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        機房工程UPS不間斷電源全套基礎知識!

        2019/3/1

        UPS,就是不間斷電源。通常是弱電機房工程子系統之一,是將蓄電池與主機設備相連接,主要用于給設備提供穩定、不間斷的電力供應。

        當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將電池的直流電能,通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

        UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。下面我們一起來看下UPS的基礎知識。


        UPS的基本原理及主要技術參數

        什么是UPS?

        利用電池化學能作為后備能量,在市電斷電等電網故障時,不間斷地為用戶設備提供(交流)電能的一種能量轉換裝置。

        為什么需要UPS?

        市電電網提供的電力供應,看上去正常,可是不可靠:表面正常的電力,實際上危機四伏。


        電源中斷

        • 數據丟失,通信中斷,商機延誤......

          —— 直接損失以每分鐘5000-100000元計

        • 設備停運,儀表失靈,手術中斷......

          —— 間接經濟損失無法估量


        電源污染

        • 瞬態尖峰、電源浪涌、高壓脈沖

          造成服務器、路由器、磁盤陣列 等設備硬件損壞


        • 諧波污染、線間噪聲、頻率漂移

          造成網絡傳輸誤碼率大增,數據傳輸速度低下


        UPS的四大功能

        不停電功能——解決電網停電問題

        交流穩壓功能——能解決網壓劇烈波動問題

        凈化功能——解決電網與電源污染問題

        管理功能——解決交流動力維護問題


        UPS系統結構

        監控平臺也是UPS的最重要組成部分之一

        UPS主要技術參數

        輸入特性:

        1、輸入電壓范圍   輸入電壓范圍寬可減小電池放電機會,延長電池壽命。

        2、輸入功率因數   功率因數低,輸入無功功率大,諧波電流污染電網,影響干擾其它設備。

        3、主電源頻率允許范圍。

        4、輸入電流諧波分量。(PFC、6/12脈沖變壓器)

        輸出特性:

        1、靜態穩定度。大型為1%,中小型為2%。

        2、輸出瞬態特性。大型5%,中小型8%。

        3、輸出過載能力。(如:過載125% 5MIN;150% 10S)

        4、輸出功率因數。 (0.8、0.9、1)

        5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內。


        UPS相關配置及計算

        UPS系統基本由以下部分組成:

        • UPS主機

        • 必選功能件(如BCB BOX等)

        • 蓄電池

        • 配套電池柜/架, 電池開關等

        • 功能選件( 如防雷, 監控,諧波治理,上出線等)


        需要進行的計算:

        • UPS主機容量計算與選擇

        • UPS后備電池的容量計算與選擇

        UPS容量計算與選擇

        首先獲得負載的總功耗,并統一單位到KVA

        例如:一般個人計算機負載約200VA,小型服務器負載約1500VA,大中型服務器負載約3000VA

        電流I(A安培)及 功耗W(瓦特)與VA的轉換關系

        • VA= I*220

        • VA= W/0.8(計算時通?紤]20KVA以下為0.7,20KVA以上為0.8)

        考慮到UPS運行在60-80%的區間是最佳運行狀態,一般建議在計算時將上面的結果除以0.8再一次放大

        然后在產品手冊中選取最靠近的功率產品

        • 采用恒功率模式計算方式

          W/cell = PL/(N×6×η)

        UPS供電方案介紹

        集中供電方式:

        優點:可以實現網絡設備資源的等電位控制,減小傳輸誤碼率。

        缺點:初期投資大,單機故障影響大。

        分散供電方式:

        優點:方案布置靈活,故障影響小。

        缺點:如整個設備不能保持同地線,易引發干擾。

        單機供電

        • UPS解決方案中最簡單的一種

        • 每一分散地點交流供電系統容量多為6KVA以下

        • 各點交流負載獨立地由一臺UPS提供動力保護

        • 市電通常就近采用插座輸入

        主從機串聯“熱備份”

        • 適合于中小型網絡、服務器群、辦公、儀表等應用場合

        • 由UPS主機、UPS從機、電池系統、配電系統組成

        • 配電設計和工程施工簡單



        優點:

        兩臺甚至多臺UPS基本處于相對獨立、互不干擾的運行狀態。

        對于UPS同步跟蹤性能要求較低。

        采用不同型號、不同容量UPS構成串聯熱備份方式。


        缺點:

        從機長期處于空載運行狀態、效率低。

        從機電池組長期處于浮充狀態,得到定期帶載放電維護機會少,會影響電池壽命。

        從機必須有良好的帶階躍負載能力。

        長期運行,主機逆變器=靜態旁路轉換功能良好是關鍵

        無擴容功能。

        相對于“并聯”冗余系統平均無故障時間偏低。

        模塊并聯供電

        • 全部交流負載集中供電,由1臺模塊化并聯UPS供電

        • 模塊化UPS包括:機架、可并聯功率模塊、可并聯電池模塊、充電模塊等


        • 適合于中小型網絡、服務器群、辦公、儀表等應用場合

        • 由機架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統組成

        • 功率模塊配置為N+1冗余,減少了MTTR

        • 共用輸入、輸出、并聯的電池系統、控制系統


        N+1直接并聯冗余


        • 適合于中大型網絡、數據中心、大樓集中供電、工業廠礦等應用場合

        • 由直接并機的N+1臺UPS、電池模塊、配電系統組成

        • 系統N+1冗余,可靠性高于單機UPS

        • 易于擴容,維護便捷

        • 是應用最為廣泛的方案


        優點:

        完善的鎖相同步技術保證多臺UPS直接并聯時可均分負載電流。

        良好的擴容性能(N+1)

        避免了“串聯”熱備份方式的缺點。


        缺點:

        對設備本身同步鎖相技術要求高

        對設備制造技術要求高——輸出阻抗接近。

        對逆變器輸出電壓調節性能要求高——分相調節

        UPS必須同型號、同容量。

        多臺并聯時,旁路也需增加“均流電感”

        雙母線

        解決單母線運行方式存在的單點“瓶頸”問題。進一步提高系統可靠性。系統配置復雜,投資大,安裝調試要求高。


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