【正文】 1 1 綠色能源 (UPS)不間斷電源的原理與設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 摘要 ?????????????????? 5 關(guān)鍵詞 ?????????????????? 5 引言 ?????????????????? ? 5 UPS 電源的基本原理 ??????????????? 5 1. 2 UPS 的發(fā)展和分類?????????? ? ???? 5 UPS 的發(fā)展?????????????? ? ?? 6 UPS 的分類???????????? ? ????? 6 電力保護(hù)系統(tǒng)中 UPS 的應(yīng)用 ? ?? ?? ????? ? 9 本文選題的意義???????????????? 11 第二章 怎樣選擇 UPS 電源 ??????????????? 12 ups 參數(shù)的計(jì)算 ??????????????? 14 長延時(shí) ups 蓄電池容量選擇 ???????????? 14 根據(jù)電力環(huán)境選擇 ??????????????? 14 根據(jù)負(fù)載設(shè)備選擇 ??????????????? 14 根據(jù)地理環(huán)境選擇 ??????????????? 14 第三章 UPS 的結(jié)構(gòu) ??????????????? 14 整流部分??????????????????? 14 濾波部分??????????????????? 17 逆變部分 ??????????????????? 17 網(wǎng)管功能智能部分 ?????????????? 17 各類 UPS 的優(yōu)缺點(diǎn) ?????????????? 17 第四章 UPS 的安裝 ?????????? ???????? 20 電纜線徑的計(jì)算 ????????????????? 20 UPS 的串并聯(lián)接 ????????????????? UPS 的放置 ????????????????? 22 ups 的常見故障及維護(hù) ?????????????????? 23 淺談 EPS 的概念 ??????????????? 25 脈寬調(diào)制 ??????????????? 25 諧波分析 ???????????????? 26 UPS 供電系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ????????????? 27 死區(qū)對逆變器輸出電壓影響分析????????? 28 第五章 電池充電環(huán)節(jié)???????????????? 第六章 結(jié)束語和展望???????????????? 謝辭???????????????????????? 參考文獻(xiàn)?????????????????????? 2 2 摘要： 本文簡單介紹了 UPS 的原理、基本結(jié)構(gòu)，針對電網(wǎng)供電質(zhì)量問題 ， 著重講解了UPS 電源不可或缺的作用，最后給出了幾種幾種 ups 連接方案及 UPS 供 電系統(tǒng)現(xiàn)狀與 發(fā)展趨勢 。 關(guān)鍵詞： UPS 電力防護(hù) 設(shè)備選型 連接方案 功率因數(shù) EPS 蓄電池 3 3 引 言 UPS(Uninterruptible Power Supply)意為不間斷電源系統(tǒng)，它能夠?yàn)樨?fù)載提供連續(xù)穩(wěn)定高質(zhì)量的電能。隨著機(jī)、精密儀器等用電設(shè)備的普及以及電信、銀行、場館、機(jī)場等重要場所對供電質(zhì)量要求越來越高， UPS 得到了廣泛的應(yīng)用，被稱為電力系統(tǒng)的防護(hù)墻 . 已經(jīng)逐步成為高可靠、高性能、高度自動化的局部供電中心。 (見書 ) 在這種背景下， UPS(不間斷電源）應(yīng)運(yùn)而生，并伴隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，不 斷推陳出新，在十?dāng)?shù)年間，不僅造就了一個(gè)嶄新的產(chǎn)業(yè)，而且隨著時(shí)間的推移更將有蓬勃的發(fā)展和燦爛的前景。 UPS 電源的基本原理 第三章 .. @ 幾種類型 UPS 點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖 一般來講， UPS 由五大部分組成：整流電路、儲能機(jī)構(gòu)、逆變電路、旁路開關(guān)電路及測控電路。如圖 所示： 1)整流器：整流器是一個(gè)整流裝置，簡單的說就是將交流（ AC）轉(zhuǎn)化為直流（ DC）的裝置。它有兩個(gè)主要功能：第一，將交流電（ AC）變成直流電 (DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變 器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用； 2)蓄電池：蓄電池是 UPS 用來作為儲存電能的裝置，它由若干個(gè)電池串聯(lián)而成，其容量大小決定了其維持放電（供電）的時(shí)間。其主要功能是：１當(dāng)市電正常時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存在電池內(nèi)部。２當(dāng)市電故障時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能提供給逆變器或負(fù)載； 3)逆變器：通俗的講，逆變器是一種將直流電（ DC）轉(zhuǎn)化為交流電（ AC）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成； 4)靜態(tài)開關(guān)：靜態(tài)開關(guān)又稱靜止開關(guān)，它是一種無觸點(diǎn)開關(guān)，是用兩個(gè)可控硅（ SCR）反向并聯(lián)組 成的一種交流開關(guān)，其閉合和斷開由邏輯控制器控制。分為轉(zhuǎn)換型和并機(jī)型兩種。轉(zhuǎn)換型開關(guān)主要用于兩路電源供電的系統(tǒng)，其作用是實(shí)現(xiàn)從一路到另一路的自動切換；并機(jī)型開關(guān)主要用于并聯(lián)逆變器與市電或多臺逆變器。 測控電路：是 UPS 的大腦，監(jiān)測輸入電壓、電流的水平和控制輸出的電壓和電流精度；設(shè)置和控制整流器、逆變器；控制儲能機(jī)構(gòu)的充放電；控制主回路與旁路之間的轉(zhuǎn)換。 1 , 后備式 UPS 4 4 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，但輸入電壓范圍窄，輸出電壓穩(wěn)定精度 差，有切換時(shí)間，且輸出波形一般為方波。 2, 在線互動式 UPS 特點(diǎn)是：有較寬的輸入電壓范圍，噪音低，體積小等特點(diǎn)，但同樣存在切換時(shí)間。 3, 在線式 UPS 特點(diǎn) :有極寬的輸入電壓范圍，無切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高 . @ ups 解決電源干擾 ? 停電保護(hù) ? 高低電壓保護(hù) ? 波形失真處理 ? 頻率穩(wěn)定 ? 電壓穩(wěn)定 ? 抑制橫模噪聲 ? 抑制共模噪聲 ? 突波保護(hù) ? 瞬時(shí)響應(yīng)保護(hù) ? 監(jiān)控電源 5 5 @ 各技術(shù) UPS 電源對市電的解決能力 @ 工業(yè)級 UPS 與商業(yè)級 UPS 的區(qū)別 考慮因素 工業(yè)級 UPS（工廠） 商用 UPS（ IT） 環(huán)境 溫度≥ 40℃ 濕度≥ 95％ 灰塵污染――通常污染嚴(yán)重，偶見腐蝕性氣體污染 濕氣――雨天防護(hù) 氣候調(diào)節(jié) —— 溫度、濕度精度調(diào)節(jié)器 灰塵污染 —— 在寫字樓及數(shù)據(jù)中心環(huán)境中灰塵污染很低 濕氣 —— 無 制冷 UPS系統(tǒng)可監(jiān)控的內(nèi)部后備風(fēng)扇 機(jī)房制冷系統(tǒng) 操作 無后備設(shè)計(jì) 后備設(shè)計(jì) 工作壽命 ＞ 10 年至 15 年（根據(jù)配件可選用） ＜ 5 年至 10 年（通常根據(jù)技術(shù)） 檢查口 只有前置檢查口，包括所有終端，小型機(jī)的著陸區(qū)非常重要 前置檢查口，小型機(jī)的著陸區(qū)非常重要 運(yùn)輸 叉車或升降機(jī) 叉車或升降機(jī) 電池后備時(shí)間 60 分鐘至 8 個(gè)小時(shí)或者更多 10 至 30 分鐘 物理設(shè)計(jì) 金屬外殼－ NEMA12 標(biāo)準(zhǔn) 薄金屬外殼－ NEMA1 標(biāo)準(zhǔn) 絕緣 通常的觸電絕緣必備 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而定 EMI/RFI 工業(yè)級別 IT 級別 通信 繼電器觸電必備 MODBUS 協(xié)議， Profibus完備的通信及報(bào)告能力均需必備 6 6 通信接口 @ UPS 電源的智能化網(wǎng)管功能 件書 109 第四章 @ UPS 的串并聯(lián)接 ? 摘要 文中分析了 UPS的串并聯(lián)冗余技術(shù) ,并提出了兩臺不同型號 UPS的三種安裝改造方案 ,并結(jié)合配電結(jié)構(gòu)實(shí)際情況 ,分析了三種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) ,最后選出了 UPS最佳改造方案。 UPS作為電源保障 ,為負(fù)載提供高質(zhì)量的不間斷電源 ,在航空航天、衛(wèi)星通信等重要領(lǐng)域大量應(yīng)用。目前我單位配有 IPM BP225 UPS 一臺 ,單機(jī)運(yùn)行了十余年 ,由于設(shè)備陳舊 ,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。為了提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性 ,我單位決定對供電系統(tǒng)進(jìn)行改 造 ,新增一臺UPS。為了改造工作的順利開展 ,本文分析了兩臺 UPS的串并聯(lián)冗余技術(shù) ,并結(jié)合配電結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況 ,提出了三種改造技術(shù)方案 ,并詳細(xì)分析了其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) ,最后選出了最佳改造方案。 1 UPS的串并聯(lián)冗余技術(shù) 在 UPS的應(yīng)用中 ,用戶為了提高運(yùn)行可靠性 ,往往要求幾臺 UPS冗余連接。 UPS的冗余連接有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。 UPS的串聯(lián)連接 任何具有旁路 (BYPASS)的 UPS都可以進(jìn)行串聯(lián)連接 ,兩臺 UPS的串聯(lián)連接的方式如圖 1所示。 圖 1 UPS串聯(lián)連接 這種連接很方便 ,只需要將一臺 UPS(如 UPS1)的 BYPASS(BYPSS1)的輸入與市電斷開 ,并連接另一臺 UPS(如 UPS2)的輸出端 ,就構(gòu)成了兩臺 UPS的熱備份冗余 系統(tǒng)。在正常情況下由UPS1向負(fù)載供電 ,而 UPS2處于熱備份空載運(yùn)行 。當(dāng) UPS1故障時(shí) ,UPS2投入運(yùn)行接替 UPS1繼續(xù)給負(fù)載供電。只有當(dāng) UPS2因過載或逆變器故障時(shí) ,才由兩臺 UPS的旁路給負(fù)載提供市電。 7 7 UPS的并聯(lián)連接 提高 UPS供電系統(tǒng)可靠性的另一個(gè)方法是并聯(lián)連接 ,但是 UPS的并聯(lián)連接并不像串聯(lián)連接那樣容易。因?yàn)樗?UPS的輸出阻抗不可能相同 ,加之各逆變器的輸出電壓和市電電壓鎖相都具有正負(fù)誤差 ,致使各個(gè) UPS的輸出電壓既有相位差又有幅值差 ,因此一般 UPS直接并聯(lián)是危險(xiǎn)的 ,只有具有并聯(lián)功能的 UPS才能并聯(lián)。圖 2中將兩個(gè) UPS并聯(lián) ,這種將兩臺 UPS的輸出直接并聯(lián) ,必須滿足下列條件 :相位和幅值相同 ,以保證兩個(gè) UPS之間無破壞性環(huán)流產(chǎn)生。 圖 2 UPS并聯(lián)連接 為了滿足上述條件 ,僅具備 BYPASS結(jié)構(gòu)的 UPS就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了 ,如果是不具備并聯(lián)功能的UPS,就必須在原 UPS的基礎(chǔ)上增加并聯(lián)柜或并聯(lián)板 ,這樣就必須增加投資。 并聯(lián)連接的優(yōu)點(diǎn)在于它不僅可以提高可靠性 ,而且過載、動態(tài)性能比串聯(lián)方式好得多 ,且便于增容。 并聯(lián)連接的方式有以下幾種 : (1)主從并聯(lián) 這種方式是并聯(lián)系統(tǒng)中以一臺 UPS為主機(jī) ,其他為從機(jī)。從機(jī)在主機(jī)的控制下 ,從機(jī)中任意一臺出現(xiàn)故障 ,均不影響系統(tǒng)的正常供電 ,但若主機(jī)出現(xiàn)故障則全系統(tǒng)癱瘓。 (2)無主從并 聯(lián) 并聯(lián)系統(tǒng)中無主從之分 ,系統(tǒng)中任一臺 UPS 既是主機(jī)也是從機(jī) ,哪臺先開哪臺就是主機(jī) ,而后開機(jī)的都是從機(jī)。一旦主機(jī)故障停機(jī) ,系統(tǒng)自動選擇作為從機(jī)運(yùn)行的另一臺 UPS接替主機(jī)的工作 ,保持供電不間斷。 (3)限流并聯(lián)系統(tǒng) 8 8 把系統(tǒng)中所有的輸出并聯(lián)連接 ,但每臺 UPS必須有可靠的限流功能 ,即在任何情況下都保證把該 UPS的輸出電流限制在額定值內(nèi) ,這種方法僅限于單相電源。 2 不同型號 UPS的安裝方案 串聯(lián)連接 IPM BP225 UPS 作為主用 UPS,臺達(dá) (GESNT100k)UPS 作為備用 UPS,其輸入 端接在 IPM BP225 UPS 的旁路上。正常情況下 IPM BP225 UPS 工作 ,當(dāng) IPM BP225 UPS 發(fā)生故障時(shí)自動轉(zhuǎn)為靜態(tài)旁路 ,此時(shí)由備用 UPS通過主用 UPS的靜態(tài)旁路為負(fù)載提供不間斷的電源。 在實(shí)際改造中 ,引電纜至備用 UPS市電主輸入 ,將 IPM BP225 UPS 的旁路輸入電纜拆除并連接在臺達(dá) (GESNT100k)UPS 的輸出端。串聯(lián)方案示意圖如圖 3所示。 圖 3 不同型號 UPS串聯(lián)方案示