UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢課件

1、UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢1，UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問題2，當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)設(shè)計和配置中存在 的幾個問題目錄采購：關(guān)系、價格，廠家得利運(yùn)行：質(zhì)量、維護(hù)，用戶得利1，UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問題目錄采購：關(guān)系、價格，市電1市電2ATS柴油發(fā)電機(jī)ATS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)換開關(guān)；線纜傳輸；變壓器；電池阻UPS供電系統(tǒng) 負(fù)載一，UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)狀和值得思考的問題市電1市電2ATS柴油發(fā)電機(jī)ATS交流輸入系統(tǒng)UPS主機(jī)；U當(dāng)前UPS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次無源

2、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%直流母線電壓DC300V15%計算機(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)電池組當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖逆變器工作波形 AC/D（1）系統(tǒng)可靠性問題； 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)電流諧波干擾問題； 系統(tǒng)中存在兩個諧波源-負(fù)載開關(guān)電源和UPS。對電網(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、對地線系統(tǒng)提出苛刻要求等。（3）系統(tǒng)成本和能源消耗問題； 能

3、源兩次轉(zhuǎn)換降低了效率、系統(tǒng)復(fù)雜性提高了購置成本和運(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)化問題； 系統(tǒng)復(fù)雜為標(biāo)準(zhǔn)化帶來困難，系統(tǒng)設(shè)計建造停留在手工業(yè)階段。（5）系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展、變更問題； 以計劃容量一次性投入、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)存在的問題（1）系統(tǒng)可靠性問題；當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)存在的問題與安全有關(guān)的兩大問題一, 系統(tǒng)的可用性： 可靠性低，造成系統(tǒng)不可遇見的突發(fā)性故障2, 諧波干擾：造成系統(tǒng)隱性故障與安全有關(guān)的兩大

4、問題一, 系統(tǒng)的可用性：2, 諧波干擾：造成諧波電流對系統(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2、輸入功率因數(shù)低是降低電能利用率和系統(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功的3、諧波是中線電流大的主要原因 所有的3次及3的整數(shù)倍3n次諧波電流在中線上都是同相位迭加的 4、電流峰值因數(shù)對供電設(shè)備和傳輸導(dǎo)線容量的影響 增大傳輸損耗5、諧波電流對供電系統(tǒng)的污染 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；加速電 纜絕緣老化，縮短使用壽命；干擾由同一電網(wǎng)供電的其它電氣設(shè)備的正 常工作；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)和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確；對通信和計算 機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾諧波電流對系統(tǒng)和電網(wǎng)的污染1、諧波電流是UPS輸入功率因數(shù)低 UPS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：增大電力系統(tǒng)的供電容量和傳輸電纜、開關(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 UPS供電系統(tǒng)的諧波治理諧波治理是UPS設(shè)備性能改進(jìn)和供降低和治理系統(tǒng)諧波電流方法之一：12脈沖整流+無源濾波器逆變器工作波形 配電 DC/AC

6、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直流母線電壓AC/DC12脈沖整流11次無源濾波PF=0.95THDI10%DC300V15%計算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760V電池組存在問題：1，增加系統(tǒng)成本；2，負(fù)載減輕時，無源濾波效果不好降低和治理系統(tǒng)諧波電流方法之一：逆變器工作波形 配電 降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之二：PFC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直流母線電壓 PFC整流PF=0.99THDI5%DC300V15

7、%計算機(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120KVA降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之二：逆變器工作波形 配電 降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之三：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%直流母線電壓PF=0.99THDI5%DC300V15%計算機(jī)負(fù)載器件電壓：全橋380V半橋760VAPF電池組可放在UPS前端，也可放在整個系統(tǒng)前端降低治理系統(tǒng)諧波電流方法之三：逆變器工作波形

8、AC/DCH5 H7 H11 H13 H17 H19 THDI353025201510506脈沖12脈沖 無源濾波 有源濾波（包括PFC整流）%各種濾波形式的性能比較濾波效果諧波抑制方式系統(tǒng)配置能力頻率特性負(fù)載量影響THDI%PF基波頻率設(shè)備系統(tǒng)可擴(kuò)展性12脈沖整流器+LC濾波器10%0.95部分50HZ設(shè)備較差影響大LC無源濾波器 10 0.95部分50HZ設(shè)備系統(tǒng)差 影響大PFC整流器 40.99各次可變設(shè)備不影響 不影響有源濾波器3UPS輸入電流PF=0.7THDI30%直流母線電壓PF=0.99THDI5%PF=0.99THDI5%PF=0.95THDI10%DC300V15%計算機(jī)負(fù)

9、載主機(jī)模塊化系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)-STS智能管理集成化系統(tǒng)當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖器件電壓：全橋380V半橋760V電池組逆變器工作波形 AC/DCAC/DC PFC整流11次無值得思考的問題：傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)方案已經(jīng)走過了50年IDC供電系統(tǒng)設(shè)計建造的現(xiàn)狀和趨勢是：系統(tǒng)不斷復(fù)雜化；設(shè)備堆積、結(jié)構(gòu)臃腫；成本不斷攀升；效率難以再有效提高；五花八門，難以標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)可靠性差是造成以上現(xiàn)象的根本原因值得思考的問題：傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)方案已經(jīng)走過了50年值得思考的問題之一：可靠性問題用戶感覺到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電有UPS系統(tǒng)保護(hù)，而UPS系統(tǒng)故障由誰保護(hù)呢？

10、負(fù)載對系統(tǒng)可靠性要求提高，是因為UPS系統(tǒng)的可靠性不高在系統(tǒng)正常的情況下，市電掉電時可保護(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)生在同一時刻是不大可能的但市電正常，系統(tǒng)本身故障卻沒有確有把握的保護(hù)值得思考的問題之一：可靠性問題用戶感覺到UPS系統(tǒng)故障的頻率值得思考的問題之二：諧波源治理問題系統(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)帶來的，供電系統(tǒng)為治理電流諧波付出的代價是巨大的，有沒有更有效的消除電流諧波源的辦法呢？值得思考的問題之二：諧波源治理問題系統(tǒng)中的諧波是負(fù)載和UPS值得思考的問題之三：建造成本系統(tǒng)建造和運(yùn)行成本還要繼續(xù)升高嗎？治理諧波電流要增加有源或無源濾波器；要提高設(shè)備

11、可靠性，冗余并機(jī)使UPS設(shè)備購置成本加倍；要提高系統(tǒng)可靠性，雙總線冗余配置使設(shè)備購置成本再加倍；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；值得思考的問題之三：建造成本系統(tǒng)建造和運(yùn)行成本還要繼續(xù)升高嗎值得思考的問題之四：能源效率系統(tǒng)運(yùn)行的能源效率還有提升的余地嗎？提高設(shè)備工作效率、降低系統(tǒng)中電流諧波形成的無功功率，對提高系統(tǒng)能源效率起到了一定的作用，但設(shè)備輕載工作、UPS冗余配置、系統(tǒng)雙總線配置等提高可靠性的措施，又明顯地提高了系統(tǒng)消耗的功率系統(tǒng)復(fù)雜性本身造成了系統(tǒng)能源消耗不斷增大的趨勢值得思考的問題之四：能源效率系統(tǒng)運(yùn)行的能源效率還有提升的余地值得思考的問題之五：維護(hù)使用難度系統(tǒng)維

12、護(hù)難度大的原因是： 系統(tǒng)復(fù)雜； 可靠性差； 沒有標(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)備的安裝問題、人為操作和維護(hù)問題引起的值得思考的問題之五：維護(hù)使用難度系統(tǒng)維護(hù)難度大的原因是：系統(tǒng)值得思考的問題之六：適應(yīng)性系統(tǒng)的適應(yīng)性有多大討論的空間呢？我們對適應(yīng)性成果看到的星星，而不是月亮，太陽當(dāng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化周期小于設(shè)備的生命周期時，就會對設(shè)備的適應(yīng)性提出要求。由于技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的不確定性和不可預(yù)測性，要求一臺設(shè)備能夠自動而有準(zhǔn)備地適應(yīng)新的需求是根本不可能的。值得思考的問題之六：適應(yīng)性系統(tǒng)的適應(yīng)性有多大討論的空間呢？我值得思考的問題之七：標(biāo)準(zhǔn)化問題難道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化永遠(yuǎn)是句口號嗎？其他行

13、業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)化的觀念已上升到一個新的高度，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)。IDC機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有什么進(jìn)展。還停留在手工行業(yè)階段：將來自不同供應(yīng)商的不兼容的設(shè)備進(jìn)行定制化設(shè)計，組合成一個獨(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、部署、維護(hù)和管理的系統(tǒng) 所有應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品最終都是用商業(yè)價值決定優(yōu)劣的價值可用性適應(yīng)性總擁有成本標(biāo)準(zhǔn)化對提高可用性、提高適應(yīng)性和降低總擁有成本起著重要的作用值得思考的問題之七：標(biāo)準(zhǔn)化問題難道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化永遠(yuǎn)是句口號嗎？值得思考的問題之八：正確地選用配置UPS根據(jù)需要確定選用標(biāo)準(zhǔn)；計算機(jī)對UPS電性能指標(biāo)要求并不高；任何高指標(biāo)都是要以提高成本和降低可靠性為代

14、價的；屏蔽和排除廠家的誤導(dǎo)值得思考的問題之八：正確地選用配置UPS根據(jù)需要確定選用標(biāo)準(zhǔn) 二、UPS系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的幾個問題1、計算機(jī)類負(fù)載對UPS電性能指標(biāo)要求不高2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能3，機(jī)房接地問題4、如何配置雙市電輸入5、雙總線系統(tǒng)的單路徑故障點(diǎn)與新的配置方法6、冗余系統(tǒng)中再冗余對可用性的影響7、關(guān)于UPS輸入電壓變化范圍 二、UPS系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的幾個問題1、計算機(jī)類負(fù)載1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高性能指標(biāo) 計算機(jī)類負(fù)載的要求電壓穩(wěn)定精度 +15%，-20% +20%，-35%波形失真度 有效值峰值變化=穩(wěn)壓精度范圍三相電壓不平衡度 5%頻率變化范圍 20

15、%市電掉電時轉(zhuǎn)換時間（ms） 201、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高性能指標(biāo) 1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高上部軌跡：電源低電壓 DC 輸出中間軌跡：輸入電壓和電流斷開 AC 后，承擔(dān)大容量負(fù)載的計算機(jī)電源輸出延遲一段時間后才開始下降。1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高上部軌跡：斷開 AC 后1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高允許在與 SMPS 設(shè)備連接的 UPS 輸出中出現(xiàn)大小和持續(xù)時間位于綠色“區(qū)域”中的電壓擾動（“瞬變電壓”）； 摘自 IEC 標(biāo)準(zhǔn) 62040-3：SMPS 負(fù)載兼容的可接受 AC 電壓異常的大小和持續(xù)時間1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高允許在與 SMPS

16、 設(shè)備1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高百萬千萬臺PC機(jī)是在輸入電壓11.25%范圍內(nèi)工作的電池-逆變開始時計算機(jī)機(jī)內(nèi)直流電壓電池放電結(jié)束時計算機(jī)機(jī)內(nèi)直流電壓電池-逆變開始時UPS輸出電壓波形電池放電結(jié)束時UPS輸出電壓波形電池浮充電壓電池放電下限電壓后備式方波輸出UPS1、計算機(jī)類負(fù)載對電性能指標(biāo)要求不高百萬千萬臺PC機(jī)是在輸入2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能UPS輸入12脈沖整流必須配置隔離變壓器輸出DC/AC全橋逆變器需要隔離變壓器系統(tǒng)零地電壓差大時需配置隔離變壓器普通隔離變壓器抗干擾能力不強(qiáng)全橋逆變器可去掉輸出隔離變壓器2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能UPS輸入12脈沖整流必須配2、

17、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能濾波器輸出變壓器濾波器維護(hù)旁路靜態(tài)旁路系統(tǒng)隔離變壓器零地電壓差機(jī)內(nèi)輸出隔離變壓器沒有系統(tǒng)隔離功能2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能濾輸出變壓器濾維護(hù)旁路靜2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能UPS主機(jī)LNELNE配電2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能LL配電 IT接地系統(tǒng)(浮空)TN-C接地系統(tǒng) (適用三相平衡負(fù)載)TN-S接地系統(tǒng) TN-C-S接地系統(tǒng)進(jìn)戶前 進(jìn)戶后 TT接地系統(tǒng)(保證PE 不帶電)3、機(jī)房接地問題 IT接地系統(tǒng)(浮空)TN-C接地系統(tǒng)TN-S接地系統(tǒng) TN4、如何配置雙市電輸入UPS靜態(tài)旁路UPS主電路市電輸入1市電輸入2(a)UPS雙輸入接法無轉(zhuǎn)旁路功

18、能的UPS市電輸入1市電輸入2(b) 交流輸入1掉電時的系統(tǒng)狀態(tài)可延時(電池供電時間)不間斷轉(zhuǎn)換的STS市電輸入1市電輸入2(c) 交流輸入2掉電時的系統(tǒng)狀態(tài)市電輸入1市電輸入2ATSUPS（d）雙路市電的正確接法4、如何配置雙市電輸入UPS靜態(tài)旁路UPS主電路市電輸入1市5、雙總線系統(tǒng)的單路徑故障點(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單電源配電1 R1UPS1 R2UPS1.2 R2.1配電2 R1UPS2 R2UPS1.2 R1.2總線同步器 R3配電3 R4配電4 R4總線同步器5、雙總線系統(tǒng)的單路徑故障點(diǎn)與新的配置方法市電1市電2油機(jī)A（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 As輸入輸出配電柜1-4,A1=0.999