ABB模块化UPS技术方案.doc

目 录一、ABB 在华概述1二、ABB UPS41.ABB Conceptpower DPA模块化 UPS42.模块化产品主要性能特点63.总体参数94.DPATM UPS 工作原理图125.电源设计新概念阐述136.DPA系列主机性能简介147.多机柜配置先进扩容技术26 30 一、 ABB 在华概述在中国，为中国和世界ABB是全球电力和自动化技术领域的领导企业，致力于为工业、能源、电力、交通和建筑行业客户提供解决方案，帮助客户提高生产效率和能源效率，同时降低对环境的不良影响。ABB集团的业务遍布全球100多个国家，拥有15万名员工，2012年销售收入约为390亿美元。ABB集团是全球500强企业之一，总部位于瑞士苏黎世，在苏黎世、斯德哥尔摩和纽约证券交易所上市交易。ABB由两家拥有100多年历史的国际性企业瑞典的阿西亚公司（ASEA）和瑞士的布朗勃法瑞公司（BBC Brown Boveri）在1988年合并而成。中国：全球顶尖市场ABB与中国的关系可以追溯到上个世纪初的1907年。当时ABB向中国提供了第一台蒸汽锅炉。1974年ABB在香港设立中国业务部，1979年在北京设立办事处。1992年，ABB在厦门投资建立了第一家合资企业。1994年ABB将中国总部迁至北京，并于1995年正式注册了投资性控股公司 ABB（中国）有限公司。经过多年的快速发展，ABB迄今在中国已拥有36家企业、在90个城市设有销售与服务分公司及办事处，拥有研发、生产、工程、销售与服务全方位业务，员工人数约1.9万名。2012年ABB在中国的销售收入超过52亿美元，保持ABB集团全球第二大市场的地位。ABB在华业务分布图二、 ABB UPS1. ABB Conceptpower DPA模块化 UPS为了获得近乎零中断时间的电源以避免关键负载宕机所带来的沉重代价，采用分立式并联冗余结构设计至关重要，ABB 公司新一代模块化电源系统DPATM 由独特的安全插拔式模块组成，为关键负载提供最优质电源。此外，为始终确保电源系统连续可靠地运行，ABB 公司研发了先进的、易维护的远程监控和管理系统,使在国内总部的专家或在本地的技术服务工程师随时待命，协助用户迅速、有效地诊断并解决各类问题。DPATM系列在保护重要负载的同时也能满足环保要求。DPATM产品采用独特的节能型逆变器开关技术，可使每一个模块在部分（25%）或满足负荷时（100% 50KVA/每个模块）均能高效率（94.5-95.5%）运行。DPATM系列采用单个功率模块50KVA的模块组合，这样可以保证在出现故障时，不会造成整个系统输出功率的突变，系统实现相应功率模块的功率冗余结构，可以满足用户的实际需求阶段性的扩展，扩展的能力可达到1000KVA容量。其次低输入电流谐波和近于1 的功率因数，使设备安装成本大大降低。此系列产品专为降低材料消耗所设计，节省能源，是环保型产品。2. 模块化产品主要性能特点性能：在线式结构，VFI（电压、频率独立）技术优点：提供安全可靠的电源，保证负载正常运行，使负载设备不会因市电干扰而损坏。性能：N+1冗余优点：无单一的故障点，提供最高级别的保护和最可靠的电源。性能：宽输入电压优点：304-456Vac即380 -20%/+20%（负载50%时为220-456Vac）在您的计算机不受干扰的前提下，尽可能少的使用UPS电池，其它UPS可能早已转到电池供电并已关闭。性能：极宽的输入交流频率范围：35-70Hz优点：UPS也可当作稳频器，不会转到电池供电。同时适合于接发电机的长延时系统。性能：高输入功率因数优点：采用PFCBOOST（功率因数校正-升压）电路使UPS的输入功率因数达0.99，可使用截面积较小的电源线及较小的保险，降低安装成本。性能：极低THD：5%优点：环保型产品，输入电流的总谐波失真率较低，对市电产生的谐波污染也就非常低，从而可以减小发电机的功率。性能：三相不平衡能力优点：允许100%负载不平衡,避免了因部分负载关闭后输出三相不平衡而造成UPS无法运行。性能：灵活电池管理(FBM)优点：独特的极低波纹电压的充电器及温度补偿功能，保护电池在充电过程中免于过热 ；智能充电和自动调整放电保护电压，保护电池，延长电池的使用寿命；周期性自动检测，告知电池是否需要更换，确保市电故障时UPS能正常输出，以保证重要数据。性能：共用电池组优点：并机时可采用同一组电池，可节省部分投资性能：一一对应电池组优点：增加或者减少电池组来提高可靠性和便利的扩容性能：LCD显示优点：直观的输入、输出电压，负载功率，电池备用时间，状态，告警和设置信息等。性能：远程状态监测（RSP）优点：不在机房便能监测到UPS的状态，以图示模式及发光二极管（LED）显示UPS的工作状态，如有故障发生，则辅以声光报警，性能：远程监控管理优点：Wavewon监控软件正确安装后，可对UPS进行远程监控、管理以及事件记录。性能：模块化优点：独特的热插拔技术，随时可以升级扩容；较少的平均修复时间（MTTR），并联系统中更换模块无须转到旁路或停机而影响负载工作（通常为5分钟完成），操作无须专业的工程师。性能：过载，短路和过热保护优点：保证机器不被误操作损坏。性能：高效率：99%优点：低发热，节省能量，先进的高效设计与同类型UPS相比平均高5%。性能：体轻小、重量轻优点：占地面积小，易于搬运。3. 总体参数机架和模块的机械特性CONCEPTPOWER升级型机架配置内容最多5个模块最大电源连接KVA250尺寸mm7301975800空机架的重量 无模块，无电池组KG205机架的重量有模块，无电池组KG425到485（有5个模块）颜色前门银色：RAL9007+ABB黑色（进口）侧壁/顶部：涂鸦灰（Pulverlacke编号：4222903402序列号：09RCCAT1）模块50KVA额定输出表观功率KVA45额定输出有功功率KW40负载功率因数为1时的输出功率KVA/KW40/4012V电池块的可变数量数量40-50尺寸（宽x高x深）mm663225720UPS模块的重量KG56颜色前部： 涂鸦灰（Pulverlacke编号：4222903402 序列号：09RCCAT1）输入特性模块类型50KVA每个模块的额定输出功率功率因数 0.8KVA45每个模块的额定输出功率功率因数 1.0KW40标称输入功率V3x380/220V+N, 3x400V/230V+N, 3x415/240V+N输入电压容差（是指3x400/230V）负载为 %:V(-23%/+15%) 3x308/177V到3x460/264V 负载 100 %(-30%/+15%) 3x280/161V到3x460/264V 负载 80 %(-40%/+15%) 3x240/138V到3x460/264V 负载 60 %输入频率HZ35 70输入功率因数功率因数=0.99 100 % 负载侵入电流A限制于软启动 / 最大输入输入失真谐波电流失真率I正弦波电流失真率 = 2 % 100% 负载根据每个模块的额定输出功率和充电电池数确定的最大输入功率（输出功率因数 = 1.0）KW42.9根据每个模块的额定输出功率和充电电池数确定的最大输入电流（输出功率因数= 1.0）A62.1根据每个模块的额定输出功率和放电电池数确定的最大输入功率（输出功率因数= 1.0）KW46.9根据每个模块的额定输出功率和放电电池数确定的最大输入电流（输出功率因数= 1.0）A68.0电池特性模块类型50KVA12V电池块的可变数量数量40-50最大电池充电器电流A10A标准（15A可选）电池充电曲线无波动；IU （DIN 41773号标准）温度补偿标准（温度传感器可选）电池测试自动自动并且定期进行（可调整）电池类型免维护型铅酸电池或镍镉电池输出特性模块类型50KVA每个模块的额定输出功率KVA45每个模块的额定输出功率KW40输出电流功率因数为1.0 （400V）A58额定输出电压V3x380/220V 或 3x400/230V 或 3x415/240V输出功率稳定性%静态： +/- 1%动态（逐级负载0%-100%或100%-0%） +/- 4%输出电压失真率%线性负载 +/- 1.5%非线性负载（EN62040-3:2001标准） +/- 2%输出频率HZ50 Hz或60 Hz输出频率容差%与电源同步 +/- 2 %（可选择旁路运行） 或 +/- 4 %自由运行 +/- 0.1 %旁路运转在3x400V或190V到264V +/- 15%ph-N的标称输入电压允许不平衡负载（所有3个相位均独立调节）%100%相位角度公差（100 %不平衡负载）度+/- 0 度在逆变器上的过载能力%125 % 负载10 Min. 150 % 负载60 秒钟输出短路能力（RMS）A逆变器： 2 x In 在250秒内旁路： 10 x In 在10秒内波峰因素3 : 1环境特性模块类型50KVA100% / 50%下的报警声dBA65/55运行温度C0-40电池组环境温度（建议）C20-25存储温度C-25-+70在环境温度下的电池存储时间最多6个月最大海拔高度（海平面之上）m1000m（3300英尺）无降额在海拔1000m以上的高度进行使用的降额因数，依照（IEC 62040-3)标准海平面上米数(m / 英尺)功率降额因数1500/48500.952000/66000.912500/82500.863000/99000.82空气相对湿度最高95% （无冷凝）可接近性完全从前部进入进行维修与维护（不需要侧面、顶部或尾部通路）定位最少20cm的尾部空间（用于风扇）输入与输出功率布线从前部的底部效率AC-AC最高量（功率因数1.0）%负载： 100 % 75 % 50% 25%DPA 30-50 ： 94.5% 94.5% 94% 93%线性负载效率，功率因数0.8 感性非线性负载效率（EN 62040-1-1：2003标准）一般最高为1 %，高于上述数值一般最高为1 %，低于上述数值在100%负载下Eco-模式效率%98 %标准安全性IEC/EN 62040-1-1标准，IEC/EN 60950-1标准电磁兼容性IEC/EN 61000-6-4标准（产品标准IEC/EN 62040-2 限度A（C2UPS）IEC/EN 61000-6-2 标准（产品标准IEC/EN 62040-2 规范 A（C2UPS）IEC/EN 61000-4-2标准、IEC/EN 61000-4-3标准、IEC/EN 61000-4-4标准、IEC/EN 61000-4-5标准、IEC/EN 61000-4-6标准电磁兼容性等级放射等级免疫性等级C150KVAC2C3性能IEC/EN 62040-3标准产品认证欧盟CE认证防护等级IP204. DPATM UPS 工作原理图5. 电源设计新概念阐述ABB公司为IT，电信和工业领域提供模块化的直流电源已经有多年的历史，由于采用模块化设计和热插拔的设计，实现了N+1的冗余，因此具有很高的可靠性，这种设计可以快速更换模块，并可以根据系统的需要随时增加或者减少系统容量。更换模块时负载不会有任何中断。随着模块的广泛应用，越来越多的客户希望得到采用这样设计的UPS系统。在需要零停机时间的环境下，持续提供电源保护是至关重要的。为了应对如今的动态IT以及由于新的服务器技术、迁移和集中而日新月异的程序环境，我们需要有弹性和容易进行适配的电源保护概念。Conceptpower DPA系列产品是为业务持续性具有极高重要性的企业数据中心和制造持续性至关重要的程序控制环境内的关键网络基础设施提供持续电源保护的基础。ABB公司的Conceptpower DPA系列产品是第二代大功率密度型（HPD） 、最前沿的双转换电源保护技术，它已经对模块组件方法进行了规格化，有助于加快部署、改善适配能力、提高系统的可用性，同时减少了总拥有成本。Conceptpower DPA系列产品是一种独特的应需架构，它集成了电源架、配电设备、备用电池架以及监控和管理解决方案，从而能够便捷地选择最理想的配置。Conceptpower DPA系列产品（分布式并联体系结构）在IT环境中提供了最高的可用性、无以伦比的灵活性，同时还具有最低的拥有成本。本技术规范提供了有关CONCEPTPOWER 系列产品的机械、电气和环境性能的详细技术资料，可以支持答复投标人和最终用户提出的各种要求。 Conceptpower DPA系列产品旨在应对最严格的安全标准、电磁兼容性标准和其他重要的UPS标准。Conceptpower 系列产品是一种机架可固定式的模块型设计。它提供了6种类型的机架（框架）和7种类型的DPA模块，以满足各种各样的功率要求。6. DPA系列主机性能简介为了满足迅猛发展的计算机技术对电源保护的要求，ABB 公司率先推出Conceptpower DPA系列大功率三相模块化NX 冗余UPS 产品。Concept 不仅仅是一台UPS，更代表一种新的电源保护理念。Conceptpower DPA 系列产品是一种独特的应需架构，它集成了电源架、配电设备、备用电池架以及监控和管理解决方案，从而能够便捷地选择最理想的配置。1) 独特的“热插拔”模块ABB DPA 模块独特的安全插拔技术采用热插拔概念，使得模块的更换与增加过程简单易行（即插即用），更重要的是负载始终有UPS 安全供电。在目前数据中心的营运过程中，即便是有计划的计算机系统关机都极为罕见，更不允许负载转向不可靠的市电甚至被断电。ABB 独特的技术特性很好地满足了数据中心对电源保护系统的要求，堪称为最佳选择。2) 先进的升压技术ABB DPA 产品不再需要传统的输入总谐波失真滤波器。UPS 模块的内置先进的升压技术提供了完美的正弦波输入电源质量，其输入功率因数达到0.99，而谐波含量则低于3%（总电流谐波失真THD）。这样可以使整个系统更加完美，更加可靠的运行，并减小了始端变压器和发电机的容量，因为绕组中的损耗已经被减至最低限度。由于前部活动的升压器可以调节每一个相电压，因此从主电源方面来看，UPS 系统的负载可以同电阻负载（功率因数为1）相媲美。这样，高输入功率因数由于没有无功功率消耗而能够提供最小化的电缆布线和保险丝，节省了配件和电能的成本。较小的谐波电流是由于具有了较高的输入功率因数，并产生了下列优点：l 减少电线和电缆方面的任何额外损失；l 没有变压器和发电机的额外发热，不会缩短使用寿命；l 减小过大的发电机尺寸；l 无伪劣断路器跳闸和故障；l 没有计算机、通讯设备、监控器、电子检测设备等的不稳定运行；l 没有与功率因数校正电容器的谐波。3) 灵活电池管理（FBM）ABB DPA 产品均采用灵活的电池管理（FBM），旨在延长电池的使用寿命。FBM可使电池免受环境的负面影响（如高温和误操作等），通过对电池充电的高效管理和预防性故障诊断，FBM 还能有效防止电池寿命的缩减。这些功能的实现不仅有利于终端用户，而且还非常环保。有了FBM，用户无需经常更换或花费大的人工去维护电池，使用起来既经济又环保。最后，谨此建议广大用户妥善保管电池，以便延长电池使用寿命，并提高UPS 系统的总可用性。主要优点：l DC-DC 充电器与整流器和逆变器分离，使电池充电免于AC 纹波干扰；l 使用高电压的电池组（30-50 个12V 的电池）；l 独特的极低波纹电压，避免电池在充电时过热，从而延长了电池使用寿命。l 负荷跳变可触发电池放电保护；l 在误操作和低充电电压时对电池实施主动防护；l 采用先进的电池诊断（ABD）算法-Algorithm-实施主动电池故障检测；l 用户可选的电池测试；l 可选的温度补偿充电可提高电池使用寿命。4) DPA技术 分散并联体系结构ABB DPA 产品以并联技术为特点，能够提供N+X 的冗余，并且不会引起单点故障。利用了DPA 技术的产品通过独立的电源主路、旁路、CPU 处理器、控制面板以及每一个模块的独立电池配置而实现了完全自主。DPA 技术是依照具有独立规章和逻辑母线的多重主逻辑概念而开发的，可以产生并联系统，并保持最高的系统可用性。作为一项拥有自主性并联技术，在UPS 行业属于领先技术，DPA 技术可以使您建立并联的冗余系统，随时向您提供100%的无故障负载。其独特的分散式设计消除了传统的并联式UPS 所固有的系统单点故障，并成倍提高了整个系统的可靠性。在设计上的完全冗余系统，不存在危险性的主逻辑，只需给DPA 模块供电，就可提供自动均分负载和模块的冗余。5) 尺寸和重量打个比方，UPS A 和UPS B 是基于传统双母线的设计. 这意味，A 馈电母线和 B 馈电母线都安装了一个自带电池的400KVA UPS。作为新建立的机房，这是没有问题的；而作为老的机房，这意味着，你要在相同的位置上安装比之前多两倍的装置。可以肯定的是，在这种情况下，单机扩容的设计需要更多的关注和人力去建立其架构。让我们看看以下数据：单机 400kVA UPSABB DPA模块式UPS 400kVA尺寸 （ mm）2280x1900x855（wxhxd）1560(2x730)x1975x80（wxhxd）400KVA 总重量（kg）+/- 2700 kg970 kg400kVA 占地面积1,9494 m21,248 m22x400kVA 总重量（kg）+/- 5400kg1960kg占地面积2x400kVA A-B 双母线3,8988 m22,496m2使用能威DPA 模块式UPS，安装的2x400kVA UPS 的占地面积比其他普通ups 的占地面积少1.97m2，而使用面积就更不用说了。使用DPA 模块式UPS，安装2400KVA UPS 的重量比其他普通ups 的安装重量轻3440kg。400kVA 是由8 个DPA 50 模块构建成的。这些DPA 50 模块安装在两个DX-250 可升级机架上。每个机架的最多放置5 个DPA50 模块，容量可以达到250KVA。这就意味着在400KVA 的系统中，你还可以多放置两个DPA 50 模块，并且这个操作可以在线完成，而不影响负载。6) UPS 系统的隔离技术从1993 起，ABB电源公司致力于设计，生产和提供无输出变压器的UPS 技术 。由于无变压器UPS 技术没有提供逆变器输出变压器，使用无变压器设计的原理是要尽量降低UPS 重量的减少及大量增加的电力使用效率。这两个方面都为客户节省成本，也可以做到以上几点：由于无变压器UPS 技术没有提供逆变器输出变压器，所以直流分流的问题须以不同的方法处理。无变压器的直流隔离是以硬件和软件的控制来实现的。Conceptpower 配备了一个全冗余的EDCP（电子直流保护系统）系统，直流成分出现在逆变器的输出端的机会基本上为零！Conceptpower EDCP 系统（电子直流保护系统）的逆变器是由3 部分组成：a) 冗余直流成分调整直流分流在+/- 10mV 的范围内被不断地检测和调节。注意: 通常在无变压器的供电系统中，由市电到没有保护装置的直流成分的调节精度为 +/-300mV !b) 直流成分冗余控制每台模块内的双冗余控制电路时时检测直流成分，如果高于4V，控制电路自动并立刻将负载转移到旁路，逆变器、整流器、升压器被关闭，电池被断开连接，并出现“直流成分故障”告警。注意: 为确保直流成分不出现在负载端，EDCP 系统需在任何时候处于运行状态，即使UPS 处于负载关闭状态！c) 逆变整流桥保险丝保护.如果其中一个IGBT 保险丝烧断而另一个IGBT 继续导流时，直流成分就有可能在输出出现。Conceptpower的逆变器整流桥的作用是当两个垂直保险丝（F1 和F2）中的一条烧断时，使另一条保险丝自动断开，以防止直流成分输入到负载。克服负载方面的谐波是非常困难的。变压器也只能起很有限的作用。一个简单的变压器只能取消三次谐波，并不能有效地削减高次谐波。但从根本上说，它并非为达到这个目的而设。令人担忧的是变压器的正常功能。基本上变压器能很好地实现50Hz 从初级到二次侧的转变。高次谐波的有功部分将在变压器里将形成一个较高的传输阻抗。这将在电压正弦波扭歪，并导致中性点接地产生潜在差异。因此，我们在处理的一个问题的同时也创造了另一个新的问题。谐波的存在是不能改变的事实，我们必须面对和处理。而对付它们的最佳方法是确保其不影响UPS 或布线电缆。通常是一个双倍截面积的零线导体足以应对。只是让电流流动而不是设法克服这个问题，却在克服问题的过程中创造更多问题。对ABB 模块化UPS 来说，处理谐波已没有任何难题。电网侧负载接近零谐波。只有UPS 静态运行或维修旁路时，从负载产生的谐波，才在输入电网中看到。在正常的使用情况下，DPA 能非常有效地消减谐波。如下图所示；即使在低负载时DPA也有很优秀的谐波失真处理，而不产生其他问题。7) 数据中心完整电网的效率除了可用性之外，数据中心设计者还需解决一个重要事宜-节能问题。在美国和欧洲，减少数据中心的能源损耗是极其重要的。能耗必须减少到最低水平，以实现未来发展的竞争力。这意味着从供电源头开始，经过UPS 和其它设备，直到负载末端，每降低一分能耗，都可以较大程度的节省运行成本。ABB DPA 模块化UPS 的设计即使没有变压器也有超强的工作能力，从25 负荷开始就能体现出高效率。在下面的图形中可以看到效率与纯阻负载百分比的关系:ABB DPA 模块化技术领先于传统的单机设计。在数据中心，一般负载百分比是30%-50 之间。仅对UPS 来说，使用传统的UPS 与使用能威DPA UPS 的效率差别最低5 。输出端变压器添加3 ，100kVA STS 再添加2%（如下图）这个节省每天持续，还是一个间接减少污染或二氧化碳的造举。8) 谐波含量回流到供电网传统单机的谐波含量比ABB DPA 模块技术相对高。这对进电电网有很大的影响。只要您的基础布线足够粗，正常运行期间您将不会看到什么问题。但是，在使用油机输入时情况会很麻烦。为了弥补谐波含量您需要额外加大发电机功率。此外发电机还需要有一个良好的滤波电子控制器，以保持在负载的谐波量影响下平稳的运行。对于那些需要支持6 或12 脉冲整流器的单机不间断电源产品的发电机，应确保最低功率在1.6 倍以上。这增加了投资成本，也将影响该站的运行费用。DPA 模块化UPS 技术无需配置过大的发电机。在极低谐波失真的情况下，不会干扰发电机运行。这节省了投资成本，汽油成本，维修成本和机房面积。我们利用ABB 模块化UPS 低谐波优势，在很多机房项目中更有效地使用原有的油机。在不改变发电机功率的情况下，为数据中心安全增长了100 的供电功率。9) 利用灵活性建立更可靠的数据中心从安装能威DPA 模块化UPS 技术开始，就确保你的任何负载的最低运行成本，做到长期安全运行的利益。- 模块在5-10 分钟内可以安全的替换，这能创造最高可用性。当负荷增长时，才需要增加模块。如果一个场地的系统的电力负荷较小时，你可以把剩余的模块转移到需要更多电力系统的场地上。- PDU（设备单元）与负载的关系IT 负载的总趋势是正在下降，但我们每年都看到新型设备或仅外形改变的设备出现。只是利用固有的断路器值，似乎总是让你感到用错了位置。有一些制造商让你有机会使用基本的模块系统，你可以安插一系列的断路器，包括单相或三相断路器。配置正确的断路器，才能保障你的电气安全操作。10) 多模块分散式并联结构DPA 是整个UPS 的硬件和软件的分散设计，它包括一系列范围广泛的分布式技术：分布式控制智能，分布式控制电路和分布式功率电路，从而具有高等级的容错性。以下介绍了2 个DPA 系统技术：a) 在多模块应用中负载转移决策分布式CPU 的通讯是通过通信总线来实现的。每个CPU 不断地监控着相应于自身所属的UPS 模块的逆变器和旁路的状态、负载的百分比、逆变器和旁路正常工作的数量。一旦发生短路，逆变器故障，旁路故障等问题，每个UPS 的CPU 系统就会计算出其逆变器和旁路的可用性以及对其系统逻辑作出一个指令。然后其系统逻辑对是否应该继续给逆变器供电或将负载转换到旁路作出决策。该决策是基于少数服从多数的民主原则制定的，即所有CPU 都有平等的决定权，所以没有哪一个CPU 是控制者。ABB 分立式并机处理技术，运用决策技术及其主/从技术在多模块UPS 系统中，这有助于提高整个系统的可用性。还有其他一些技术，如并联逆变器之间的多主/从负载均分，分散旁路冗余，分散过剩电池，这些共同