sync.,APC Silcon DP300E

14、 绿色电源,直达 97% 之效率,输入功率因数自动调整到近似为1,不对电网产生任何干扰（电流谐波成分小于3%）,满载输出能力等效于KW，即KVA=KW,200% 超载时，运行60秒的过载能力,纯在线工作，高性能输出指标,柴油发电机的最佳配置,性 能 更优 越 的在 线 式 UPS,可扩充的容量/冗余结构,接近真实电网的输出能力,*,Silcon大型UPS的卓越功能,采用高频双向逆变技术和串并联电路结构Delta逆变技术;,20世纪90年代最新技术,代表着UPS电路技术的发展方向;,是对传统双变换在线式UPS重大改进,是性能更优越的在线式UPS;,保留了传统双变换在线式UPS的全部高性能指标;,

15、对传统双变换在线式UPS在对电网干扰和输出能力方面的七个指标做了重大改进,*,保留了传统双变换在线式UPS的全部 高性能输出电性能指标,改进传统双变换在线式UPS的部分 缺陷与较低的电性能指标,1 = 输入电压 2 = 输入电流,传统双变换UPS在线,1,2,输入功率因数：0.8 输入电流谐波成份:30%,消除了对电网的污染公害,输入功率因数：0.99 输入电流谐波成份:3%,Silcon DP300E 输入-输出 效率,效率：节 省 能 源效 率=可 靠 性,97%,Silcon P300E,UPS,传统双变换,强劲的过载能力,D P 3 O O E,传 统 双 变 换,200 % 过载能力

16、,150 % 过载能力,输出电流峰值系数,D P 3 0 0 E,传 统 双 变 换,5 ：1,3 ：1,直接启动负载能力,D P 3 0 0 E,传 统 双 变 换,直 接启 动,转旁路启 动,输出功率因数,D P 3 O O E,传 统 双 变 换,输出功率因数=-0.8-+0.9,输出功率因数=0.7,在线性负载情况下,K W = K V A,在线性负载情况下,K W = 0.7 K V A,输入电压谐波被抑制掉，使其无法传到输出端；输出电流谐波被补尝掉，保证输入电流为正弦波，输入功率因数为0.99，输入电流谐波成分3%。,CH 1: 输入电压 CH 2:输入电流 CH 3: 输出电压

17、CH 4: 输出电流(100% 计算机整流负载),CH1：输入电压 CH 2：输入电流,双向抗干扰功能（一）,逆变器 （I）,逆变器 （II）,甚高频滤波器,甚高频滤波器,中高频集中 参数滤波器,中高频 中参数 滤波器,低频直 流储能 滤波器,双向抗干扰功能（二）滤波电路环节,电池,双向抗干扰功能（三）甚 高 频 干 扰,电池,双向抗干扰功能（四）高 频 干 扰,电池,双向抗干扰功能（五）逆变器输出波形集中参数滤波器,电池,双向抗干扰功能（六）负载端脉冲电流的动态过程,电池,电池,负载谐波电流的补偿,A C,D C,A C,D C,Iin,Iout,Iinv,1,线 性 负 载,2,非线性负载

18、,电磁兼容性能检测（一）,检 测 种 类：广电部入网检测 检测单位：中国计量科学研究院 检测编号：WXsc2000-0307 文件编号：（95）量认（国）（Z0116）号字 检测日期：2000，3，28 产品型号：DP340 DP310,合格见附图,检 测 种 类：广电部入网检测 检测单位：中国计量科学研究院 检测编号：WXsc2000-0307 文件编号：（95）量认（国）（Z0116）号字 检测日期：2000，3，28 产品型号：DP340 DP310,电磁兼容性能检测（二）,合格见附图,电磁兼容性能检测（三）,标 准 要 求,频 率 范 围MHz,30-230,230-1000,B级,A

19、级,准 峰 值 限 值 abv,30,37,检 测 结 果,符 合 A 级,符 合 A 级,40,检 测 项 目,辐射骚扰检测,dbv,检 测 种 类：广电部入网检测 检测单位：中国计量科学研究院 检测编号：WXsc2000-0307 文件编号：（95）量认（国）（Z0116）号字 检测日期：2000，3，28 产品型号：DP340 DP310,合格见附图,47,油机的最佳配制 （一）-输入电流谐波影响,100 kW,Silcon DP300E,谐波 3%,1.3倍,100 kVA,Legacy UPS,谐波 30%,2-4倍,油机的最佳配制 （二）-输入电流谐波的影响,CH 1:UPS 输入

20、电压 CH 2:UPS 输入电流,油机输出负载为纯电阻性负载,功率因数为0.99，输出电流谐波成份3%,油机的最佳配制（三）-负载慢启动,UPS ：Silcon 480KVA/480KW油机 ：625KVA/500KW慢启动时间：10秒，2HZ/S负载：500kW，负载变化：0100%油机频率变化：0.25HZ,注意：输入电流逐渐加，经过80-100ms后。才达到稳定值,油机的最佳配制（四）-负载突变过程波形,0-100 % 负载变化,100 %-0 负载变化,注意：输入电流逐渐减小，经过80-100ms后。才达到稳定值,Io,Io,Ii,逆变器功率强度比较,D P 3 O O E,传 统 双

21、 变 换,DP300E 系列 UPS 最多9台并机运行 扩 容 冗 余最大功率可达 480KW X 9 = 4.32 兆瓦,并 机 运 行 高可靠系统, 同 频 同 相 均 流在满载情况下，均流度 1%,并机冗余方式,UPS选配中需注意的事项,维修旁路 隔离变压器 防雷设备,UPS旁路系统,主机已内置静态旁路开关 外置维修旁路的作用： 故障时的系统应急供电 为UPS维修提供隔离 通过与主机的通讯，避免误操作 维修旁路开关 实质是一组开关柜（大功率UPS系统中 ） 由开关和母排组成 可以由客户在配电系统中实现其主要功能 但无法与UPS智能通讯,UPS维修旁路,单机型维修旁路 由3个开关组成，开关

22、容因主机容量而异 包含UPS的输入、输出开关 需进行面积、承重校核 并机型维修旁路开关 N+1冗余型维修旁路 具有冗余能力，总输出容量小于所有单机容量之和 增容型维修旁路 系统的输出容量为所有单机容量之和 维修旁路开关的选择应一步到位，以满足系统发展的需求 包含所有UPS的输入、输出开关 需进行面积、承重校核,隔离变压器,隔离变压器的作用 使供电系统与上一级隔离（相线、零线） 具有一定的浪涌吸收能力 无法实现对人员安全保护方面的功能 无法隔离高频、差模干扰 在大功率UPS系统中隔离变压器仅具有隔离功能 解决零地电压问题 解决中性线隔离问题,隔离变压器,使用隔离变压器的其他原因 由于UPS结构不

23、同，必须在输出端加装变压器，将逆变器输出进行升压 采用全桥结构逆变器，必须使用变压器作为输出级 为了提高输入功率因数、降低输入谐波电流，在输入级加装12脉冲整流，需要输入隔离变压器,大功率UPS系统的特点,UPS系统包含完整的输入、输出配电系统 在配置方式上存在冗余、增容、多级冗余结构 在配电前端要求配置浪涌抑制、防雷装置 输出端牵涉较多回路的供电分配、布线问题 具有复杂的软件监控需求、往往牵涉多个平台，多种应用,单机系统 一般的可靠性,UPS的配置形式,UPS的配置形式,N+1冗余并机系统 较高的可靠性,UPS的配置形式,与柴油发电机配接的系统 较高的可靠性、性价比，满足长后备时间的要求,后

24、备时间一般在1小时以内 主机充电能力为输出功率的10%，后备时间不宜超过2小时，否则由于充电不足造成电池寿命缩短 采用多组电池并联，要求每组电池均可独立维修 地面承重：电池重量/容量比： 0.320.35Kg/AH 电池单位面积重量： 单层 400Kg700Kg/m2 多层时，倍增,电池的配置,电池的配置,并机系统中可以公用/分用 每组电池必须配置容量合适的电池直流断路器 电池放置场地应具有一定的通风条件,IDC应用实际案例,客户机房实际情况 3000平米机房 950个机架设备（2000VA/机架） 双路市电供电、后备柴油发电机 30分钟电池后备时间 UPS系统1+1冗余 所有机架采用双回路供

25、电,IDC应用实际案例分析,供配电方案 单母线分断、多路自动/手动切换,IDC应用实际案例分析,UPS选择 8台Silcon DP3480E 组成两组并机系统，互为冗余备份,IDC应用实际案例分析,网络管理方案 Silcon UPS配置Web/SNMP适配卡 机架内的关键服务器上安装PCNS软件 每个机架安装一个MasterSwitch，实现设备的远程电源管理,如果用户的UPS可以停机 环境及UPS检测 检查UPS工作状态是否正常，UPS参数显示值是否正常？ 检查UPS接线端子和机柜温度是否正常。 断开UPS所有报警及与计算机的连线 检查UPS的风扇工作是否正常。 如果客户未安装SBP旁路开关

26、，与客户协商是否可停机维护。 关闭UPS并断开所有输入电源。 确认UPS已处于完全关闭状态并可开始检查及维护。 等待约10分钟，清洁UPS。 UPS检测（不带电）： 检测交、直流电容组是否有明显的可目测的损坏或漏液。 检测UPS的印刷电路板及各板件插头是否正常？ 检测UPS内部所有的功率线路联接？,维护流程,外接电池检测 电池品牌_电池总数_ 目测电池柜，电池的联线，电池的端子是否有损坏或被腐蚀？ 断开电池与UPS的联接，记录下两组电池组的电压: Battery 1_;Battery 2_ 检测电池联接。 检测电池的温度。 检测电池的阻抗（如果电池的后备时间不足）。 UPS带电检测 为UPS送

27、上交流电， 在UPS正常运行时检测输入，输出，电池电压。 在UPS正常运行时检测输入，输出，电池电流。 在UPS电池运行时检测输入，输出，电池电压。 在UPS旁路运行时检测输入，输出，电池电压。 校准电池电压（两组）。 校准输出电压（三相）。,维护流程 (如果用户的UPS允许停机),放电测试 从电池的配置预测后备时间。 执行电池放电测试：电池运行时间_ 负载_ 记录下电池放电后电压。 最终测试 切换UPS返回正常运行，并重新接上所有的信号线。 检测UPS的所有参数是否符合此台UPS的配置和客户的要求。 将UPS的负载重新合上。 在带载的情况下测量UPS的输入零线上的电流。 在带载的情况下测量U

28、PS的输出零线上的电流。 如果用户有发电机，启动发电机执行测试。,维护流程 (如果用户的UPS允许停机),环境和UPS检测 检测UPS工作状态是否正常，所有的显示值是否正常？ 检测UPS的接线端子和机柜温度。 检测UPS的风扇是否工作正常？ 外接电池检测 电池品牌_电池总数_ 目测电池柜，电池的联线，电池的端子是否有损坏或被腐蚀？ 断开电池与UPS的联接，记录下两组电池组的电压: Battery 1_;Battery 2_ 检测电池联接。 检测电池的温度。 检测电池的阻抗（如果电池的后备时间不足）。,维护流程 (如果用户的UPS不能停机),UPS带电检测 为UPS送上交流电， 在UPS正常运行

29、时检测输入，输出，电池电压。 在UPS正常运行时检测输入，输出，电池电流。 在UPS电池运行时检测输入，输出，电池电压。 在UPS旁路运行时检测输入，输出，电池电压。 校准电池电压。 校准输出电压。 放电测试 从电池的配置预测后备时间。 执行电池放电测试：电池运行时间_ 负载_ 记录下电池放电后电压。,维护流程 (如果用户的UPS不能停机),最终测试 检测UPS的所有参数是否符合此台UPS的配置和客户的要求。 在带载的情况下测量UPS的输入零线上的电流。 在带载的情况下测量UPS的输出零线上的电流。 如果用户有发电机，启动发电机执行测试。,维护流程 (如果用户的UPS不能停机),秀康UPS故障维护流程,秀康UPS年度巡检流程,