科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹2012-12-20資料.doc

1、科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹第一章 概述隨著信息技術(shù)的發(fā)展與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速擴(kuò)大,尤其是高功率密度設(shè)備的大量應(yīng)用,使得“建設(shè)節(jié)約又安全的通信供電系統(tǒng)”成為了各大通信運營企業(yè)關(guān)注的焦點,對通信電源也提出了新的運用要求240V高壓直流電源系統(tǒng)是配合通信行業(yè)動力系統(tǒng)方案升級而推出的一款新型的大功率,高效節(jié)能環(huán)保的新型智能化電源系統(tǒng),符合國家節(jié)能降耗減排的產(chǎn)業(yè)政策;降低通信系統(tǒng)運行能耗,提高可靠性的最佳動力系統(tǒng)方案圖1是IT設(shè)備的電源工作原理,由上圖可見,雖然IT設(shè)備輸入是交流電源,但核心部分還是DC/DC變換電路,我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路,就同樣能安全滿足IT設(shè)備工作

2、因為輸入端沒有工頻變壓器,所以輸入直流不會產(chǎn)生短路阻抗,就沒有必要非得交流輸入,不用交流也就沒有必要用UPS,由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了如果我們輸入的直流合理配上蓄電池,輔以遠(yuǎn)程監(jiān)控,構(gòu)成一個可靠的直流供電系統(tǒng),就可取代UPS交流供電系統(tǒng)高壓直流電源系統(tǒng)的的工作原理框圖如圖2所示:240V高壓直流電源系統(tǒng)包括PFC AC/DC市電整流升壓電路DC/DC變換電路輸出濾波電路監(jiān)控器電池組等部分在市電正常時,輸入通過PFC升壓成穩(wěn)定直流電壓,供給DC/DC變換器,輸出穩(wěn)定的240V直流,同時完成對電池的充電當(dāng)市電異常時,電池通過直接給負(fù)載供電由于采用世界領(lǐng)先的“三相三

3、線功率因數(shù)校正技術(shù)”“諧振電壓型雙環(huán)控制的諧振開關(guān)電源技術(shù)”,具有體積小重量輕效率高功率因數(shù)高輸入電流波形失真度(THD)低高可靠等優(yōu)點240V高壓直流電源系統(tǒng)主要由整流柜(整流模塊監(jiān)控模塊)交流配電柜直流配電柜(列頭柜),電池柜(含電池管理)四大部分構(gòu)成,如圖3所示圖3 直流電源系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)采用模塊化進(jìn)行設(shè)計,在提高電能使用效率,降低本身損耗,提高可靠性有了很大提高同時,根據(jù)負(fù)載大小可以調(diào)整模塊工作的數(shù)量,使系統(tǒng)能夠工作較高的轉(zhuǎn)換效率再者,系統(tǒng)的割接改造更為方便,直流電源只要做到電壓和極性相同就可以連到一起240V高壓直流電源系統(tǒng)優(yōu)點:l 一次能源變換,效率高l PFC變換,諧

4、波小,功率因數(shù)高l 電池直接供給負(fù)載使用率高第二章 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹科華240V高壓直流電源系統(tǒng)采用全數(shù)字控制技術(shù)系統(tǒng)智能化監(jiān)控理念進(jìn)行研制的大功率高智能高可靠節(jié)能環(huán)保的綠色電源系統(tǒng);主核心模塊采用CAN接口,配件以及選件模塊采用RS485接口,系統(tǒng)可靈活配置,易于擴(kuò)展以下簡述各部分的組成功能基本配置擴(kuò)容等為了滿足不同客戶需求,減少非標(biāo)產(chǎn)品的制作難度,整個系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化方式,即整流模塊配電監(jiān)控模塊系統(tǒng)監(jiān)控模塊電池管理模塊四大功能模塊,靈活組合各種不同配置,不同容量的系統(tǒng)高壓直流電源系統(tǒng)應(yīng)用框圖如圖4所示; 圖4 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)應(yīng)用框圖機(jī)柜采用標(biāo)準(zhǔn)的800 *

5、 800 * 2000機(jī)柜,系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊(觸摸屏)配電監(jiān)控模塊整流模塊(5+1模式)絕緣監(jiān)察模塊模擬量監(jiān)測模塊(選件)開關(guān)量監(jiān)測模塊(選件)電池巡檢模塊以及電池組,各個模塊的主要功能如下:1. 監(jiān)控模塊:主要功能為完成系統(tǒng)運行參數(shù)顯示系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置歷史記錄存儲與上位機(jī)監(jiān)控平臺信息交互;RS485信息交互接口2. 配電監(jiān)控模塊:主要功能為交流配電直流配電監(jiān)控,配電模塊開關(guān)量監(jiān)測,配電模塊絕緣監(jiān)察,與整流模塊信息交互實現(xiàn)整流模塊的數(shù)字化均流,系統(tǒng)智能調(diào)度;CANRS485信息交互接口,CAN接口實現(xiàn)與整流模塊的信息交互,RS485實現(xiàn)與顯示模塊配件或選件模塊的信息交互3. 整流模塊:整流模塊是系

6、統(tǒng)的核心部分,它將交流變換成直流(AC/DC),給負(fù)載供電,同時對電池充電,實現(xiàn)模塊數(shù)字化三電平三相APFC輸入功率因數(shù)校正,數(shù)字化三電平DC/DC變換,可由配電模塊DSP進(jìn)行智能調(diào)度,額定輸出240VDC/40A,最大功率12KW;CAN以及RS485信息交互接口4. 絕緣監(jiān)察模塊:實現(xiàn)直流配電柜各支路絕緣監(jiān)察,RS485信息交互接口5. 模擬量監(jiān)測模塊:實現(xiàn)直流配電柜個各支路模擬量(支路電流)監(jiān)測,RS485信息交互接口6. 開關(guān)量監(jiān)測模塊:實現(xiàn)各支路開關(guān)量監(jiān)測以及遠(yuǎn)程輔助控制,RS485信息交互接口7. 電池巡檢模塊:實現(xiàn)對電池端電壓檢測電池內(nèi)阻檢測(預(yù)留)電池電壓均衡性監(jiān)測電池溫度監(jiān)測

7、等,對于電池內(nèi)阻監(jiān)測功能本次設(shè)計先不考慮,后續(xù)進(jìn)行完善8. 電池組:電池組是保證不間斷供電的關(guān)鍵,在交流停電時,由蓄電池給負(fù)載供電科華240V高壓直流電源外觀如圖5圖5 科華240V高壓直流電源外觀圖2.1 產(chǎn)品特點本產(chǎn)品為新一代的數(shù)字化模塊化產(chǎn)品,將具有以下特點:1)系統(tǒng)監(jiān)控功能完善,高智能化;2)智能化系統(tǒng)具有高效節(jié)能模式(由配電監(jiān)控模塊智能調(diào)度)電池溫度補償?shù)裙δ?3)整流模塊數(shù)字化均流,不均流度將優(yōu)于3%;4)模塊化設(shè)計,系統(tǒng)N+1冗余模式,易于擴(kuò)容,具有高可靠高效節(jié)能等優(yōu)點;5)由于模塊采用了全數(shù)字化設(shè)計,大大提高了系統(tǒng)的智能化控制程度,可方便實現(xiàn)模塊智能調(diào)度輸出電壓智能調(diào)節(jié)輸出電流

8、智能調(diào)節(jié)模塊功率限制等;6)模塊的熱插拔設(shè)計,方便維護(hù);7)顯示觸摸屏設(shè)計,人機(jī)交互界面友好;8)整流模塊與配電模塊采用CAN總線設(shè)計,其余模塊采用RS485總線擴(kuò)展設(shè)計方案, 系統(tǒng)可根據(jù)實際需求靈活配置2.2產(chǎn)品應(yīng)用范圍 本產(chǎn)品為一種新型的不間斷電源產(chǎn)品,主要專門為通信用的IDC機(jī)房等應(yīng)用場所而設(shè)計240V高壓直流系統(tǒng)輸出的是240V的直流電,用直流電給交流負(fù)載供電必須確保所接負(fù)載是開關(guān)整流型負(fù)載(如普通PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)光纖收發(fā)器 服務(wù)器磁盤陣列等IT設(shè)備),非開關(guān)整流型的交流負(fù)載(如照明空調(diào)消防以及所有感性負(fù)載等)不能用此系統(tǒng)供電,否則會損壞負(fù)載)此外,還有以下幾點要注意:l 服務(wù)器若是含

9、有頻率檢測功能,則直流系統(tǒng)不能使用,需要經(jīng)過上電后測試確認(rèn)l 小型機(jī)由于是早些年購買的,上電前要檢測輸入電阻,若為幾十至幾百歐姆則不可使用直流系統(tǒng)l 取消保護(hù)接地就近接地的習(xí)慣,直流供電系統(tǒng)范圍內(nèi)全部采用三芯線第三章 240V高壓直流電源系統(tǒng)性能指標(biāo)3.1基本電氣環(huán)境要求 型號指標(biāo)240V高壓直流電源系統(tǒng)輸入特性電壓范圍380V(-30%+40%)電壓諧波含量5%電流諧波含量100%負(fù)載5%50%負(fù)載10%功率因數(shù)100%負(fù)載0.9950%負(fù)載0.98缺相工作情況缺相保護(hù)頻率范圍 (Hz)40-66接入方式三相三線地線電池電壓(Vdc)240適用電池容量100AH2000AH(可任意配置)輸出

10、特性功率(kW)72(可擴(kuò)展,最多480KW)額定輸出電壓(V)240輸出電壓范圍180V300V 連續(xù)可調(diào)輸出電流等級(A)40 * N(N為模塊數(shù)量)輸出限流額定電流×(20% 110% )動態(tài)響應(yīng)(s)在20%負(fù)載躍變道80%負(fù)載時恢復(fù)時間200S,超調(diào)±5%穩(wěn)壓精度±0.5%穩(wěn)流精度±1.0%紋波系數(shù)±0.5%效率100%負(fù)載93%50%負(fù)載92.5%并機(jī)性能±1%(監(jiān)控系統(tǒng)失效可正常工作,不均流度1%)充電方式均充/浮充(具有手動和自動模式)系統(tǒng)絕緣監(jiān)測直流母線以及直流支路均設(shè)置絕緣監(jiān)測其它特性絕緣電阻10M絕緣強(qiáng)度輸出對地

11、輸入對地輸入對輸出施加2.5KVAC, 1min無飛弧無閃絡(luò)報警功能電池異常絕緣異常市電異常輸出異常模塊異常系統(tǒng)故障防護(hù)等級IP20面板顯示友好的LCD觸摸屏人機(jī)互動界面音頻噪聲 (dBA)65dB保護(hù)功能交流輸入過壓欠壓保護(hù)直流輸出過壓欠保護(hù)輸入缺相保護(hù)過載保護(hù)直流輸出過流保護(hù)短路保護(hù)過溫保護(hù)防雷等級交流配電C級,直流配電C/D級(選配)冷卻方式風(fēng)冷(風(fēng)扇調(diào)速)輸出要求正負(fù)極均不得接地,采用懸浮方式供電尺寸 (mm)(寬´深´高)800´800´2000重量 (Kg)表1 科華240V高壓直流電源主要技術(shù)指標(biāo)3.2環(huán)境條件裝置在以下環(huán)境條件下可正常工作

12、:項 目參 數(shù)備 注工作溫度-5 +40 ;電信標(biāo)準(zhǔn)儲藏溫度-40 +70 ;電信標(biāo)準(zhǔn)工作相對濕度90%;40±2°C,無冷凝儲藏相對濕度95%;40±2°C,無冷凝大氣壓力86 KPa106 KPa噪 音<65dB (在1 m處測量)抗震性能系統(tǒng)能承受頻率為10Hz55Hz振幅為0.35mm的正弦波振動滿足標(biāo)準(zhǔn) YD 5096-2005海 拔海拔高度1000m海拔高度>1000m時,應(yīng)按GB/T 3859.2-93規(guī)定降容使用表2 科華240V高壓直流電源工作環(huán)境指標(biāo)第四章 240V高壓直流電源系統(tǒng)智能監(jiān)控管理介紹4.1系統(tǒng)具有模塊智能調(diào)度

13、功能,提高系統(tǒng)效率以及系統(tǒng)最大利用率1) 模塊休眠:當(dāng)每個模塊的負(fù)載低于70%時,系統(tǒng)監(jiān)控模塊根據(jù)算法,可以任意關(guān)閉一個模塊,使其處于待機(jī)狀態(tài),實現(xiàn)系統(tǒng)最佳節(jié)能運行(系統(tǒng)模塊至少有3個處于正常工作狀態(tài))2) 模塊輪休:監(jiān)控模塊可以讓休眠模塊啟動運行,而讓在運行的模塊進(jìn)入休眠狀態(tài),實現(xiàn)輪流休眠,提高系統(tǒng)模塊的可靠性4.2系統(tǒng)具有智能管理控制功能,用以適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需求,靈活配置1) 模塊調(diào)壓:根據(jù)監(jiān)控平臺可設(shè)置,模塊輸出電壓可以自動連續(xù)調(diào)節(jié)2) 模塊運行模式控制:模塊既可以恒壓(浮充)方式運行,也可以恒流(限流)方式運行3) 模塊限流調(diào)節(jié):系統(tǒng)可根據(jù)實際需求,設(shè)置調(diào)節(jié)模塊的限流點4) 模塊監(jiān)

14、測:監(jiān)控模塊可以隨時調(diào)取模塊的所有狀態(tài)參數(shù)5) 遠(yuǎn)程控制:監(jiān)控模塊上傳系統(tǒng)運行參數(shù),接收遠(yuǎn)端控制中心命令,控制系統(tǒng)運行4.3系統(tǒng)具有電池智能管理功能,延長系統(tǒng)電池組的應(yīng)用壽命1) 均浮充控制:系統(tǒng)可根據(jù)電池組電壓以及充電電流自動管理控制電池均充或電池浮充2) 定時充放電:系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)置要求,可自動完成對電池進(jìn)行定期充電,定期放電管理3) 電池智能放電測試:系統(tǒng)電池測試時,可自動調(diào)低系統(tǒng)輸出電壓,讓電池帶載放電,當(dāng)電池電壓到達(dá)設(shè)定放電電壓時,監(jiān)控模塊控制系統(tǒng)停止放電,進(jìn)入自動充電狀態(tài),用以完成定期對電池自動放電,由于采用此種智能放電方式可以大大提高系統(tǒng)電池測試的可靠性;另外在此種放電測

15、試條件下,系統(tǒng)計算電池的放電容量,判斷電池容量的變化程度,用以提示用戶4) 溫度補償:系統(tǒng)根據(jù)電池環(huán)境溫度,可智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓,完成對電池浮充充電溫度補償功能(補償范圍:1mV5mV/(°C.cell),可由監(jiān)控平臺設(shè)置)第五章 240V高壓直流電源模塊簡介5.1 整流模塊我公司生產(chǎn)的高頻開關(guān)電源采用全數(shù)字化控制技術(shù),采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具有體積小重量輕效率高空載損耗低運行穩(wěn)定可靠性高等優(yōu)點并采用三相三線有源功率因數(shù)校正技術(shù),使得交流輸入范圍寬,諧波干擾小配有標(biāo)準(zhǔn)CAN和RS485接口,易于與自動化系統(tǒng)對接,適用于各種容量及電壓等級的直流系統(tǒng)5.1.1 模塊主要特點Ø

16、采用全程軟開關(guān)技術(shù)高頻開關(guān)管及整流管全部軟開關(guān),效率高,空載功耗小Ø 三相三線功率因數(shù)校正技術(shù),功率因數(shù)高輸入電流波形失真度(THD)低Ø 直流輸出內(nèi)置隔離二極管,可以不增加額外措施實現(xiàn)熱插拔Ø 模塊具有RS-485和CAN接口,方便接入自動化系統(tǒng)進(jìn)行通信Ø 輸出過壓保護(hù):內(nèi)置過壓保護(hù)電路,出現(xiàn)過壓后模塊自動鎖死,模塊故障指示燈亮,故障模塊自動退出工作,不影響整個系統(tǒng)正常運行;Ø 輸出限流保護(hù):每個模塊輸出電流最大限制為額定輸出電流的1.1倍 Ø 短路保護(hù):采用回縮下垂限流方式,模塊輸出特性先降低輸出電壓限制輸出電流,輸出短路時模塊在

17、瞬間把輸出電壓拉低到零模塊可長期工作在短路狀態(tài),不會損壞,排除故障后模塊可自動恢復(fù)工作Ø 模塊并聯(lián)保護(hù):模塊內(nèi)部并聯(lián)采用數(shù)字化控制,數(shù)字化均流,故障時模塊自動退出系統(tǒng),不影響其它模塊正常工作Ø 過溫保護(hù):模塊檢測散熱器溫度超過85時自動關(guān)機(jī)保護(hù),溫度降低后模塊自動啟動5.1.2性能指標(biāo)表3 三相輸入240V輸出系列模塊特點及技術(shù)參數(shù)型號KHD240-40輸出電流(A)40功率(KW)12重量(kg)13冷卻方式強(qiáng)制風(fēng)冷散熱器溫升20輸入電壓 范圍(VAC)最小值260典型值380最大值530輸出可調(diào) 范圍(VDC)最小值180典型值240最大值290穩(wěn)壓精度±0.

18、5%穩(wěn)流精度±1%輸入功率因數(shù)0.93最大可聞噪聲(dB)55存儲溫度()-4060工作環(huán)境 溫度()-1040并機(jī)不均流度監(jiān)控正常1%監(jiān)控異常1%啟動延時(秒)38峰-峰值雜音電壓0.5%效率100%負(fù)載93.5%50%負(fù)載93%自動限流特性輸出電流超過輸出限流設(shè)定值時,恒流輸出,輸出電流不會增大輸出過壓保護(hù)輸出電壓超過290VDC模塊自動停止輸出,以防損壞設(shè)備輸出低壓保護(hù)配電監(jiān)控模塊低壓保護(hù)告警點,默認(rèn)點:160VDC輸出短路保護(hù)特性輸出短路時,模塊自行保護(hù),以防損壞,排除故障可自動恢復(fù)工作絕緣強(qiáng)度輸入對機(jī)殼2500VAC 1分鐘10mA 無擊穿無飛弧輸入對輸出2500VAC 1

19、分鐘 10mA無擊穿無飛弧輸出對機(jī)殼2000VAC 1分鐘10mA無擊穿無飛弧模塊工作方式自動模式接受系統(tǒng)監(jiān)控模塊調(diào)度手動模式適用于模塊單獨工作,浮充態(tài)限流輸出(272.5±5VDC)5.2 配電監(jiān)控模塊直流240VDC直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC300VDC主要功能是檢測輸入和輸出的參數(shù)狀態(tài),并通過485總線將信息上傳給主監(jiān)控平臺1） 交流配電方面,輸入通過監(jiān)測交流配電開關(guān)量交流電壓以及交流電流,上報主監(jiān)控模塊用以顯示,并且通過主輸入電壓判斷用以控制模塊工作2） 直流配電方面,監(jiān)測系統(tǒng)直流配電空開開關(guān)量電池組電壓電池充放電電流直流母線電壓模塊總負(fù)載等3） 整流模塊方面

20、,配電監(jiān)控模塊與整流模塊之間通過CAN總線進(jìn)行通信,監(jiān)測整流模塊的輸出負(fù)載總電流,對各整流模塊下發(fā)模塊電流限流點命令,實現(xiàn)整流模塊進(jìn)行數(shù)字均流;配電模塊可對整流模塊進(jìn)行智能調(diào)度,控制整流模塊進(jìn)行休眠,提高系統(tǒng)的利用率以及模塊的可靠性;配電監(jiān)控模塊接收主監(jiān)控模塊(整流模塊額定輸出電流限流點)設(shè)置信息后,通過CAN通訊下發(fā)給各整流模塊4） 電池管理方面,配電監(jiān)控模塊可對系統(tǒng)進(jìn)行均浮充自動裝換參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并對電池電壓和電流進(jìn)行監(jiān)控,防止電池過壓過流電池處于浮充狀態(tài),可對電池進(jìn)行容量測試5） 其他監(jiān)控,包括防雷器空開,溫度監(jiān)測,絕緣監(jiān)測等5.3 LCD監(jiān)控觸摸屏模塊模塊電源由系統(tǒng)輸出240VDC直流

21、電源經(jīng)過DC/DC裝換成為模塊輸入的24VDC電源,24V電源模塊電壓范圍:90VDC300VDC監(jiān)控模塊監(jiān)控方案如圖6所示圖6 主監(jiān)控方案通過485總線,主監(jiān)控觸摸屏與配電監(jiān)控模塊開關(guān)量模塊電池巡檢模塊模擬量模塊和絕緣監(jiān)測模塊進(jìn)行通信,各模塊將檢測到的數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏進(jìn)行信息顯示,觸摸屏通過人機(jī)互動下發(fā)設(shè)置信息給各個模塊5.3 配件小模塊5.3.1 絕緣監(jiān)測模塊240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC-300VDC負(fù)責(zé)監(jiān)測母線絕緣支路絕緣,并通過RS485接口將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機(jī)1個模塊具有最多可監(jiān)測64路直流支路絕緣,最多可擴(kuò)展15個模塊監(jiān)察內(nèi)容1)接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的監(jiān)察通道設(shè)置,通過配電監(jiān)控模塊協(xié)調(diào),實時在線監(jiān)察每路支路的絕緣狀況2)通