UPS选择方案

Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 1 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 三种提高 UPS供电可靠性的技术方案 ■洛阳灵盾信息技术有限公司 改革开放以来，我国电力系统的建设存在无法满足各行业快速发展的要求，尤其是近年来出现 的全国性电力供应不足，导致大面积的拉闸限电，严重限制了数字化建设的步伐和质量。例如，很 多工厂由于限电无法全速运转，户外的无线通信业务由于停电无法正常运行，金融信息网络系统由 于电网质量导致数据传输变慢、异常或部分停业，政府的信息化建设工作由于停电不得不延期等等， 这一切说明电力系统的供电质量和可靠性对于数字化建设起到至关重要的作用。 因此，系统工程师在做数字化系统设计时必须充分考虑电源系统的可靠性。目前比较可靠的方 法就是采用高质量的不间断电源 UPS。UPS在电网正常时能够给各类信息化设备提供高质量的交流 电源，在电网异常时能够将后备电池组的直流能量转化为稳定的交流电源供给负载设备使用，并且 在电网掉电过程中可以保证输出没有“间断”，确保信息设备的安全运行。 大量的现场运行数据和理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 也表明，引进 UPS电源除了可以解决上述的交流供电中断的影 响外，还可以消除正常交流电网供电中的各种高频杂波、电压浪涌、陷落、瞬间断电等电力干扰对 信息设备的危害，保证信息网络时刻安全运行。 可见，为了保证数字化建设的顺利进行，采用高可靠的 UPS供电方案是最为有效的、高可靠的 电源解决方案。 本文将先介绍一下UPS的相关基本知识，然后再分析三种提高UPS供电可靠性的系统技术方案， 谨供系统工程师做电源方案设计时参考。 一、不间断电源 UPS的基本知识 1．UPS的基本概念 UPS是由整流器、逆变器、电池和控制电路等组成，能在有限时间里提供纯净、稳定波形的电 源设备。 UPS具有以下功能： ①电网电压正常时，除了输出纯净、稳定且连续不间断的交流电源外，还可以对电池进行充电， 储存后备能量。 ②在电网异常时(欠压、过压、掉电、干扰等)利用电池组的能量对用电设备提供不间断的交流 输出，“不间断”一般指输出电压波形为零的时间不大于 10ms。 因而，UPS可以保证计算机等信息设备即使是在恶劣的电网条件下也能安全正常运行。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 2 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 图 1、交流电网电压陷落 正常值 图 2、交流电网过压 图 3、交流电网断电 陷落 过压 断电 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 3 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 图 4、交流电网杂讯 2．UPS的分类及主要特点 从 UPS技术特点来看，UPS的分类一般以输出逆变器工作方式来区分，通常可分为后备式、在 线式两大类型。近年来也有将后备式电源中的一个特例独立出来，称之为在线互动式，但严格来说， 仍然是后备式一类。 从近年来 UPS的广泛使用情况看，UPS也从原先的户内使用逐步向全天候应用环境的方向发展， 出现了室内 UPS和室外 UPS的差别。户外 UPS主要在对环境温度的适应性、防潮湿、防水、防盗等 方面做了一个全面的质量提升，保证了 UPS在各种户外严酷的环境条件下正常工作。 以下仍然从 UPS的电路拓扑结构的角度来阐述一下 UPS的分类和技术特点。 (1)在线式 UPS： A、输出电压稳定性好 ±3% B、波形失真度小 THD<3% C、零中断 D、输入、输出能量形式全隔离 旁路开关 输出市电 EMI滤波逆变器整流器 电池 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 4 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 图 5、在线式 UPS原理框图 (2)后备式 UPS： A、电网正常时的整机效率高>95% B、电网正常时无噪音 C、切换时间<10ms D、价格较低 逆变器 电池 充电器 交流稳压 切换开关 EMI滤波 市电 输出 图 6、后备式 UPS原理框图 (3)互动式 UPS：具备与后备式电源相同的特点，并且将充电器和逆变器有效合并成为一体双 向逆变器，虽然减少了系统的成本，但增加了一定的控制难度。 输出 市电 EMI滤波切换开关 交流稳压 电池 双向逆变器 图 7、在线互动式 UPS原理框图 二、三种提高 UPS电源供电可靠性的解决方案 从上面的原理框图可以得知，UPS本身已经具备了双路的电源供电备份，具备较高的系统可靠 性，可以满足一般信息设备对电源可靠性的要求。但是随着近年来信息数据几何倍数的快速增长和 高度重要性，在某些特别重要的场合，例如省级以上的银行数据中心、通信数据中心、证券交易所 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 5 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 等用电环境，单一的 UPS供电已经无法满足客户对电源可靠性的要求了，必须有更好的电源供电方 案来确保这些重要数据及网络的安全。 以下介绍三种在工程应用中可以十分有效提高可靠性的方法：串联备份供电方式、输出主从备 份方式、冗余并联备份供电方式。上述三种供电方案的改进将以数量级的效果提高电源系统的可靠 度，成倍地提高系统的 MTBF值，在工程应用中基本上可以达到真正意义上的零电源故障。因此， 用户在进行高可靠供电系统设计时，可以根据负载的供电要求选择合适的高可靠供电方案。 1. 串联备份供电方式(旁路主从备份方式)： 旁路开关 市电 逆变器整流器 电池 电池 整流器 逆变器市电 输出 旁路开关 UPS2 UPS1 负载 如上图所示，对于在线式工作模式的两台 UPS，备机(UPS2)的输出作为主机(UPS1)的旁路备份 输入，这样当主机的主逆变器输出故障转到旁路时，负载仍然处于备机 UPS双备份供电模式的可靠 保护下。 2.输出主从备份方式： 冗余转换器 UPS1 UPS2 旁路开关 市电 逆变器整流器 电池 电池 整流器 逆变器市电 负载 旁路开关 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 6 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 如上图所示，以在线式 UPS为例，两台 UPS或逆变器的输出同时送到冗余转换器，经冗余转 换器再给负载供电；正常时冗余转换器让主输入的电源(例如 UPS1)对负载供电，当主输入电源 故障时冗余转换器快速将负载转移到备份输入的电源上，完成负载的冗余供电；在主输入电源维 修完成再输入到冗余转换器后，冗余转换器又将负载重新转移回到由主输入电源供电的模式。任 何的转换过程都是不间断的，可以保证负载设备的稳定安全运行。 3. 冗余并联供电方式 输出 输出 并联柜 （配电柜） UPS1 UPS2 旁路开关 市电 逆变器整流器 电池 电池 整流器 逆变器市电 负载 旁路开关 如上图所示，两台 UPS的输出同时送到并联配电柜上进行直接的并联，共同均分负载电流， 不存在主从关系。当某台 UPS出现故障时，该机将自动退出并联系统，负载电流 100％由剩余的 一台 UPS供电，输出不间断；在故障机维修完成后，可以将修复的 UPS单元在线并入，继续对负 载进行冗余供电，完成并联系统的在线热维护。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 7 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 4. 三种提高可靠性方案的特点比较 比较项目 串联备份供电方式 输出主从备份方式 冗余并联供电 可靠性 一般 高 高 主从逻辑关系 有，且不易调换，需 要厂家才可完成 有，容易调换，用户 即可完成 取决于并联控制方式；可 能有，不能调换。 负载切换时间 10ms 5ms 0ms 相互通信 不需 不需 有线并机时需要； 无线并机调试时需要，工 作后可以取消 增容性 没有增容 没有增容 可依比例增容 系统过载能力 不变 不变 短时过载能力比例增加； 尤其是对于冲击负载的启 动能力加强。 产品老化程度 存在主从机老化不 一致的情况 存在主从机老化不一 致的情况 不存在 负载均分性 100％不均分 100％不均分 均分，一般电流不均衡度 小于 5％ 电池寿命 一般需要定期对换 电池 一般需要定期对换电 池或主机，确保电池 的寿命 不需对换。 可维护性 差，一般要停机维护 好，可以在线热维护 好，可以在线热维护。 备份模式 一般是 1＋1 形式， 再增加时没有实际 的意义 一般是 1＋1 或 1＋2 形式 可以 N+m形式，比较灵活 系统成本 低 一般 高 适用场合 负载 3－10KVA 负载 0.5－3KVA 负载 10KVA以上 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Linden-info UPS供电可靠性技术方案 第 8 页 www.linden-info.com 0379-65297758 洛阳灵盾信息技术有限公司 不间断电源 UPS是数字化建设的可靠电源解决方案，通过不同的 UPS供电方案的设计可以将交 流供电系统的可靠性提高到一个新的层次，满足数字化建设对交流电源质量的任何要求。 洛阳灵盾信息技术有限公司 菩提树下 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com