PW双机并联系统描述方案

1、word 专业整理黑龙江省人民银行UPS配电方案系统描述§ 1. 推荐方案的说明根据北京市公安局天安门分局的要求 , 梅日兰电子 ( 中国 ) 有限公司进行了深入细致的分析和研究 , 为保证数据机房的 UPS供电系统的长期连续可靠的运行 , 现提出如下推荐方案 :A 方案： 60VAUPS两台并机系统 :采用梅兰日兰电子有限公司( 法国 ) 生产的 Galaxy PW 系列 UPS主机两台, 联接成模块化直接并联的冗余方式 , 每台 60VA UPS各配备 60 分钟柜式电池 , 整体并机系统后备时间将达到 120 分钟。配置方案A: 整体 UPS系统后备时间为 120 分钟一套 G

2、ALAXY PW 60KVA(两台 )136 节汤浅 NP12-100AH的电池4 个 MGE LMCUB2的电池柜两套 MGE电池开关及电池连线§ 2. UPS 系统的组成上述推荐方案中的2 台 UPS均采用梅兰日兰电子有限公司( 法国 )生产的银河 Galaxy PW 系列 UPS.学习资料整理分享word 专业整理§ 2.1 单机 UPS的组成单机 UPS的基本组成如下 :电 池主 电 源旁 路 电输 入源 输 入UPSQ1QF1Q4SQ3BPQ5N负 载图: Galaxy PW 系列 UPS的单机框图1). 整流充电器 (Rectifier - Charger )：

3、由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电源 1( Mains 1) 输入的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。2). 逆变器 (Inverter):由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor ，绝缘栅型双极晶体管) 逆变功率电路和相应的控制电路组成。它将整流充电器输入的直流电变换为正弦交流电供给负载。3). 旁路静态开关 (Static Switch for Bypass):由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在学习资料整理分享word 专业整理逆变器与旁路电源2(Mains 2) 之间的不间断切换。4)

4、. 电池电路 (Battery Circuit ):由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1 停电或超限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式(Backup) 的供电。5). 各种隔离保护装置Q1：整流器输入开关；QF1：电池电路保护开关；Q4S：电源 2 或静态旁路输入开关；Q5N：输出隔离变压器及逆变器输出开关Q3BP：手动维修旁路开关。§ 2.2 UPS 系统的组成并联冗余的 UPS系统的组成如下 :旁路电源输入电 池主电源电 池主电源输入输 入UPS1UPS2Q1Q1QF1QF1Q4SQ4SQ3BPQ3BPQ5NQ5NP1(kVA)P1(kVA)学习资料

5、整理分享word 专业整理图: Galaxy PW 系列并联冗余 UPS并联冗余的 UPS系统由两台单机型UPS直接并联组成 ,UPS 内部除增加了负载电流均分的连接线和两台UPS静态旁路的互锁电路 , 防止其中一台 UPS逆变器停止时 , 其静态旁路误导通的情况. 此外 , 其它电路与单机 UPS完全相同 .§2.3 UPS 系统的基本工作原理正常运行状态 :学习资料整理分享word 专业整理负载由 UPSA和 UPSB的整流器 - 逆变器向负载供电 , 同时向各自的电池组充电 , 每台 UPS的逆变器各带 50%的负载运行 .一台 UPS故障状态 :学习资料整理分享word 专业

6、整理当其中一台UPS故障时 ( 例如： UPSA)，会自动退出运行，由剩下的一台 UPS带 100%负载运行。对故障的UPS可通过断开其Q1、QF1、Q4S、Q3BP和 Q5N等隔离开关进行安全地维修，维修之后再投入运行，其状态如所述。即使在 UPS没有发生故障时，也可利用这种状态对其内部进行维护保养，例如：清扫灰尘、紧固联接件、检测或更换电池等。过载状态：学习资料整理分享word 专业整理当负载端发生较小过载时， 由于 UPS逆变器具有 165%的过载能力，两台冗余的 UPS已具有 2 x 165% 的过载能力，因此不会出现转静态旁路的现象。这里所说的过载状态应是负载端发生了大于330%的过

7、载，这时两台 UPS的控制电路会自动将负载从逆变器上切换到静态旁路上，当过载消失后会自动转回到逆变器上工作。如果过载长时间不消失，则静态开关经过一定的过载延时后会自动关闭。注：过载电流是为了使下线的保护开关动作跳闸的唯一办法，因此 UPS下线的负载分配开关应与 UPS容量保持一定的鉴别性，即：负载开关的单只容量不应大于二分之一的 UPS单机额定相电流。维修状态：学习资料整理分享word 专业整理当两台 UPD不幸同时故障时， 可利用其手动维修旁路向负载供电，同时断开内部的隔离开关对UPS进行安全检修。电池运行状态：当市电包括发电机不能正常供电时，UPS的电池组会自动放电， 以维持负载的正常运行

8、。学习资料整理分享word 专业整理§ 3. UPS 的系统分析§ 3.1 系统配置的优缺点分析模块化直接并联冗余的 UPS系统，具有较高的可靠性，其平均无故障时间 MTBF约 50 万小时。这种配置具有并联简单、占地面积小、价格适当、未来可增容的优点，因此在较重要的负载应用时 ( 例如：铁路、民航、证券、银行、大型数据中心、信息中心、网络通讯等行业 ) 成为首选的 UPS配置类型。Galaxy PW系列 UPS是 1997 年投放市场的产品，是在前一代产品Galaxy 系列基础上增强了部分通讯功能，包括人机界面采用中文显示等，经过三年多市场的考验，成为新一代功能先进、品质

9、优良的产品，仅 1999 年在全国邮政综合网的一个项目中，即中标40 多套同类配置的 UPS(60-200KA)，其市场的成熟性得到了充分的认可。模块化直接并联冗余的 UPS系统的不足之处在于其平均无故障时间 MTBF较主从热备份式 冗余并联配置的 MTBF(=71.5 万小时 ) 略低一些，但主从热备份式不具备未来增容的可能，同时在正常情况下负载电流总是运行在主 UPS上，备机 UPS空载，这也正是主从热备冗余式通常不易被广大用户所接受的原因。§ 3.2 并联同步的分析并联 UPS的关键问题学习资料整理分享word 专业整理并联 UPS系统中所需要解决的最关键问题是各个逆变器上的负

10、载电流平均分配的问题。如果分配得不到平衡，势必引起某一台逆变器可能出现过载，而另外一台却带极轻的负载，甚至空载运行。这样当负载 较重的逆变器因某种原因 ( 例如：故障、过载、放电结束等 ) 需要退出运行时，将对另一台逆变器产生很大的电流冲击。另一方面负载较重的逆变器可能因负载电流大而出现输出电压偏低的趋势，负载较轻的逆变器有输出电压偏高的趋势，两者之间的电压差又可能引起新的附加环流，使 UPS的实际输出容量降低，附加环流变成了内部损耗。并联运行的电流分配 (CurrentSharing)对于并联运行的逆变器，在逆变变压器的一次侧，除了每个支路上具有支路电流检测的霍尔效应互感器LEM外还增加了一

11、个普通电流互感器，用以检测各个并机逆变器的电流分配。由于它不需要很灵敏地反映逆变器的直流电流， 而仅仅是各个逆变器支路电流的相互比较，因此可使用普通的交流互感器。以下图所示的单相双机并联逆变器为例:学习资料整理分享word 专业整理图: 单相双机并联逆变器采样电路单相双机并联逆变器的工作原理如下：图: 计算理论平均值的等效电路当双机并联时， APOZ板的采样电路可等效为上图的电路，逆变器运行时，两个开关处于闭合状态，R1 和 R1',R 2 和 R2' 为电流互感器（电流源）的负载分压电阻，其阻值全部相等，根据电路分析可以得到：I(II)/2公式 (1)TH12II ITH I

12、THI2(I I )/2公式 (2)EX112式中： I TH：为理论平均电流IEX：为两个电流源之间的不平衡电流或交换电流。当由于某种原因使得两个逆变器电流分配不均匀，且 I 1大于 I2时，将有 I EX I 1I 2 从逆变器 1 流向逆变器 2，这时逆变器 1 通过调整电路将减少电流 LEX，逆变器 2 通过调整电路将增加 LEX电流，从而使得 I 1 逐渐等于 I 2，两个逆变器电流分配即趋于动态平衡。学习资料整理分享word 专业整理实际的 APOZ板电流采样的电路见下图:图:APOZ板电流检测电路交换电流的调整电路(I EX regulation)交换电流或不平衡电流以环流的形式

13、出现，对逆变器的影响最终表现为对正弦波输出的幅值及相位的影响，因此调整环节就分成为幅值调整及相位调整两部分。调整是在逆变器调整板CROZ上进行的，首先将交换电流分离为有功部分( Active)和无功部分 (Reactive)，有功部分即 I ex cos 用于相位的调整，无功部分即I ex sin用于幅值 A的调整， 角表示理论平均电流与时间( 周期 )t 的夹角 ( 如下图左所示 ) 。当 I 1 向理论平均电流I TH移动 I EX时， I 2 也向理论平均电流I TH移动 I EXI 2I TH，用矢量表示这种移动关系更为明显( 如下图右所示 ) 。学习资料整理分享word 专业整理图:

14、 交换电流的分离及调整原理图: 逆变器控制板交换电流的分离及调整电路调整电路如上图所示。 I EX 首先作用在快速调整电路上，如同逆变支路电流，以保证输出电压的调整; 同时进入 IEX分离电路 (Extraction) ，分解为有功部分和无功部分，在慢速调整环上，用以改变或影响同步信号 (Synchron) 从而调整相位角，并改变或影响脉宽调制信号 (PWM)从而调整输出电压的幅值。§3.3 平均无故障时间MTBF分析梅兰日兰根据自己多年的 UPS设计生产研制的经验和统计数据资料得到各种 UPS部件的 MTBF如下表 :学习资料整理分享word 专业整理部件名称代号MTBF(小时 )

15、整流器MtbfR150,000电池MtbfB150,000逆变器MtbfI100,000静态旁路开关MtbfS1,000,000高质量旁路电源MtbfPH100低质量旁路电源MtbfPL50没有静态旁路开关的MtbfCU43,000UPS根据拓扑学的原理可以得到在线式UPS的 MTBF的计算方法 :1).整流器电池逆变器的拓扑图和计算公式RIRBIB1111mtbfCUmtbfRmtbfB公式 (a)mtbfI代入上述数值得到 :11111mtbfCU150,000150,000100,00042,857所以 MTBFcu43,000 小时2).带有旁路电源和静态开关的UPS拓扑图和计算公式

16、:PSPRISBCU学习资料整理分享word 专业整理1MTTR0.11公式 (b)mtbfupsmtbfCUmtbfPmtbfS上式中又引出了一个新的参数MTTR,称之为“ 平均修复时间”（Mean Time To Repair ）。MTTR实际上也是一个相对参数，对于一个技术娴熟的工程师，一般故障的排除时间可能为3 个小时，所以 MTTR=3小时；而对于一般工程师， MTTR可能为 6 小时；而对于某一偏远交通不便的地区，MTTR可能为 50 小时（包括路程时间和现场修理时间） 。将这些数据分别代入公式（ b），则可得到：有经验的工程师MTBF1409,000 小时；一般工程师MTBF22

17、60,000 小时；偏远地区MTBF341,000 小时 。MTBF 是一种统计概念上的参考 , 是一种相对量值 , 而不能作为绝对值加以应用 , 更不能将 MTBF与设备的使用寿命相混淆。 因为在 MTBF 的意义上来说 , 设备总是可以修复的 , 而使用寿命是指不可恢复的 , 或者是性能指标已达不到原设计指标。例如电池的寿命就是指其放电能力下降到原设计指标的75%或放电时间下降到额定时间的50%时, 即称为电池寿命终止。下面是 GALAXY PW系列 UPS各种配制的比较表 :没有旁路的非冗余并联没有旁路的单机UPS非冗余并联的频率转换器频率转换器MTBF：MTBF：25,00050,00

18、0 小时小时学习资料整理分享word 专业整理带旁路的单机 UPS模块式直接并联标准形式主动式冗余MTBF：250,000并联小时MTBF：（旁路电源为500,000 小低质量电源）时MTBF：500,000小时（旁路电源为高质量电源）公共旁路式并联热备份并联主动式冗余并被动式冗余联并联MTBF：625,000MTBF：小时715,000 小时学习资料整理分享word 专业整理报价清单A 方案 ( 后备时间两小时 ):单位 :元设备型号容量数量单价总价GALAXY PW60KVA2MGENP12-100AH136 节电池电池柜MGE LMCUB24 个两套 MGE电2 套池开关及电池连线总计附

19、： UPS 产品介绍新概念的UPS产品 -银河 GALAXY PW1998 年，梅兰日兰在银河Galaxy 系列 ( IGBT 和 PWM技术， 16 位微处理器控制，模块化设计 ) 的基础上， 以高科技为先导，以市场为取向, 不断创新又推出新的银河Galaxy PW20-200KVA系列产品，使UPS不仅具有原有的常规功能，而且在智能化管理，监控，延长电池寿命，直接并联，中文显示，绿色产品，提高可靠性等方面又迈上新台阶。Galaxy PW 容量分别为20、 30、 40、 50、 60、 80、 100、 120、 160、200KVA。学习资料整理分享word 专业整理Galaxy PW

20、(20 200KVA) 系列 UPS的性能特点GALAXY PW UPS是梅兰日兰电子有限公司于1997 年投入市场的新一代中、大功率UPS，功率范围从 20KVA至 200KVA。是从 94 年投入市场的大功率UPS GALAXY（ 40-800KVA）基础上改进的，具有以下特点：模块化设计 ：功率部分（功率变压器和功率模块）和控制部分（数据采样及控制电路）的房间式分布，既避免弱电与强电的相互干扰，又可在最安全的情况下进行维护和维修。总线控制：控制 / 显示系统由多块电路板组成，每块电路板都综合了模拟、逻辑和数字技术，采用总线控制，因而不需要用任何电位器来进行调节，并可以实现自诊断。总线包括

21、：辅助电源总线、数据总线、控制命令总线、逻辑状态总线和模拟数据总线。整流器、逆变器、静态旁路的调整系统是完全独立的，任何一个部分出现异常都不会影响到其他部分，而且便于查找故障及维修。GALAXY PW系列UPS 有6 个微处理器( 三个6809 ，三个Interl80C196)，来实现电路控制、参数设定、运行程序管理、启动前先进的自检和自诊断功能，可对电路板上的所有独立电路及连接进行检测和故障隔离；加上可编成逻辑（ PAL）电路和很多其他的优点，使它可以使用最现代化的技术。总之，数字化程度在90%以上。IGBT 技术：逆变器部分采用最新型、全面验证的IGBT（绝缘栅双级晶体管）功率器件，使UP

22、S电路学习资料整理分享word 专业整理更简化，器件更少，提高可靠性。结合高频（IGBT 的工作频率为5KHz）、自适应频率及正弦脉宽调制的控制技术，使得UPS的输出波型精度在1%以内。带 100%非线性负载的失真最小：两个主要因素：UPS的输出功率变压器的付边采用三角形zig-zag绕法，使得调整UPS的输出电压通过调整相对中线电压即可实现，这是其他三相变压器无法实现的，提高了调整速度，减小了输出感抗；高频（ 5KHz）冷启动：即使在没有市电的情况下也能启动，负载由电池通过逆变器供电。前提是电池开关必须先闭合。缓启动：整流器 / 充电器的输出电压是斜坡、缓慢上升的，可以避免开机时对电网的冲击

23、；还可以通过梅兰日兰的调试软件对整流器/ 充电器设置0 255 秒的延迟启动； 前端有三相电抗器，避免换相时电流的突变，减少对电网的污染。高效率：满载时效率高达93.5%，这一点个别厂家也能做到，但在25%负载时，效率已高达91%，这是其他厂家做不到的。满足负载突变的要求：当负载由0 100%越变时，有电池情况下，电压的瞬间变化在+2%以内，并都可在20ms内恢复到 +1%。THM：谐波管理（选件） ：PW UPS的输入端可配置无源及有源谐波滤波器，可将谐波失真降低到5%以内，而且无源滤波器（非补偿式及补偿式）可置于PW机柜内，减少用户场地占用面积。电池管理：PW UPS具有电池监测器，可以使

24、用户监测电池的运行状况，并使电池的寿命达到最大。根据电池的使用年限、环境温度和负载率来计算真实的电池后备时间。预报电池剩余的使用年限。过度放电保护。深度放电保护3T学习资料整理分享word 专业整理按温度调整电池充电电压。限制充电电流。电池自动充放电测试手动测试：电池充满后，可在任一时刻测试。自动测试：按设定的日期测试。人机界面：大屏显示窗： 4X20 个文字，背景灯自动熄灭，节能。模拟指示灯：不同颜色及常亮、闪亮的指示灯，并配以不同频率的报警声音来指示UPS的不同工作状态。按键：配以不同的按键，用户可以得到所需的各种数据和报警信息，并可对显示面板进行设置。语言：八种语言选择，并有中文。故障记

25、录功能：可存储按时间编排的500 条报警信息，并可清除。统计数据：旁路运行时间、INV 运行时间、电池供电时间和限流次数等。紧急关机按键：异常情况下迅速切断UPS与负载的联系，包括静态旁路和电池开关。通讯、监控功能：RS485 JBUS通讯板。SNMP网卡。RS232 ASCII 通讯板。以上三块通讯板可热插拔。Solution Pac软件：支持复杂的操作环境。Monitor Pac软件：可同时监控多台UPS。提供通讯协议，用户可自编监控软件。中继 11 信号接口板：用户可自接报警器及辅助功能。远程 6 信号报警器。多种运行方式：在线式 .ECO模式（节能） 。效率达97%，切换时间小于15m

26、s.频率变换器 .热备份 .学习资料整理分享word 专业整理冗余并联 .增容并联 .模块化直接并联：并联采用直接并联，不需并联柜。在任何需要的情况下，可增加一台同等功率的UPS来并联（可并4 台），从而达到增容及冗余备份的功能。经过多年的实践证明可靠性极高。Galaxy PW 系列 UPS的技术性能指标UPS额定功率 (kVA)203040506080100120160200主电源输入输入相数3 相输入电压及容限380V、 400V 、415 V ±1 5%输入频率及容限50、60 Hz ± 10%使用 THM滤波器时的 THDI< 4 %使用 THM滤波器时输入功

27、率因0.96数旁路电源输入输入相数3 相 +中线输入电压及容限380 V 、 400 V 、415 V ± 10%输入频率及容限50、60 Hz ± 10%负载输出相数3 相 +中线输出线电压380 V、400 V、415 V输出相电压220 V、230 V、240 V稳态电压精度± 1 %输出频率及精度 ( 电池运行时 )50、60 Hz± 0.05 Hz与旁路同步的范围± 0.5 Hz (从 0.25 Hz到± 2 Hz可调 )动态电压范围（100%负载跃变± 2% ( 含电池运行 )时）逆变器过载能力165% 1 分钟 125% 10分钟逆变器短路能力Isc Ph/Ph ( 额4.22.82.12.52.13.12.52.12.62.1定电流倍