數(shù)據(jù)中心供電配電系統(tǒng)的問(wèn)題PPT課件

1、市電1市電2ATS柴油發(fā)電機(jī)ATS交流輸入系統(tǒng)交流輸入系統(tǒng)UPS主機(jī)；輸入輸出配電；輸入輸出濾波器；輸出STS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；線(xiàn)纜傳輸；變壓器；電池阻；UPSUPS供電系統(tǒng)供電系統(tǒng) 負(fù)載一、一、UPSUPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問(wèn)題供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問(wèn)題12021-11-25第1頁(yè)/共128頁(yè)當(dāng)前當(dāng)前UPSUPS供電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖供電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖逆變器工作波形 AC/DC（6脈沖） 5、7次無(wú)源濾波 配電 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電濾波器變壓器UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6CF3UPS輸入電流PF=0.7THDI30%直流母線(xiàn)電壓DC300V20

2、%計(jì)算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760V傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池組22021-11-25第2頁(yè)/共128頁(yè)（1）系統(tǒng)可靠性問(wèn)題：系統(tǒng)復(fù)雜、單路經(jīng)故障點(diǎn)多、設(shè)備可靠性差、維護(hù)難度大等。（2）系統(tǒng)電流諧波干擾問(wèn)題：系統(tǒng)中存在兩個(gè)諧波源-負(fù)載開(kāi)關(guān)電源和UPS。對(duì)電網(wǎng)和系統(tǒng)本身形成干擾、增加濾波設(shè)備、降低輸入功率因數(shù)和能源利用率、對(duì)地線(xiàn)系統(tǒng)提出苛刻要求等。（3）系統(tǒng)成本和能源消耗問(wèn)題：能源兩次轉(zhuǎn)換降低了效率、系統(tǒng)復(fù)雜性提高了購(gòu)置成本和運(yùn)行成本、電流諧波的存在增加了濾波設(shè)備、輸入功率因數(shù)的低下降低了系統(tǒng)設(shè)備容量利用率。（4）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題：系統(tǒng)復(fù)雜為標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)困難，系統(tǒng)設(shè)計(jì)建造停留在手工業(yè)階段。（5

3、）系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展、變更問(wèn)題：以計(jì)劃容量一次性投入、難以變更和擴(kuò)展，縮短了生命周期。 （6）系統(tǒng)使用維護(hù)難度問(wèn)題：要求較高的維護(hù)水平，多供應(yīng)商和非標(biāo)準(zhǔn)化使故障修復(fù)困難。當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題32021-11-25第3頁(yè)/共128頁(yè)與安全有關(guān)的兩大問(wèn)題決定了傳統(tǒng)UPS技術(shù)的發(fā)展1. 系統(tǒng)的可用性：可靠性低，造成系統(tǒng)不可預(yù)見(jiàn)的突發(fā)性故障；2. 諧波干擾：造成系統(tǒng)隱性故障；42021-11-25第4頁(yè)/共128頁(yè)諧波電流對(duì)系統(tǒng)和電網(wǎng)的污染諧波電流對(duì)系統(tǒng)和電網(wǎng)的污染1、諧波電流是UPS輸入功率因數(shù)低的主要原因：11111SWcoscosVIcosVIPPPFrIIRR2、輸入功率因數(shù)低是降低

4、電能利用率和系統(tǒng)工作效率低的原因之一： 在電壓是正弦波的情況下，所有的諧波電流形成的功率都是無(wú)功的22cos1RIP3、諧波是中線(xiàn)電流大的主要原因： 所有的3次及3的整數(shù)倍3n次諧波電流在中線(xiàn)上都是同相位迭加的 ； 4、電流峰值因數(shù)對(duì)供電設(shè)備和傳輸導(dǎo)線(xiàn)容量的影響： 增大傳輸損耗；5、諧波電流對(duì)供電系統(tǒng)的污染：1）、使設(shè)備和元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電效率；2）、加速電纜絕緣老化，縮短使用壽命；3）、干擾由同一電網(wǎng)供電的其它電氣設(shè)備的正常工作；4）、引起局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大；5）、導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確；6）、對(duì)通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

5、產(chǎn)生干擾；52021-11-25第5頁(yè)/共128頁(yè) UPSUPS供電系統(tǒng)的諧波治理供電系統(tǒng)的諧波治理：諧波治理是UPS設(shè)備性能改進(jìn)和供電系統(tǒng)配置研究的重要的課題。治理措施：治理措施：增大電力系統(tǒng)的供電容量和傳輸電纜、開(kāi)關(guān)等設(shè)備容量；改變變壓器的配置和不同的方式聯(lián)接方式； 在系統(tǒng)中和設(shè)備內(nèi)部配置無(wú)源濾波器； 在UPS設(shè)備輸入端采用輸入功率因數(shù)校正電路-PFC 在系統(tǒng)或設(shè)備輸入端配置有源濾波器62021-11-25第6頁(yè)/共128頁(yè)降低和治理系統(tǒng)諧波電流方法之一：降低和治理系統(tǒng)諧波電流方法之一：1212脈沖整流脈沖整流+ +無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器逆變器工作波形 配電 DC/AC全橋或半橋PWC控制

6、配電濾波器變壓器UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6CF3直流母線(xiàn)電壓AC/DC12脈沖整流11次無(wú)源濾波PF=0.95THDI10%DC300V15%計(jì)算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760V電池組存在問(wèn)題：1，增加系統(tǒng)成本；2，負(fù)載減輕時(shí)，無(wú)源濾波效果不好72021-11-25第7頁(yè)/共128頁(yè)降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之二：降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之二：PFCPFC高頻整流高頻整流逆變器工作波形 配電 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電濾波器變壓器UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6CF3直流母線(xiàn)電壓 PFC整流PF=0.99THDI5%DC30

7、0V15%計(jì)算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760V電池組1，與UPS配套2，當(dāng)前的器件水平可做到120KVA82021-11-25第8頁(yè)/共128頁(yè)降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之三：降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之三：混合型有源濾波器混合型有源濾波器逆變器工作波形 AC/DC（6脈沖）有源濾波 配電 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電濾波器變壓器UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6CF3UPS輸入電流PF=0.7THDI30%直流母線(xiàn)電壓PF=0.99THDI5%DC300V15%計(jì)算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760VAPF電池組可放在UPS前端，也可放在整個(gè)系統(tǒng)前端92

8、021-11-25第9頁(yè)/共128頁(yè)提高系統(tǒng)可用性方法之一：提高系統(tǒng)可用性方法之一：?jiǎn)螜C(jī)冗余并機(jī)系統(tǒng)單機(jī)冗余并機(jī)系統(tǒng) AC/DC（6脈沖） 5、7次無(wú)源濾波 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電 配電濾波器變壓器計(jì)算機(jī)負(fù)載 AC/DC（6脈沖） 5、7次無(wú)源濾波 DC/AC全橋或半橋PWC控制并機(jī)控制電池組電池組102021-11-25第10頁(yè)/共128頁(yè) 配電 配電濾波器變壓器計(jì)算機(jī)負(fù)載 AC/DC（6脈沖） 5、7次無(wú)源濾波 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電 配電濾波器變壓器 AC/DC（6脈沖） 5、7次無(wú)源濾波 DC/AC全橋或半橋PWC控制并機(jī)控制STS電池組電池組提高系統(tǒng)可用性

9、方法之二：提高系統(tǒng)可用性方法之二：雙總線(xiàn)冗余并機(jī)系統(tǒng)雙總線(xiàn)冗余并機(jī)系統(tǒng)112021-11-25第11頁(yè)/共128頁(yè)提高系統(tǒng)可用性方法之三：提高系統(tǒng)可用性方法之三：?jiǎn)螜C(jī)模塊化單機(jī)模塊化UPSUPSN+1冗余配置可在線(xiàn)熱插拔，最大限度降低故障修復(fù)時(shí)間可用性=MTBFMTBF+MTTR122021-11-25第12頁(yè)/共128頁(yè)提高系統(tǒng)可用性方法之四：提高系統(tǒng)可用性方法之四：集成化集成化UPSUPS供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ATS1柴油發(fā)電機(jī)ATS2市電1市電2模塊熱插拔冗余n+1UPS模塊熱插拔冗余n+1UPSSTS變壓器變壓器輸出配電服務(wù)器服務(wù)器單電源負(fù)載ATSPDU輸入配電ATS輸入配

10、電ATSSTS雙電源負(fù)載PDU輸出配電 供電設(shè)備制造和供應(yīng)渠道的統(tǒng)一化； 設(shè)備結(jié)構(gòu)的一體化和連接的規(guī)范化； 各設(shè)備和環(huán)節(jié)狀態(tài)管理的集中化； 各設(shè)備和環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的模塊化、冗余配置和連接的熱插拔功能。132021-11-25第13頁(yè)/共128頁(yè)提高系統(tǒng)可用性方法之五：提高系統(tǒng)可用性方法之五：智能監(jiān)控與管理：智能監(jiān)控與管理：是提高管理水平的輔助手段，可提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少故障發(fā)生的概率，防患于未然。1. 自檢自檢功能：定期的自檢功能，以防患于未然；2. UPS遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)功能：遠(yuǎn)程檢查UPS狀態(tài)、查詢(xún)預(yù)警信息； 3. 自動(dòng)關(guān)機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)功能：UPS執(zhí)行定制化的數(shù)椐保護(hù)功能；4. 自動(dòng)報(bào)

11、警自動(dòng)報(bào)警功能：UPS系統(tǒng)故障時(shí)，通過(guò)電子郵件、尋呼、彈出式信息等方式實(shí)時(shí)通知系統(tǒng)管理員。142021-11-25第14頁(yè)/共128頁(yè)當(dāng)前當(dāng)前UPSUPS供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逆變器工作波形 AC/DC（6脈沖）AC/DC12脈沖 PFC整流11次無(wú)源濾波 5、7次無(wú)源濾波有源濾波 配電 DC/AC全橋或半橋PWC控制 配電濾波器變壓器UPS輸出電壓AC220V/50HZ負(fù)載電流PF=0.6CF3UPS輸入電流PF=0.7THDI30%直流母線(xiàn)電壓PF=0.99THDI5%PF=0.99THDI5%PF=0.95THDI10%DC300V15%計(jì)算機(jī)負(fù)載主機(jī)模塊化系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)-STS智能

12、管理集成化系統(tǒng)器件電壓：全橋380V半橋760V電池組152021-11-25第15頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題：值得思考的問(wèn)題： 傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)方案已經(jīng)走過(guò)了50年，IDC供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)建造的現(xiàn)狀和趨勢(shì)是：u 系統(tǒng)不斷復(fù)雜化；u 設(shè)備堆積、結(jié)構(gòu)臃腫；u 成本不斷攀升；u 效率難以再有效提高；u 五花八門(mén)，難以標(biāo)準(zhǔn)化。u 運(yùn)維難度越來(lái)越大系統(tǒng)可靠性差是造成以上現(xiàn)象的根本原因系統(tǒng)可靠性差是造成以上現(xiàn)象的根本原因162021-11-25第16頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之一：可靠性問(wèn)題值得思考的問(wèn)題之一：可靠性問(wèn)題3、用戶(hù)感覺(jué)到UPS系統(tǒng)故障的頻率不亞于市電掉電故障的頻率； 平均每年一次市電掉

13、電有UPS系統(tǒng)保護(hù)； 而UPS系統(tǒng)故障由誰(shuí)保護(hù)呢？！1、負(fù)載對(duì)系統(tǒng)可靠性要求提高，是因?yàn)閁PS系統(tǒng)的可靠性不高2、在系統(tǒng)正常的情況下，市電掉電時(shí)可保護(hù)負(fù)載不間斷地繼續(xù)供電； 市電掉電和系統(tǒng)故障發(fā)生在同一時(shí)刻的可能性不大； 但市電正常，系統(tǒng)本身故障卻沒(méi)有確有把握的保護(hù)！172021-11-25第17頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之二：諧波源治理問(wèn)題值得思考的問(wèn)題之二：諧波源治理問(wèn)題u 系統(tǒng)中的諧波是負(fù)載和UPS設(shè)備自身產(chǎn)生的， 而不是電網(wǎng)帶來(lái)的；u 供電系統(tǒng)為治理電流諧波付出的代價(jià)是巨大的；u 有沒(méi)有更有效的消除電流諧波源的辦法呢？17182021-11-25第18頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之三

14、：建造成本值得思考的問(wèn)題之三：建造成本系統(tǒng)建造和運(yùn)行成本還要繼續(xù)升高嗎？！u 治理諧波電流要增加有源或無(wú)源濾波器；u 要提高設(shè)備可靠性，冗余并機(jī)使UPS設(shè)備購(gòu)置成本加倍；u 要提高系統(tǒng)可靠性，雙總線(xiàn)冗余配置使設(shè)備購(gòu)置成本 再加倍；u 要降低零地電壓差，需要再配置隔離變壓器，提高電 纜規(guī)格；192021-11-25第19頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之四：能源效率值得思考的問(wèn)題之四：能源效率系統(tǒng)運(yùn)行的能源效率還有提升的余地嗎？！u 提高設(shè)備工作效率、降低系統(tǒng)中電流諧波形成的無(wú)功 功率，對(duì)提高系統(tǒng)能源效率起到了一定的作用；u 但設(shè)備輕載工作、UPS冗余配置、系統(tǒng)雙總線(xiàn)配置等提 高可靠性的措施，又明顯

15、地提高了系統(tǒng)消耗的功率；系統(tǒng)復(fù)雜性本身造成了系統(tǒng)能源消耗不斷增大系統(tǒng)復(fù)雜性本身造成了系統(tǒng)能源消耗不斷增大的趨勢(shì)的趨勢(shì)202021-11-25第20頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之五：維護(hù)使用難度值得思考的問(wèn)題之五：維護(hù)使用難度系統(tǒng)維護(hù)難度大的原因是：u 系統(tǒng)復(fù)雜； u 可靠性差；u 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)故障總數(shù)中的50%以上是由于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)和設(shè)備的安裝問(wèn)題、人為操作和維護(hù)問(wèn)題引起的！212021-11-25第21頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之六：適應(yīng)性值得思考的問(wèn)題之六：適應(yīng)性系統(tǒng)的適應(yīng)性有多大討論的空間呢？！當(dāng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化周期小于設(shè)備的生命周期時(shí)，就會(huì)對(duì)設(shè)備的適應(yīng)性提出要求。但由于技術(shù)發(fā)展和經(jīng)

16、濟(jì)環(huán)境的不確定性和不可預(yù)測(cè)性，要求一臺(tái)設(shè)備能夠自動(dòng)而有準(zhǔn)備地適應(yīng)新的需求是根本不可能的。222021-11-25第22頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之七：標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題值得思考的問(wèn)題之七：標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題難道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化永遠(yuǎn)是句口號(hào)嗎？！難道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化永遠(yuǎn)是句口號(hào)嗎？！u 其他行業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)化的觀念已上升到一個(gè)新的高度，成為了一種富有創(chuàng)造性并具有突出戰(zhàn)略意義的企業(yè)哲學(xué)。u IDC機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒(méi)有什么進(jìn)展。還停留在手工行業(yè)階段：將來(lái)自不同供應(yīng)商的不兼容的設(shè)備進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，組合成一個(gè)獨(dú)特的大型基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。因而產(chǎn)生了難以設(shè)計(jì)、部署、維護(hù)和管理的系統(tǒng) ；u 所有應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品最終都是用商業(yè)價(jià)值決定優(yōu)劣的；價(jià)值價(jià)值

17、可用性可用性適應(yīng)性適應(yīng)性總擁有成本總擁有成本u 標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)提高可用性、提高適應(yīng)性和降低總擁有成本起著重要的作用；232021-11-25第23頁(yè)/共128頁(yè)值得思考的問(wèn)題之八：值得思考的問(wèn)題之八：正確地選用配置正確地選用配置UPSu 根據(jù)需要確定選用標(biāo)準(zhǔn)；u 計(jì)算機(jī)對(duì)UPS電性能指標(biāo)要求并不高；u 任何高指標(biāo)都是要以提高成本和降低可靠性為代價(jià)的；u 屏蔽和排除廠家的誤導(dǎo)；242021-11-25第24頁(yè)/共128頁(yè)一、一、IDCIDC機(jī)房中機(jī)房中UPSUPS供電系統(tǒng)現(xiàn)供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問(wèn)題狀和值得思考的問(wèn)題二、當(dāng)前二、當(dāng)前UPSUPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置中存在的若干問(wèn)題置中存

18、在的若干問(wèn)題目錄目錄252021-11-25第25頁(yè)/共128頁(yè)二、二、UPSUPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題1.計(jì)算機(jī)類(lèi)負(fù)載對(duì)UPS電性能指標(biāo)要求不高；2.先進(jìn)UPS 的性能指標(biāo)是什么；3.如何衡量設(shè)備的可靠性；4.可靠性與可用性的區(qū)別；5.系統(tǒng)的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化；6.關(guān)于系統(tǒng)模塊化的概念討論；7.隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能-無(wú)輸出變壓器UPS的優(yōu)缺點(diǎn)；8.系統(tǒng)零地電壓差的產(chǎn)生與治理；9.UPS 供電系統(tǒng)方案的選擇；262021-11-25第26頁(yè)/共128頁(yè)二、二、UPSUPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題10. 雙輸入電源負(fù)

19、載特性；11. 雙總線(xiàn)系統(tǒng)的單路徑故障點(diǎn)與新的配置方法；12. 高可用級(jí)別的雙總線(xiàn)系統(tǒng)；13. 冗余系統(tǒng)中再冗余對(duì)可用性的影響；14. 低成本的雙總線(xiàn)系統(tǒng)；15. 油機(jī)再冗余對(duì)可用性的影響；16. UPS輸出功率因數(shù)與實(shí)際帶載能力；17. 關(guān)于UPS輸入阻抗性質(zhì)（PF1、容性還是感性）； 18. UPS輸入電流諧波污染與抑制方法；272021-11-25第27頁(yè)/共128頁(yè)二、二、UPSUPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題19. 機(jī)房接地問(wèn)題；20. 油機(jī)與不停電系統(tǒng)；21. 關(guān)于UPS輸入電壓變化范圍；22. 數(shù)據(jù)中心輸入消耗能源分布與節(jié)能問(wèn)題；23. IT系統(tǒng)

20、交流輸入環(huán)節(jié)不能加漏電保護(hù)器；24. 隔離變壓器啟動(dòng)短路問(wèn)題；25. 關(guān)于參數(shù)穩(wěn)壓器在系統(tǒng)中的配置問(wèn)題；282021-11-25第28頁(yè)/共128頁(yè)1 1、計(jì)算機(jī)類(lèi)負(fù)載對(duì)電性能指標(biāo)要求不高、計(jì)算機(jī)類(lèi)負(fù)載對(duì)電性能指標(biāo)要求不高性能指標(biāo)性能指標(biāo) 計(jì)算機(jī)類(lèi)負(fù)載的要求計(jì)算機(jī)類(lèi)負(fù)載的要求電壓穩(wěn)定精度電壓穩(wěn)定精度 +15%，-20% +20%，-35%波形失真度波形失真度 有效值峰值變化有效值峰值變化=穩(wěn)壓精度范圍穩(wěn)壓精度范圍三相電壓不平衡度三相電壓不平衡度 5%頻率變化范圍頻率變化范圍 +200%/-10%市電掉電時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間（市電掉電時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms） 20292021-11-25第29頁(yè)/共128頁(yè)上部

21、軌跡：電源低電壓 DC 輸出中間軌跡：輸入電壓和電流Input voltageInput current18 msDC output collapsesAC input interrupted斷開(kāi) AC 后，承擔(dān)大容量負(fù)載的計(jì)算機(jī)電源輸出延遲一段時(shí)間后才開(kāi)始下降。輸入掉電后，計(jì)算機(jī)內(nèi)部直流電壓變化情況輸入掉電后，計(jì)算機(jī)內(nèi)部直流電壓變化情況302021-11-25第30頁(yè)/共128頁(yè)Comfort zoneAll transients withmagnitudes and timedurations within this zoneare acceptable tocompliant power

22、 supplies.DoubleLine VoltageNominalLine VoltageZeroVoltageTransient Duration (ms)VoltageVariation (%)Overvoltage transient zoneUndervoltage transient zone計(jì)算機(jī)輸入電壓變化與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系計(jì)算機(jī)輸入電壓變化與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系312021-11-25第31頁(yè)/共128頁(yè)后備式方波輸出后備式方波輸出UPSUPS是不穩(wěn)壓的是不穩(wěn)壓的穩(wěn)壓精度：額定值穩(wěn)壓精度：額定值11.25%11.25%有效值220V直流母線(xiàn)電壓322021-11-25第32頁(yè)/共1

23、28頁(yè)UPSUPS輸出電壓的穩(wěn)頻問(wèn)題輸出電壓的穩(wěn)頻問(wèn)題一、計(jì)算機(jī)負(fù)載對(duì)頻率范圍的要求：u-10%，頻率過(guò)低時(shí)，會(huì)使整流濾波后的紋波加大，影響計(jì)算機(jī)直流電源的工作；u+200%，在低頻整流濾波正常工作范圍內(nèi)二、市電輸入正常時(shí)，UPS輸出頻率必須跟蹤市電頻率：u當(dāng)輸出過(guò)載或逆變器故障時(shí)，可保證逆變旁路正常轉(zhuǎn)換；u在并機(jī)系統(tǒng)中，可保證所并各臺(tái)UPS逆變器同步，減少因不同步而形成的各臺(tái)之間的環(huán)流，提高并機(jī)均流度和系統(tǒng)可靠性。三、只有在電池逆變時(shí)才有輸出電壓穩(wěn)頻問(wèn)題：332021-11-25第33頁(yè)/共128頁(yè)u可靠性和輸出能力成為最重要的指標(biāo)； u輸入功率因數(shù)是否做到0.99和輸入電流諧波成分是否小于

24、5%；u在系統(tǒng)配置能力上它必須有多臺(tái)輸出均流冗余并機(jī)的能力；u為了提高系統(tǒng)的可用性，它必須是可修復(fù)和可快速修復(fù)的設(shè)備,因此在體系結(jié)構(gòu)上采用模塊化可在線(xiàn)熱插拔技術(shù)；uUPS具有更強(qiáng)大的智能管理功能，將電源管理系統(tǒng)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)集成開(kāi)始成為最重要的技術(shù)內(nèi)容之一；UPS的性能要求和評(píng)估選用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了明顯的變化2 2、先進(jìn)、先進(jìn)UPSUPS的性能指標(biāo)的性能指標(biāo)342021-11-25第34頁(yè)/共128頁(yè)3 3、如何衡量設(shè)備的可靠性、如何衡量設(shè)備的可靠性 MTBF是科學(xué)的，但由于不可測(cè)量而不可信； 可量化的設(shè)備可靠性指標(biāo)：l 工作效率；l 過(guò)載能力；l 輸出功率因數(shù)；l 輸出電流峰值系數(shù)；l 輸出不

25、平衡能力；352021-11-25第35頁(yè)/共128頁(yè)失效率：失效率：式中：ns試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)正常工作的樣品數(shù)；n在運(yùn)行（t1-t2）時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)故障的樣品數(shù)；可靠度：可靠度： 平均無(wú)故障時(shí)間：平均無(wú)故障時(shí)間：MTBF= =當(dāng)考察的工作時(shí)間 t UB時(shí)的電流負(fù)載1負(fù)載二B相D1D2D3D4A相C相N572021-11-25第57頁(yè)/共128頁(yè)說(shuō)明:兩臺(tái)IT設(shè)備分別接在三相電源的兩相上，每個(gè)IT設(shè)備的輸入都是220V,而兩相之間的電壓差是380V；負(fù)載由兩相分別供電，輸入電壓都是220V，互不影響。在交流輸入線(xiàn)電壓正常的情況下，斷開(kāi)零線(xiàn)，UAUB時(shí)，電流的途徑是： UA-D1-負(fù)載1-D2-D3-

26、負(fù)載2-D4UB于是，UAB 380V電壓加在負(fù)載1和負(fù)載2上，結(jié)果：1、負(fù)載1和負(fù)載2相等，分別加電壓380V/2= 190V ；2、負(fù)載1和負(fù)載2不相等，380V按阻抗比分配電壓；3、負(fù)載1和2極端不平衡， 380V加在一路負(fù)載上，直流母線(xiàn)電壓由310V升高至540V，此路可能因過(guò)壓燒毀。582021-11-25第58頁(yè)/共128頁(yè)u零地電壓的產(chǎn)生：1. 不平衡負(fù)載基波電流；2. 高次諧波電流：主要是3次和3的整數(shù)倍諧波；u零地電壓的測(cè)量： 有效值，包括不平衡基波電流和高次諧波電流峰值，是有效值的3-4倍；u零地電壓標(biāo)準(zhǔn)限值： 有效值1V或2V，是衡量零線(xiàn)是否接好的方法，而非是否影響負(fù)載正

27、常工作的限值，1V可能有問(wèn)題，5V也許沒(méi)有問(wèn)題；u零地電壓治理：1. 平衡三相負(fù)載；2. 降低諧波電流；3. 降低零線(xiàn)傳輸阻抗：加大導(dǎo)線(xiàn)截面、減小節(jié)點(diǎn)阻抗、縮短零線(xiàn)傳輸距離；4. 加隔離變壓器(位置)；線(xiàn)路阻抗：線(xiàn)路阻抗：Z=L/S =22.5mm/mL：mS：m218181919592021-11-25第59頁(yè)/共128頁(yè)如果零地電壓主要是系統(tǒng)諧波電流造成的，那么較大的諧波電流可能會(huì)在形成諧波電壓后再通過(guò)濾波器增大注入地線(xiàn)的電流,而零地電壓差并不直接影響負(fù)載工作，因?yàn)闄C(jī)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出是通過(guò)高頻變壓器隔離的。DCACACDCDC5VA輸入IT負(fù)載機(jī)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出是通過(guò)高頻變壓器隔離

28、的602021-11-25第60頁(yè)/共128頁(yè)UPSUPS輸入端，輸入端，UPSUPS工作正常工作正常UPSUPS輸入端，輸入端，UPSUPS轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路UPSUPS輸入端，輸入端，UPSUPS電池逆變電池逆變UPSUPS輸出端，輸出端，UPSUPS工作正常工作正常UPSUPS輸出端，輸出端，UPSUPS轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路UPSUPS輸入端，輸入端，UPSUPS電池逆變電池逆變(平衡負(fù)載下的平衡負(fù)載下的UPS輸入輸出諧波電壓輸入輸出諧波電壓)612021-11-25第61頁(yè)/共128頁(yè)9 9、UPS UPS 供電系統(tǒng)方案的選擇供電系統(tǒng)方案的選擇選擇配置方案的原則：1. “N”系統(tǒng)2.

29、 串聯(lián)“N+1 ”冗余系統(tǒng)3. 并聯(lián)“N+1”系統(tǒng)4. 分布式（Distributed）冗余5. 雙總線(xiàn)冗余系統(tǒng)2(N+1)、2N+2、(N+1) + (N+1)、(N+1)+AC (STS)6. 配置雙總線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)注意的其它問(wèn)題622021-11-25第62頁(yè)/共128頁(yè) 等級(jí) I等級(jí) II等級(jí) III等級(jí) IV基本型部分冗余型可同時(shí)維護(hù)型故障容錯(cuò)型可得到的通路數(shù)量 只有一路 只有一路主和被動(dòng)各一路 二路主路冗余N實(shí)際量N+1實(shí)際量+一路N+1實(shí)際量+一路S+S or 2(N+1)雙系統(tǒng)（實(shí)際量+一路）區(qū)域劃分無(wú)無(wú)無(wú)有同時(shí)可維修性不能不能能能對(duì)最壞的事件的容錯(cuò)無(wú)無(wú)無(wú)有關(guān)鍵的負(fù)荷可用度100%

30、N100% N90% N90% N初始用電總量（瓦/每平方英尺）20-3040-5040-6050-80最終用電總量（瓦/每平方英尺）20-3040-50100-150150+150以上連續(xù)冷卻沒(méi)有沒(méi)有或許是的場(chǎng)地空間中架高活動(dòng)地板的比率20%30%80%-90%100%架高活動(dòng)地板的高度(典型值)30CM45CM75-90CM75-90CM地板荷載 磅/每平方英尺(典型值)85100150150單點(diǎn)故障多+人為錯(cuò)誤多+人為錯(cuò)誤部分+人為錯(cuò)誤一個(gè)沒(méi)有+人為錯(cuò)誤每年場(chǎng)地引起的IT停機(jī)(實(shí)際值)28.8個(gè)小時(shí)22.0個(gè)小時(shí)1.6個(gè)小時(shí)0.4個(gè)小時(shí)場(chǎng)地的可用性99.671%99.749%99.982

31、%99.995%實(shí)現(xiàn)累計(jì)月份數(shù)33-615-2015-20實(shí)際的可用性數(shù)值的分類(lèi)等級(jí)屬性（實(shí)際的可用性數(shù)值的分類(lèi)等級(jí)屬性（TIA-942標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）632021-11-25第63頁(yè)/共128頁(yè)第I I等級(jí)：基本型配有電力分配和冷卻系統(tǒng)，有或不一定有活動(dòng)地板、UPS UPS 、發(fā)電機(jī)。在這些系統(tǒng)上的關(guān)鍵負(fù)荷能達(dá)到N N的100%100%。設(shè)備是單模塊的系統(tǒng)，有很多的“單點(diǎn)故障”點(diǎn)。預(yù)防性檢修和修理時(shí)需要停機(jī)。器件故障、操作錯(cuò)誤，以及自然災(zāi)害等都會(huì)造成系統(tǒng)中斷。電力和冷卻都是單通路，沒(méi)有冗余，可用性99.671%99.671%市電市電浪涌保護(hù)和/或交流穩(wěn)壓PDULOAD第1級(jí)硬件保護(hù)642021-

32、11-25第64頁(yè)/共128頁(yè)第第 IIII等級(jí)：等級(jí)：部件冗余型部件冗余型場(chǎng)地內(nèi)有活動(dòng)地板；場(chǎng)地內(nèi)有活動(dòng)地板；一臺(tái)一臺(tái)UPS UPS 和發(fā)電機(jī)，供電的能力設(shè)和發(fā)電機(jī)，供電的能力設(shè)計(jì)是計(jì)是N+1N+1，全部有單一的分配路徑。全部有單一的分配路徑。關(guān)鍵負(fù)荷能達(dá)到關(guān)鍵負(fù)荷能達(dá)到N N的的100%100%。關(guān)鍵線(xiàn)路的維修需要一次處理性的關(guān)鍵線(xiàn)路的維修需要一次處理性的中斷停機(jī)。中斷停機(jī)。供電路徑上的故障可能供電路徑上的故障可能引起系統(tǒng)停機(jī)引起系統(tǒng)停機(jī)電力和冷卻分配都是單通路，有部電力和冷卻分配都是單通路，有部分冗余，可用性分冗余，可用性99.741%99.741%第2級(jí)硬件保護(hù)市電市電浪涌保護(hù)和/或交

33、流穩(wěn)壓PDULOADUPS652021-11-25第65頁(yè)/共128頁(yè)第第IIIIII等級(jí)：可同時(shí)維護(hù)型等級(jí)：可同時(shí)維護(hù)型u 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是冗余的；u 有計(jì)劃的維護(hù)活動(dòng)不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。 無(wú)計(jì)劃的活動(dòng)，可能會(huì)引起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行中斷。 在一個(gè)系統(tǒng)上的關(guān)鍵負(fù)荷不超過(guò)N N的90%90%。 具備“同時(shí)可維護(hù)性”功能， 由多條電力和冷卻通路組成冗余功能，可用性99.982%99.982%市電+油機(jī)+ATSUPS1UPS2PDULOAD市電+油機(jī)+ATSUPS1UPS(N+1)PDULOADBYPASSN+1冗余1+1冗余等級(jí)3：增加系統(tǒng)可用性662021-11-25第66頁(yè)/共128頁(yè)第第IVIV等級(jí)等

34、級(jí): : 故障容錯(cuò)型故障容錯(cuò)型u故障容錯(cuò)功能，通常是針對(duì)雙電源輸入系統(tǒng)配置。u無(wú)計(jì)劃的故障或者事件不影響關(guān)鍵的負(fù)荷。u電力系統(tǒng)供應(yīng)為每個(gè)有N+1冗余的兩個(gè)單獨(dú)的UPS 系統(tǒng)。 u嚴(yán)格的故障容錯(cuò)監(jiān)測(cè)，u無(wú)計(jì)劃故障停機(jī)或者運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)不會(huì)發(fā)生計(jì)算機(jī)程序中斷的能力。u由多條電力和冷卻分配路徑組成，具有各個(gè)部分的冗余，并且是故障容錯(cuò)的，可用性99.995%。市電1+油機(jī)+ATSups1市電2+油機(jī)+ATSups2LBS雙輸入PDULOADSTSPDULOADLOADSTSPDUPDULOADPDUPDU等級(jí)四:負(fù)載從不停電672021-11-25第67頁(yè)/共128頁(yè)選擇配置方案的原則選擇配置方案的原則停

35、機(jī)成本的影響停機(jī)成本的影響 ：每分鐘的流動(dòng)現(xiàn)金有多少？故障后系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間？停機(jī)成本（直接成本：設(shè)備更換和損失的處理時(shí)間；間接成本：事故處理人員、會(huì)議、規(guī)劃等）；風(fēng)險(xiǎn)承受能力：風(fēng)險(xiǎn)承受能力：風(fēng)險(xiǎn)承受能力越弱，要求可靠性更高、故障恢復(fù)能力更強(qiáng)；可用性要求：可用性要求：一年內(nèi)能忍受的停機(jī)的時(shí)間？可能要求決不能停機(jī)，或每天晚上 10 點(diǎn)之后以及大多數(shù)周末可以停機(jī)。每年計(jì)劃在維護(hù)方面所花的時(shí)間越少，系統(tǒng)需要的冗余設(shè)計(jì)組件就越多；負(fù)載類(lèi)型：負(fù)載類(lèi)型：?jiǎn)坞娫簇?fù)載與雙電源負(fù)載；使用環(huán)境：使用環(huán)境：電網(wǎng)環(huán)境、負(fù)載環(huán)境、物理環(huán)境；成本預(yù)算：成本預(yù)算：682021-11-25第68頁(yè)/共128頁(yè)（1 1）、）、“N

36、 N”系統(tǒng)系統(tǒng)N 系統(tǒng)定義：1、與關(guān)鍵負(fù)載規(guī)劃容量相等的單臺(tái)UPS 模塊或一組并聯(lián) UPS 模塊構(gòu)成的系統(tǒng)；2、N 配置是關(guān)鍵負(fù)載供電的最低要求；3、為了系統(tǒng)維護(hù),需要外部維護(hù)旁路；優(yōu)點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)概念簡(jiǎn)單，硬件配置成本低廉；2、由于 UPS 工作在設(shè)計(jì)滿(mǎn)負(fù)荷條件下，因而其效率最高；3、具備高于市電的可用性；4、可進(jìn)行并機(jī)擴(kuò)展增容（并聯(lián)多個(gè)額定值相同的 UPS 模塊）；缺點(diǎn)：1、可用性有限，因?yàn)槿绻?UPS 模塊出現(xiàn)故障，負(fù)載將轉(zhuǎn)換到旁路供電，從而處于無(wú)保護(hù)電源下；2、UPS、電池或下游設(shè)備維護(hù)期間，負(fù)載處于無(wú)保護(hù)電源下（持續(xù) 2-4 小時(shí)）；3、缺乏冗余，限制了在 UPS 發(fā)生故障時(shí)對(duì)負(fù)載的保

37、護(hù)能力；4、存在多個(gè)單故障點(diǎn)，這意味著系統(tǒng)的可靠性由其最薄弱的環(huán)節(jié)決定。市電油機(jī)ATSbypass2UPS2維修旁路bypass1UPS1配電LOAD692021-11-25第69頁(yè)/共128頁(yè)（2 2）、串聯(lián)）、串聯(lián)“N+1 N+1 ”冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)定義：定義：串聯(lián)冗余 “N+1”系統(tǒng)，正常情況下由 “主”模塊供電?！按?lián)” 的 UPS 模塊為“主” UPS 模塊的靜態(tài)旁路供電。該配置要求“主” UPS 模塊的靜態(tài)旁路具有單獨(dú)的輸入電路。輸出仍存在單故障點(diǎn)，因此，維護(hù)旁路是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)功能。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、產(chǎn)品選擇靈活，可以混用不同制造商不同型號(hào)不同容量的產(chǎn)品（系統(tǒng)能力取決于小容量的UP

38、S ）；2、不存在要求兩臺(tái)UPS均分負(fù)載的問(wèn)題，對(duì)UPS單機(jī)的頻率同步跟蹤特性要求不高； 3、具備 UPS 容錯(cuò)功能；4、對(duì)于雙模塊系統(tǒng)（1+1）而言，相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1、依賴(lài)于主模塊靜態(tài)旁路是否能從冗余模塊正確接收瞬變負(fù)載； 2、如果電流超出逆變器容量，則要求兩個(gè) UPS 的靜態(tài)旁路都必須能正常運(yùn)行；3、輔UPS 必須能夠處理突然的負(fù)載變化；4、開(kāi)關(guān)裝置及相關(guān)控制部件不僅復(fù)雜，而且昂貴；5、“輔助” UPS 工作于 0% 負(fù)載情況下，運(yùn)營(yíng)成本高；6、每個(gè)系統(tǒng)一條負(fù)載總線(xiàn)，因而存在單故障點(diǎn)；7、空載運(yùn)行的UPS蓄電池一直處于“浮充”狀態(tài)，縮短壽命和實(shí)際使用容量；8、沒(méi)有擴(kuò)容功能；7

39、02021-11-25第70頁(yè)/共128頁(yè)定義：輸出直接并機(jī)，“備用的”電量至少等于一個(gè)系統(tǒng)模塊的容量；要求采用同一制造商生產(chǎn)的相同容量的 UPS 模塊。優(yōu)點(diǎn)：可用性要高于“N”配置；可根據(jù)需求的增長(zhǎng)進(jìn)行擴(kuò)展。硬件布置不僅設(shè)計(jì)概念簡(jiǎn)單，而且成本低廉；缺點(diǎn)：并聯(lián)模塊必須采用相同的設(shè)計(jì)、相同的制造商、相同的額定值以及相同的技術(shù)與配置；UPS 系統(tǒng)的上游與下游仍存在單故障點(diǎn)；在 UPS、電池或下游設(shè)備維護(hù)期間，負(fù)載處于無(wú)保護(hù)電源下；由于各個(gè) UPS 設(shè)備的利用率均低于額定用量，因此運(yùn)營(yíng)效率較低；所并各臺(tái)需要一個(gè)邏輯控制總線(xiàn)，因而存在單路經(jīng)故障點(diǎn)；并機(jī)臺(tái)數(shù)增多時(shí)，需要外部靜態(tài)開(kāi)關(guān)和并機(jī)控制柜，系統(tǒng)仍需

40、要一個(gè)公共的外部維修旁路。（3 3）、并聯(lián)）、并聯(lián)“N+1N+1”系統(tǒng)系統(tǒng)市電油機(jī)ATS配電市電維修旁路UPS1UPS2配電LOAD并聯(lián)冗余（N+1)UPS配置712021-11-25第71頁(yè)/共128頁(yè)（4）、分布式（Distributed）冗余分布式冗余設(shè)計(jì)和雙總線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相似。將單路徑故障點(diǎn)減至最少?？赏骄S護(hù) ；區(qū)別在于，UPS 模塊的數(shù)量不同，以及從 UPS 到關(guān)鍵負(fù)載的配電結(jié)構(gòu)不同。此方案可解決雙總線(xiàn)同步的問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)：1、可同步維護(hù)（如果所有負(fù)載均為雙電源負(fù)載）；2、與 2(N+1) 設(shè)計(jì)相比，UPS 模塊較少，因而成本較低；3、對(duì)于雙電源負(fù)載，兩條獨(dú)立的供電線(xiàn)路自入口處便提供了冗余

41、；4、無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到旁路模式（負(fù)載將處于無(wú)保護(hù)電源下），即可對(duì) UPS 模塊、開(kāi)關(guān)裝置和其他配電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。所以不需要維護(hù)旁路電路；缺點(diǎn)：1、大量采用開(kāi)關(guān)裝置，因此成本相對(duì)比較高；2、采用 STS 設(shè)備即意味著存在單路徑故障點(diǎn)以及復(fù)雜的故障模式；3、配置方案復(fù)雜。要保證各個(gè) UPS 系統(tǒng)均分負(fù)載并了解哪些系統(tǒng)為哪些負(fù)載供電，是一項(xiàng)艱巨的管理任務(wù)；4、無(wú)法預(yù)計(jì)運(yùn)行模式。各UPS 系統(tǒng)之間存在多種可能的轉(zhuǎn)換模式。要在預(yù)先定好的條件和故障條件下對(duì)所有這些模式進(jìn)行測(cè)試，以檢驗(yàn)控制策略和故障清除、設(shè)備是否正常運(yùn)行，是不切實(shí)際的；5、由于未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，UPS運(yùn)行 效率低下。722021-11-

42、25第72頁(yè)/共128頁(yè)STS1UPS1UPS2UPS3市電1市電2ATS1油機(jī)ATS2ATS3ATS4STS2配電1配電2單電源負(fù)載單電源負(fù)載雙電源負(fù)載分布式冗余UPS 配置（一）分布式冗余UPS 配置（二）單電源負(fù)載單電源負(fù)載雙電源負(fù)載單電源負(fù)載雙電源負(fù)載STS1STS2UPS1UPS2UPS3市電1市電2ATS1油機(jī)ATS2ATS3ATS4STS3配電3配電1配電2732021-11-25第73頁(yè)/共128頁(yè)（5）、雙總線(xiàn)系統(tǒng)冗余定義：雙總線(xiàn)系統(tǒng)、多路并聯(lián)總線(xiàn)、雙輸入、2(N+1)、2N+2、(N+1) + (N+1) 以及 2N 等都指的是該配置的變體。其基本設(shè)計(jì)概念，是允許每一個(gè)電氣

43、設(shè)備都可以在無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到市電的條件下出現(xiàn)故障或手動(dòng)關(guān)閉。優(yōu)點(diǎn)：1、兩條獨(dú)立的供電線(xiàn)路，無(wú)單路徑故障點(diǎn)，容錯(cuò)性極強(qiáng)；2、該配置為從電力入口到關(guān)鍵負(fù)載的所有線(xiàn)路提供了全方位的冗余；3、在 2(N+1) 設(shè)計(jì)中，即使在同步維護(hù)過(guò)程中，也仍存在 UPS 冗余；4、無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到旁路模式，即可同步維護(hù)；5、更容易使各 UPS 系統(tǒng)均分負(fù)載，并了解哪些系統(tǒng)為哪些負(fù)載供電；6、在設(shè)計(jì)中無(wú)需再面對(duì) STS 設(shè)備及其復(fù)雜的故障模式，從而使系統(tǒng)可用性得到了顯著提高。缺點(diǎn)：1、冗余組件數(shù)量多，成本高；2、由于未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，UPS 效率低下；3、一般的建筑物不太適合采用可用性極高的雙總線(xiàn)系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系

44、統(tǒng)需要對(duì)冗余組件進(jìn)行分開(kāi)放置(實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的隔離)。市電1市電2油機(jī)ATS1ATS2ATS3UPS1-1UPS1-2UPS2-1UPS2-2配電1配電2雙電源負(fù)載雙電源負(fù)載單電源負(fù)載機(jī)架STS2(N+1) UPS 配置配置742021-11-25第74頁(yè)/共128頁(yè)1.更關(guān)心配置是否具備高可用性，而不是其實(shí)現(xiàn)成本；2.位于專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的獨(dú)立建筑物中，基礎(chǔ)設(shè)施（包括 UPS、電池、制冷系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、市電和配電室）占據(jù)與數(shù)據(jù)中心設(shè)備同樣大小的空間，同時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素：物理加固問(wèn)題：能抵擋自然破壞，能免受電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障影響，建筑物能夠隔離并控制住故障。例如，兩個(gè) UPS 系統(tǒng)不應(yīng)放置在同一

45、個(gè)房間內(nèi)，電池與 UPS 模塊也不應(yīng)位于同一房間中。電路斷路器的匹配問(wèn)題： 建筑物加固：建筑物可抵抗颶風(fēng)、龍卷風(fēng)和洪水的破壞，應(yīng)當(dāng)讓建筑物遠(yuǎn)離 100 年的洪泛平原、建筑物上空應(yīng)避開(kāi)航線(xiàn)、采用厚實(shí)的墻壁以及無(wú)窗 戶(hù)設(shè)計(jì)；去掉靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) (STS)：應(yīng)避免STS 設(shè)備及其復(fù)雜的故障模式，對(duì)于可能存在的單電源負(fù)載 ，要充分利用雙總線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的冗余優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)將為單電源負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（小功率ATS）配置在機(jī)架中。配置雙總線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)注意的其它問(wèn)題配置雙總線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)注意的其它問(wèn)題752021-11-25第75頁(yè)/共128頁(yè)內(nèi)內(nèi) 容容可用性可用性可維護(hù)性可維護(hù)性可升級(jí)性可升級(jí)性故障擴(kuò)散故障擴(kuò)散現(xiàn)場(chǎng)操作

46、現(xiàn)場(chǎng)操作UPS單機(jī)99.99790*-*1 + 1直接并聯(lián)99.99947*1 + 1隔離冗余99.99970*N + 1直接并聯(lián)99.99947*N + 1公共旁路并聯(lián)99.99968*單母排輸出隔離的 公共旁路并聯(lián)99.99968*雙母排輸出隔離的 雙公共旁路并聯(lián)99.99968*帶STS和智能配電的 分布式冗余并聯(lián)99.99970*各種供電方案系統(tǒng)功能比較762021-11-25第76頁(yè)/共128頁(yè)10、雙輸入電源的負(fù)載特性、雙輸入電源的負(fù)載特性Dell PE6650服務(wù)器雙電源測(cè)試結(jié)果服務(wù)器雙電源測(cè)試結(jié)果:順序動(dòng)作電源A視在電流電源B視在電流1A,B同時(shí)接通 2A 1A2切斷B 2A

47、0A3再接通B 2A 1A4切斷A 0A 2A5再接通A 2A 1ADCACACDCDCACACDCDC5VA輸入B輸入IT負(fù)載雙電源IT設(shè)備772021-11-25第77頁(yè)/共128頁(yè)11、雙總線(xiàn)系統(tǒng)單路徑故障點(diǎn)與新的配置方法、雙總線(xiàn)系統(tǒng)單路徑故障點(diǎn)與新的配置方法市電1市電2油機(jī)ATS1ATS2配電1配電2UPS1UPS2配電3配電4雙電源STS單電源總線(xiàn)同步器配電1 R1UPS1 R2UPS1.2 R2.1配電2 R1UPS2 R2UPS1.2 R1.2配電3 R4總線(xiàn)同步器R3配電4 R4782021-11-25第78頁(yè)/共128頁(yè)市電1市電2油機(jī)ATS2ATS3配電1配電2UPS1UP

48、S2配電3配電4雙電源90%機(jī)架ATS單電源10%1212、高可用級(jí)別的雙總線(xiàn)系統(tǒng)、高可用級(jí)別的雙總線(xiàn)系統(tǒng)ATS1792021-11-25第79頁(yè)/共128頁(yè)（a）配電1 A1配電2 A1配電3 A1配電4 A1UPS1 AUUPS2 AUSTS As電網(wǎng)輸入系統(tǒng)包括ATS, At（b）UPS2.1 AUUPS1.2 AUUPS2.2 AUUPS1.1 AU配電1 A1配電2 A1配電3 A1配電4 A1電網(wǎng)輸入系統(tǒng)包括ATS, AtSTS As1313、冗余系統(tǒng)中再冗余對(duì)可用性的影響、冗余系統(tǒng)中再冗余對(duì)可用性的影響UPSUPS再冗余對(duì)可用性的影響再冗余對(duì)可用性的影響Aa=At1-(1-A1A

49、uA1)2As=0.9999799857Ab=At1-1-A11-(1-Au)2A12As=0.99997999949輸入輸出配電柜1-4，A1=0.99999；UPS，AU =0.9999，（MTBF=10萬(wàn)小時(shí)， MTTR=8小時(shí)）；STS,As=0.99999電網(wǎng)輸入冗余系統(tǒng)，At=0.99999；802021-11-25第80頁(yè)/共128頁(yè)1414、低成本的雙總線(xiàn)系統(tǒng)（可用于舊系統(tǒng)改造）、低成本的雙總線(xiàn)系統(tǒng)（可用于舊系統(tǒng)改造）優(yōu)缺點(diǎn)：？?jī)?yōu)缺點(diǎn)：？812021-11-25第81頁(yè)/共128頁(yè)ATS ： At=0.99999；油機(jī) ：Ay=0.999；市電：Ai=0.999；（在電網(wǎng)環(huán)境較

50、好的地區(qū)）；1515、油機(jī)再冗余對(duì)可用性的影響、油機(jī)再冗余對(duì)可用性的影響(a)(b)市電1市電2ATS1油機(jī)ATS2市電1市電2ATS1ATS3油機(jī)1油機(jī)2ATS2Aa=*At2=0.99998998901Ab=*At3 =0.99998999989822021-11-25第82頁(yè)/共128頁(yè)16、UPS輸出功率因數(shù)與實(shí)際帶載能力輸出功率因數(shù)與實(shí)際帶載能力1.UPS的實(shí)際輸出功率因數(shù)完全由負(fù)載功率因數(shù)決定，當(dāng)UPS的設(shè)計(jì)輸出功率因數(shù)PF1與負(fù)載功率因數(shù)PF2不匹配時(shí)：PF1 PF2 UPS輸出能力由負(fù)載無(wú)功功率決定；PF1 PF2 UPS輸出能力由負(fù)載有功功率決定；2.UPS可在與負(fù)載功率因數(shù)

51、不匹配情況下工作，但逆變器脫離最佳工作狀態(tài)，可靠性降低；3.UPS帶單臺(tái)負(fù)載時(shí)，負(fù)載功率因數(shù)低，帶多臺(tái)負(fù)載時(shí)，負(fù)載功率因數(shù)高；2222832021-11-25第83頁(yè)/共128頁(yè) 在不同實(shí)際負(fù)載功率因數(shù)下在不同實(shí)際負(fù)載功率因數(shù)下UPSUPS的輸出計(jì)算容量的輸出計(jì)算容量 負(fù)載功率因數(shù)負(fù)載功率因數(shù)UPSUPS額定功率額定功率100KVA100KVAUPSUPS最佳負(fù)載功率因數(shù)最佳負(fù)載功率因數(shù)0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0 0.6 0.6 有功功率（有功功率（KW)KW)606053.3553.35454532.6232.620 0無(wú)功功率（無(wú)功功率（

52、KVAR)KVAR)808071.471.4606043.543.50 0UPSUPS輸出功率（輸出功率（KVAKVA）10010089.1389.13757554.3754.370 00.7 0.7 有功功率（有功功率（KW)KW)6060707058.858.842.642.60 0無(wú)功功率（無(wú)功功率（KVAR)KVAR)61.261.271.471.4606043.543.50 0UPSUPS輸出功率（輸出功率（KVAKVA）85.785.7100100848460.960.90 00.8 0.8 有功功率（有功功率（KW)KW)60607070808058580 0無(wú)功功率（無(wú)功功率（

53、KVAR)KVAR)454552.552.5606043.543.50 0UPSUPS輸出功率（輸出功率（KVAKVA）757587.587.510010072.572.50 00.9 0.9 有功功率（有功功率（KW)KW)60607070808090900 0無(wú)功功率（無(wú)功功率（KVAR)KVAR)60607070808090900 0UPSUPS輸出功率（輸出功率（KVAKVA）66.6766.6777.7877.7888.8988.891001000 01.0 1.0 有功功率（有功功率（KW)KW)6060707080809090100100無(wú)功功率（無(wú)功功率（KVAR)KVAR)0

54、 00 00 00 00 0UPSUPS輸出功率（輸出功率（KVAKVA）842021-11-25第84頁(yè)/共128頁(yè)cosPsPwPF11111SWcoscosVIcosVIPPPFrIIRRUPSUPS的實(shí)際帶載能力的實(shí)際帶載能力輸出功率因數(shù)傳統(tǒng)表達(dá)形式： 輸出功率因數(shù)完全是由負(fù)載電壓與電流的相移決定的； 對(duì)輸出100KVA、PF=0.8的UPS，可帶80KW 純電組性負(fù)載；對(duì)計(jì)算機(jī)類(lèi)型的負(fù)載，輸入為整流濾波電路，功率因數(shù)的表達(dá)形式為： 輸出電流不是正弦波，而是脈沖波； 輸出電壓與電流相移不明顯，COS接近1； 輸出電流波形嚴(yán)重失真，富含高次諧波成份； 在電壓為正弦波的情況下，無(wú)功功率主要

55、由高次電流諧波形成； 電流峰值系數(shù)為3-5，而正弦波峰值系數(shù)為1.41； UPS輸出能力主要由過(guò)載能力決定，高峰值系數(shù)可能造成逆變器過(guò)載； 所以，輸出100KVA、PF=0.8的UPS，不保證可帶有功功率80KW、PF=0.8的 計(jì)算機(jī)負(fù)載 ；852021-11-25第85頁(yè)/共128頁(yè)瞬時(shí)狀態(tài)下的起動(dòng)電流瞬時(shí)狀態(tài)下的起動(dòng)電流必須知道每個(gè)負(fù)載的起動(dòng)電流及其持續(xù)時(shí)間。如果所有負(fù)載有同時(shí)起動(dòng)的可能，則必須將所有的起動(dòng)電流相加，以此來(lái)確定UPS的過(guò)載能力（幅值和延時(shí)時(shí)間）注意：負(fù)載應(yīng)該一個(gè)一個(gè)地起動(dòng)，或者按功能區(qū)域或以機(jī)架 為單元啟動(dòng)，盡量避免起動(dòng)電流的疊加； 負(fù)載配電的順序是：先上游后下游計(jì)算機(jī)系

56、統(tǒng) : 起動(dòng)電流為 8 In； 持續(xù)時(shí)間 80毫秒；變頻調(diào)速器 起動(dòng)電流為4 In 持續(xù)時(shí)間100毫秒；隔離變壓器 起動(dòng)電流為2-15 In 持續(xù)10-200 毫秒。2323862021-11-25第86頁(yè)/共128頁(yè)1717、關(guān)于、關(guān)于UPSUPS輸入阻抗性質(zhì)（輸入阻抗性質(zhì)（PF1PF1、容性還是感性）；、容性還是感性）；SWPPPF11111COSrICOSIIVCOSIVPPPFSSSW功率因數(shù)定義：線(xiàn)性電路：功率因數(shù)降低是由于基波電壓與基波電流產(chǎn)生相移造成的，電容性負(fù)載產(chǎn)生超前電流，電感性負(fù)載產(chǎn)生滯后電流，有功功率與視在功率的夾角等于有功電流與視在電流的夾角，用表示，則功率因數(shù)表達(dá)式為

57、：COSPPPFSW非線(xiàn)性電路：電路中，除了與基波電流之外，還存在大量高次諧波電流，在電壓為正弦波的情況下，所有高次諧波電流產(chǎn)生的功率都是無(wú)功的，如果以表示基波電流與基波電壓之間的相移，則電路的功率因數(shù)表達(dá)式為：SIIr1式中，r定義為電流因數(shù)，在UPS輸入整流電路中，基波電流相移很小，cos 1，低功率因數(shù)主要是由r 造成 的；結(jié)論結(jié)論：在低功率因數(shù)：在低功率因數(shù)UPS電路中，討論是容性還是感性是沒(méi)有意義的。電路中，討論是容性還是感性是沒(méi)有意義的。872021-11-25第87頁(yè)/共128頁(yè)1818、UPSUPS輸入電流諧波污染與抑制方法輸入電流諧波污染與抑制方法諧波的類(lèi)型諧波的類(lèi)型:單相輸

58、入整流單相輸入整流器器輸入輸入電流電流市電市電輸入輸入（a）單相輸入整流電流波形）單相輸入整流電流波形輸入輸入電流電流6脈沖脈沖 整流器整流器市電市電輸入輸入（b）6脈沖輸入整流電流波形脈沖輸入整流電流波形12脈沖整流器脈沖整流器市電市電輸入輸入輸入輸入電流電流（c）12脈沖輸入整流電流波形脈沖輸入整流電流波形PFC校正校正輸入輸入電流電流市電市電輸入輸入（d）PFC（高頻）輸入整流電流波形（高頻）輸入整流電流波形PF882021-11-25第88頁(yè)/共128頁(yè)諧波的問(wèn)題諧波的問(wèn)題:1、諧波形成無(wú)功功率 nnrmsnrmsRMSrmsrmsrmsSIVIVIVpcoscoscos222111

59、0)sin()sin(2120tdtnItnVnnnn2、諧波電流是UPS輸入功率因數(shù)低的主要原因。對(duì)計(jì)算機(jī)類(lèi)型的負(fù)載，輸入為整流濾波電路，功率因數(shù)的表達(dá)形式為：11111SWcoscosVIcosVIPPPFrIIRR121SWcos11cosPPPFTHDIr(輸入電壓為正弦波)892021-11-25第89頁(yè)/共128頁(yè)基波三次諧波0 2 0 /3 2 /3 4 /3 5/3 2 L1 L2 L3三相的三次諧波在零線(xiàn)中疊加 3、三次諧波在零線(xiàn)中疊加（形成零序電流）三次諧波在零線(xiàn)中疊加（形成零序電流）902021-11-25第90頁(yè)/共128頁(yè)4、輸入功率因數(shù)低是降低電能利用率和系統(tǒng)工作效

60、率低的原因之一PII2 2R R CSCCSC2 2(CSC(CSC是是COSCOS的倒數(shù)）的倒數(shù)）5、電流峰值因數(shù)對(duì)供電設(shè)備和傳輸導(dǎo)線(xiàn)容量的影響 對(duì)UPS容量的影響 對(duì)傳輸線(xiàn)和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的影響 I=10AI=20A100R 200R912021-11-25第91頁(yè)/共128頁(yè)非線(xiàn)性負(fù)載諧波源諧波失真阻性分量諧波失真感性分量電源主低壓開(kāi)關(guān)柜第2級(jí)分開(kāi)關(guān)柜末級(jí)開(kāi)關(guān)柜系統(tǒng)輸入變壓器、發(fā)電機(jī)類(lèi)設(shè)備電纜電纜、開(kāi)關(guān)電纜、開(kāi)關(guān)電纜、開(kāi)關(guān)6、系統(tǒng)自污染，系統(tǒng)污染有兩個(gè)途徑：1、經(jīng)濾波器形成地電流而形成地線(xiàn)污染；2、諧波電流通過(guò)傳輸阻抗形成諧波電壓污染；銅線(xiàn)阻抗：Z=L/S =0.01707mm/m（）L：mS