UPS基礎概念培訓(45張)課件

1、UPS基本概念什么是UPS？電能質量國家標準摘要電網存在的質量問題UPS的分類UPS的基本組成部件功率因數(shù)UPS系統(tǒng)的組成GE數(shù)字能源-電源質量劉天宇南區(qū)第1頁，共46頁。什么是UPS?中文是“不間斷電源”(uninterruptible power supply)它是能夠實現(xiàn)兩路電源之間無間斷地相互切換的電氣裝置 有時人們叫它“不停電電源”，這種說法從專業(yè)上來說是不確切的。因 為電源是能夠提供電能、實現(xiàn)其他能量轉換成電能的裝置。UPS不能依靠能量 的轉換來提供電能，因此從嚴格意義上講，UPS不是一種電源。它只是提供一 種兩路電源之間無間斷轉換的機會， 這才是UPS設計的主要思想。UPS的價格

2、之所以昂貴，就是貴在這種不間斷切換的特點上。UPS=VFI+BAT第2頁，共46頁。為什么要使用UPS？理論上講，供電設備應提供固定幅值和頻率的正弦波電壓（比如低壓配電系統(tǒng)中400V，50Hz）。但實際的情況是，市電在額定值附近波動。 電能質量國家標準摘要第3頁，共46頁。標準編號標準名稱允許限值說 明GB 1232590供電電壓允許偏差 (1)35kV及以上為正負偏差絕對值之和不超過10； (2)10kV及以下三相供電為7； (3)220V單相供電為+7，一10衡量點為供用電產權分界處或電能計量點GB 23262000 電壓波動 和閃變 電壓變動d的限值和變動頻度r(h-1)有關：當r100

3、0時，對于低壓(LV)和中壓(MV)，d=1.254；對于高壓(HV)，d=1O3；對于隨機不規(guī)則的變動，d=2(LV、MV)和d=1.5(HV)，閃變限值如下表：此標準為GB 1232690修訂版衡量點為電網公共連接點(PCC)；Pst每次測量周期10min，取實測95概率值；幾每次測量周期2h，不得超標； (3)規(guī)定限值分三級處理原則；提供預測計算方法，規(guī)定測量儀器并給出典型分析實例。系統(tǒng)電壓等級LVMVHV Pst 1.0 0.9(1.0) 0.8 P1t O8 O7(O8) O6 注 1括號中的值僅適用于所有用戶為同電壓級場合。 2Pst為短時間閃變；P1t為長時間閃變。電能質量國家標

4、準摘要第4頁，共46頁。標準編號標準名稱允許限值說 明GBT 1454993公用電網諧波 各級電網諧波電壓限值(%) 衡量點為PEC，取實測95概率值；對用戶允許產生的諧波電流，提供計算方法；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；(4)對同次諧波隨機性合成提供算法電壓(kV)THD奇次偶次O3854.02O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O8 注1.220kV電網參照110kV執(zhí)行。 2表中THD為總諧波畸變率。GBT155431995三相電壓 允許不 平衡度 (1)正常允許2，短時不超過4； (2)每個用戶一般不得超過1.3。 (1)各級電壓要求一樣；(2)衡量

5、點為PCC，取實測95概率值或日累計超過不超過72min，且每30min中超標不超過5min；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定； (4)提供不平衡度算法。GBT 159451995電力系統(tǒng) 頻率允 許偏差 (1)正常允許0.2Hz，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到土0.5Hz； (2)用戶沖擊引起的頻率變動一般不得超過土0.2Hz對測量儀器提出了基本要求電能質量國家標準摘要第5頁，共46頁。電網存在的質量問題：第6頁，共46頁。電網存在的質量問題：第7頁，共46頁。電噪頻率波動 斷電諧波 尖峰欠壓過壓電網中干擾的類別與比例第8頁，共46頁。UPS的作用兩路電源之間的無間斷相互切換 隔離作用電壓變換

6、作用頻率變換作用提供一定的后備時間第9頁，共46頁。UPS的兩路電源無間斷相互切換功能UPS二路供電一路供電M1M2輸出第10頁，共46頁。UPS的隔離作用整流器直流逆變器交流輸入交流輸出將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及電壓噪聲等電網干擾阻擋在負載之前，既使負載對電網不產生干擾，又使電網中的干擾不影響載。第11頁，共46頁。UPS的電壓變換作用輸入電壓變換輸出380V220V380V400V415V（穩(wěn)壓作用） 220V第12頁，共46頁。UPS的頻率變換作用50Hz50Hz60Hz輸入頻率變換輸出（穩(wěn)頻作用） 60Hz第13頁，共46頁。UPS的后備功能整流器逆變器交流輸入負載電池

7、UPS帶有電池，貯存一定的能量，一方面在電網停電或發(fā)生間斷時繼續(xù)供電一段時間來保護負載；另一方面在UPS的整流器發(fā)生故障時使用戶有時間來保護負載。按照用戶的要求，后備時間可以是15分鐘、30分鐘、1小時、2小時等，甚至更長。第14頁，共46頁。UPS的高質量及高可靠性供電第15頁，共46頁。UPS的分類動態(tài)型（旋轉型）發(fā)電機+慣性飛輪+直流發(fā)電機靜態(tài)型后備式在線互動式雙變換在線式第16頁，共46頁。動態(tài)UPS 這一類UPS使用旋轉機械來實現(xiàn)UPS的功能，獲得“旋轉逆變器的功能”。 這一類UPS實際上是將一臺高度簡化的靜態(tài)逆變器與一個電動機-發(fā)電機結合在一起。逆變器濾除市電的騷擾，同時只控制其輸

8、出電壓的頻率(通常以方波的形式)，并為電動機-發(fā)電機組供電。電動機-發(fā)電機組有時還會與飛輪組合在一起。電動機-發(fā)電機組產生以逆變器輸出頻率為參考的正弦波電壓輸出。 第17頁，共46頁。靜態(tài)UPS-后備式工作原理 大多數(shù)基本類型的備份電源采用離線式或后備式技術，如上圖表示。如果市電供給交流電源，它直接通過UPS傳輸?shù)剿B接的負載。電池充電器把輸入的交流電轉換成直流電，維持電池充電。如果市電故障，逆變器將電池的直流電轉換成交流電供給負載。逆變器在大多數(shù)時間里運行在后備方式，充電器僅保持電池充電狀態(tài)的功率。一旦市電出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的變化，逆變器從空載到100%負載供電時間在幾毫秒之內逆變器從電池獲得

9、電能，直到電池耗盡。這種技術通常稱為“單重轉換”，因為在任何的給出點，電源僅轉換一次。 性能特點 市電利用率高，可達98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質。輸出能力強，對負載電流波峰因數(shù)，浪涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴格限制。轉換時間一般為4-10ms。 由于它的低成本和高效率，這類UPS是保護家用計算機或備份的獨立工作站運行非關鍵業(yè)務或文娛活動設備應用的理想產品。 這類的許多產品還包括基本的浪涌保護，但并不提供任何真正的電源調節(jié)作用。 18第18頁，共46頁。靜態(tài)UPS-在線互動式工作原理 在線互動式UPS技術提供相近水平的保護。同離線式技術有點相似，在線互動式產品采用變

10、壓器或電感器串聯(lián)在市電電源和負載之間。這種串聯(lián)式電感器提供一定程度的電壓調節(jié)，使UPS逆變器能夠同輸入電源“相互作用”（互動式名稱的由來）。在多數(shù)情況下，這種“雙向的”轉換器是恒定的電壓裝置，它用改變輸出相位角去調節(jié)負載的變化，由于相位角不能夠快速變化，需要電池提供功率差，這會導致電池壽命的減少。在線互動式產品的另一個限制是如果不由電池供電運行，它不能完全地使輸入電源隔離負載。公用電源的干擾、頻率上的干擾和其它電源的異常情況可能直接傳送到關鍵負載上，因為它不是完全的電氣隔離。 性能特點 當市電存在時，市電利用率高，可達98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質。對負載電流波峰系數(shù)，浪

11、涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴格的限制。市電掉電時，輸出有轉換時間，但比后備式要小。由于它提供基本電壓調節(jié)和它的標準結構中包括更先進的通信能力，在線互動式UPS作為選擇考慮成本-效率因素來保護關鍵的工作站和中小型網絡配置時得以應用。如果認為采用一個更高級的集中式電源解決方案不值得的話，它也不失為一種好的解決方案。 第19頁，共46頁。靜態(tài)UPS-雙變換在線式工作原理 對于大規(guī)模集中式的應用，真正在線式或稱雙轉換系統(tǒng)見上圖，提供最佳水準的保護。在這項技術中，整流器將交流輸入電源整流成直流電，逆變器將直流電轉換成潔凈的交流供電給關鍵負載。連接到直流母線的電池在正常運行時處于浮充電。如果輸入電源

12、超出規(guī)定的范圍，電池提供電源給逆變器和關鍵負載。 第20頁，共46頁。性能特點將關鍵負載和交流輸入完全隔離 。逆變器總是在向負載供電：當輸入電源中斷時，輸出電壓沒有瞬時的下降，因為逆變器總處在運行的狀態(tài)，并總是由直流輸入供電； 共模噪聲防護：輸出逆變器通常包括一個隔離變壓器，這一隔離變壓器可以產生一個分離的中性線，這樣就使得UPS被電氣隔離，從而對負載提供共模噪聲保護； 市電存在時，串連的兩個變換都承擔100%的負載功率，所以UPS整機的效率較低。靜態(tài)UPS-雙變換在線式第21頁，共46頁。UPS用功率器件1.可控硅（晶閘管）SCR普通型SCR電壓高達6000V，電流達數(shù)千安培，自身電壓降約為

13、1.5V。開通時僅需在控制極上加一個小觸發(fā)脈沖，關斷電路復雜，工作頻率不大于500HZ，主要用做整流器和靜態(tài)開關。2. IGBT場效應晶體管IGBT是新發(fā)展起來的復合型電力電子器件，既有單極型電壓驅動的MOSFET的優(yōu)點，又有雙極型器件BJT耐壓高，電流大的優(yōu)點。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達100KHZ。普遍用于逆變器和斬波器，有的也用于整流器。第22頁，共46頁。UPS的基本組成部件整流器 逆變器靜態(tài)開關電 池 第23頁，共46頁。SiteProLanPro SG工頻高頻（PFC整流器）功率器件SCR轉換形式AC-DC功率器件SCR轉換形式AC-DC功率

14、器件IGBT轉換形式AC-DC功率器件IGBT轉換形式AC-DCTrueProUPS整流器第24頁，共46頁。SCR 工頻整流器由三只或六只可控硅SCR組成的三相整流橋，分別稱為六脈沖和十二脈沖整流器。這種類型的整流器吸收n = 6 k 1 (這里的k 為整數(shù)) 次的諧波電流，主要是H5 和H7， H11 和 H13的幅值相對較小。利用濾波器可以控制這些諧波對上線的注入。 IGBT “潔凈” PFC (功率因數(shù)校正) 整流器這種類型的整流器由六只內置的IGBT組成的三相整流橋和正弦波調整系統(tǒng)組成。這種技術確保了輸入電壓和輸入電流： 同為完美的正弦波，即不含諧波； 相位相同，即輸入功率因數(shù)接近于

15、1。有了這種類型的整流器，就不再需要濾波器了。 UPS整流器第25頁，共46頁。正弦脈寬調制（SPWM）逆變器正弦脈寬調制是根據(jù)能量等效原理發(fā)展起來的一種脈寬調制法，利用三角波和正弦波的共同作用而產生出正弦脈寬調制波。目前市場上UPS大多采用這種逆變器調制方式。采用IGBT和空間矢量調制技術 UPS逆變器第26頁，共46頁?？臻g矢量調制（SVM）逆變器空間矢量調制是新一代脈沖寬度調試（PWM）逆變器調制技術。SVM采用先進的PWM轉換技術來驅動絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。SVM的目標是使用較簡單的轉換形式組合來生成輸出電壓矢量。在傳統(tǒng)的PWM中，三角波還與基準正弦波進行比較，結果是經過脈沖

16、寬度調試的矩形波，用于為IGBT提供閘控信號。PWM信號必須進行實時計算，通常需要進行三維計算（三個相角上各一次）以確定逆變器狀態(tài)。通過使用SVM，計算簡化為極坐標平面中的二維“空間矢量”，提高了響應速度，改善了系統(tǒng)性能。GE UPS采用這種逆變器調制技術。UPS逆變器第27頁，共46頁。用于將負載從逆變器切換到旁路，并且在切換時對負載的供電沒有任何間斷。容錯功能使供電系統(tǒng)在各級供電發(fā)生故障的情況下以“低級”方式運行。在維修所必須的時間內，負載繼續(xù)得到供電并創(chuàng)造產值。容錯功能 有意識的逆變器停機；過載超過了逆變器限定的能力；過溫； 內部故障。以下的任意一種原因都可能導致自動切換： UPS靜態(tài)旁

17、路第28頁，共46頁。1)Real On-line Technology (“Double Conversion”)The rectifier always converts AC into DC, charges the battery and feeds the inverter. The inverter continuously supplies the load with constant voltage and frequency. When the mains fails, the inverter is automatically supplied by the battery

18、.RectifierBatteryInverterStatic BypassLoadMains input容錯功能使UPS具有高可用性第29頁，共46頁。2）Real On-line Technology (“Double Conversion”)The rectifier always converts AC into DC, charges the battery and feeds the inverter. The inverter continuously supplies the load with constant voltage and frequency. When the

19、line fails, the inverter is automatically supplied by the battery.RectifierBatteryInverterStatic BypassLoadMains input容錯功能使UPS具有高可用性第30頁，共46頁。3）Real On-line Technology (“Double Conversion”)The rectifier always converts AC into DC, charges the battery and feeds the inverter. The inverter continuously

20、 supplies the load with constant voltage and frequency. When the line fails, the inverter is automatically supplied by the battery.RectifierBatteryInverterStatic BypassLoadMains input容錯功能使UPS具有高可用性第31頁，共46頁。4）Real On-line Technology (“Double Conversion”)The rectifier always converts AC into DC, char

21、ges the battery and feeds the inverter. The inverter continuously supplies the load with constant voltage and frequency. When the line fails, the inverter is automatically supplied by the battery.RectifierBatteryInverterStatic BypassLoadMains input容錯功能使UPS具有高可用性第32頁，共46頁。UPS的儲能技術UPS需要一個儲能系統(tǒng)在市電故障或超限的

22、情況下給逆變器供電。存儲的能量必須具有如下的特性： 它能立即用來提供過渡市電的間斷、短期的電壓下降或停電時的電力； 具有足夠的功率來為所有負載供電，即其額定容量等同于UPS系統(tǒng)本身的額定容量；后備時間能適合負載的需要，并且能持續(xù)到獲得其它的能源； (例如由一臺發(fā)電機組提供長時間的后備)?？梢允褂玫膬δ芗夹g 電池：- 密封鉛酸電池，- 膠體電池，- 鎳鎘電池。 超級電容； 飛輪：- 傳統(tǒng)飛輪，以低速旋轉 (每分鐘1500 轉)并結合發(fā)電機組；- 中速 (每分鐘7,000轉) 或高速(每分鐘30,000到100,000轉) 飛輪。第33頁，共46頁。輸入功率因數(shù) 和 輸出功率因數(shù)輸入功率因數(shù)低時的

23、危害視在功率的損失 電纜中的溫度升高 中線電流增大自污染負載損壞電容變壓器降容(Derating)越高越好UPS的供電質量線性負載非線性負載第34頁，共46頁。對各種電氣裝置，諧波電流既不會產生有功功率也不會產生無功功率，只是通過焦耳效應產生損耗，即轉變?yōu)榻苟鸁?ri2)。諧波第35頁，共46頁。諧波會造成電網的功率損耗增加、設備壽命縮短、保護功能失常、通訊系統(tǒng)紊亂，還會引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電壓互感器等設備損壞；特別是可能導致計算機系統(tǒng)無法正常工作，從而造成巨大損失。諧波第36頁，共46頁。電壓失真度反映出了電流的失真度，并且隨著非線性負載上的阻抗累積而逐步增大。失真度第37頁，

24、共46頁。很多負載都是線性負載，包括標準的照明白熾燈泡、電加熱器、阻性負載、變壓器，等等。它們不包含任何有源電子元器件，只是由電阻 (R)、電感器 (L) 和電容器 (C)組成。電阻性負載UI電感性負載線性負載第38頁，共46頁。非線性(或失真性)負載在正弦波電壓的作用下吸收與電壓同頻率的周期電流，但不是正弦波電流。單相開關電源（計算機）的電壓和吸收的電流諧波的合成非線性負載第39頁，共46頁。UPS高壓開關柜大樓低壓開關柜發(fā)電機配電柜NS（MX）與消防聯(lián)動空調新風照明墻插/Y-010KV/380VY-0ATS10kV電源ATSUPSUPSUPS大樓低壓開關柜/Y-010KV/380VY-0水

25、泵10kV電源關鍵電力系統(tǒng)示意圖負載STS負載第40頁，共46頁。UPS供電系統(tǒng)的組成有源濾波器第41頁，共46頁。UPS供電系統(tǒng)的組成第42頁，共46頁。UPS供電系統(tǒng)的組成有源濾波器第43頁，共46頁。安全人身安全操作之前，必須先取得設備管理人員的許可和配合。對UPS執(zhí)行操作的人員，必須接受過UPS知識培訓。配備了安全工具：護目鏡，絕緣手套，絕緣工具.執(zhí)行任何操作之前，必須先確認相應部件不帶電。負載安全任何操作必須保證UPS的輸出是不間斷的。并機時，需特別注意故障機不受控情況下的操作，避免另一臺機輸出斷電。UPS安全嚴格執(zhí)行UPS正確操作流程。禁止對UPS進行任何破壞性的操作。第44頁，共

26、46頁。謝 謝第45頁，共46頁。1、想要體面生活，又覺得打拼辛苦；想要健康身體，又無法堅持運動。人最失敗的，莫過于對自己不負責任，連答應自己的事都辦不到，又何必抱怨這個世界都和你作對？人生的道理很簡單，你想要什么，就去付出足夠的努力。2、時間是最公平的，活一天就擁有24小時，差別只是珍惜。你若不相信努力和時光，時光一定第一個辜負你。有夢想就立刻行動，因為現(xiàn)在過的每一天，都是余生中最年輕的一天。3、無論正在經歷什么，都請不要輕言放棄，因為從來沒有一種堅持會被辜負。誰的人生不是荊棘前行，生活從來不會一蹴而就，也不會永遠安穩(wěn)，只要努力，就能做獨一無二平凡可貴的自己。4、努力本就是年輕人應有的狀態(tài)，

27、是件充實且美好的事，可一旦有了表演的成分，就會顯得廉價，努力，不該是為了朋友圈多獲得幾個贊，不該是每次長篇贅述后的自我感動，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不過是：但行好事，莫問前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力卻沒能實現(xiàn)的夢想，愛了很久卻沒能在一起的人，活得用力卻平淡寂寞的青春，遺憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔軟的心智、讓我們懂得累積時間的力量；那些孤獨沉寂的時光，讓我們學會守候內心的平和與堅定。那些脆弱的不完美，都會在努力和堅持下，改變模樣。6、人生中總會有一段艱難的路，需要自己獨自走完，沒人幫助，沒人陪伴，不必畏懼，昂頭走過去就是了，經歷所有的挫折與磨難，你會發(fā)現(xiàn)，自己遠比想象中要強大得多。多走彎路，才會找到捷徑，經歷也是人生，修煉一顆強大的內心，做更好的自己！7、“一定要成功”這種內在的推動力是我們生命中最神奇最有趣的東西。一個人要做成大事，絕不能缺少這種力量，因為這種力量能夠驅動人不停地提高自己的能力。一個人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！8、人生的旅途中，最清晰的腳印，往往印在最泥濘的路上