UPS电源整合方案解析课件

1、UPS电源整合集中监控系统第1页，共62页。什么是UPS不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要元件,稳压恒频输出的电源设备,它可以解决现有电力的断电、电压不稳以及突波等现象，是计算机系统和网络运行更加稳定安全。UPS电源系统设备技术是指依托先进的功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、只能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等一门综合技术第2页，共62页。1电涌（Power surger）指市电电压有效值高于额定值110%，并且持续时间为一个至数个周期的现象。电涌主要是由于在同一电网上的大型电气设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压

2、冲击。电脑以及类似的敏感电器设备可接受的电压值都有一定的范围，任何超出其设计范围的峰值或有效值电压都会给元器件的安全带来危害，影响整机的可靠性和寿命。第3页，共62页。2高压尖脉冲（High voltage spikes）指峰值达上千伏，持续时间从0.1ms至几毫秒的脉冲电压。这主要是由于雷击残压、电弧放电、改善功率因数的电容器切换、感性负载的切换、静态放电或大型电气设备开关操作所残生的。此峰值电压能通过交流电线、网络串行线、电话线等进入电器设备、破坏或完全损坏设备。第4页，共62页。3瞬态高压干扰（Switching transients）指峰值达上千万伏，持续时间从1us至几十us的脉冲电

3、压。其产生原因和可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，只是传输途径和解决方法有所不同。第5页，共62页。4电压下陷（Power sags）市电电压有效值介于额定值80%85%的低压状态，并且持续时间为一个至数个周期情况。大型设备开机或大型变压器接入都可能造成电压下陷。第6页，共62页。5电线噪声（Electrical line noise）指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EMI）以及其它各种高频干扰。电动机的运行、继电器的动作、电动机控制器的工作、广播发射、微波幅射以及雷电等。都会引起电线噪声干扰。电线噪声干扰会破坏精密电子设备的正常运行，对操作程序和运行数据起到破坏作用。第7页，共62页。6频率偏

4、移（Frequency variation）市电频率的变化超过3Hz主要指应急发电机的不稳定运行，或电压频率特性不好的专用电源供电设备所致。第8页，共62页。7闪变指供电电压有周期性摆动。由于循环换流传动系统周期性变化的负荷所造成的，此时应有照明系统产生闪烁的视觉现象。第9页，共62页。8电压不平衡指三相电源各相的电压不对称。会使变压器内部产生环流或过流第10页，共62页。9谐波畸变指电压波形畸变主要是由非线性负荷所造成结果是变压器由于涡流及磁滞损失过大而过热,电机过热及转矩下降,对电压频率敏感的设备工作不稳定甚至产生振荡,以及系统中中性导线和改善功率因数的电容器过热等.第11页，共62页。1

5、0暂态停电指1min以内的完全停电它是在暂态后由自动重新合闸装置的再接通电源造成的后果是计算机和通信设备将会关机并丢失数据.第12页，共62页。11持续欠电压或过电压市电电压长时间低于或高于额定的电压数值产生的原因是变压器分接开关故障、负载总负荷超过电网容量并且波动、大型设备频繁启动和运行、主电力线切换等。第13页，共62页。12市电中断第14页，共62页。UPS类型1、后备式 在市电正常时，后备式UPS的逆变器是不工作的，当市电掉电时它才启动逆变器向负载供电。2、在线互动式 逆边器一直在工作，但逆变器不输出功率，处于热备份状态。3、传统双变换在线式 市电存在时，将市电交流电通过整流滤波电路变

6、换为直流电，然后再将直流电通过DC/AC逆变器变换成纯净稳定的正弦电压向负载供电，后备电池接在直流母线上，市电掉电后，由电池逆变后给负载继续供电。4、DELTA变换在线式 把电网调节技术中的串并联有源滤波技术应用到UPS的电路结构中去，保留了传统双变换在线式UPS的全部高性能输出指标，克服了传统双变换在线式UPS的对电网产生污染和输出能力差的这两个固有缺点，是一种性能更好的在线式UPS。、第15页，共62页。UPS的作用为电脑提供备用电源，防止电网供电突然断电造成对重要文件数据损坏。消除电网供电上的“污染”（包括浪涌、波动、脉冲、噪声等），使电脑中的电子部件免受摧毁性损坏。第16页，共62页。

7、UPS供电方式集中供电方式由一台大功率向车站整个弱电系统负载提供应急供电.分散供电方式根据设备的需要分别配备适合的中、小功率UPS第17页，共62页。UPS分散供电UPS集中供电适合场合设备比较分散、比较独立设备比较集中管理维护设备分散、管理维护困难集中管理，便于专人负责和维修可靠性没有备份，可靠性低可以多种冗余设计，可靠性高MTBF低高蓄电池利用分散裕量，造成浪费共用蓄电池，集中欲量，节约成本占地面积设备分散，占地面积大设备集中，占地面积小布线布线简单，要求低布线复杂，要求高成本低高性能指标技术含量低，容易生产，性能指标一般技术含量高，设计严密，性能指标较好其它国内中小UPS技术很成熟，可全

8、部国产化国内大功率生产仍有些问题，要部分依赖进口UPS分散供电和集中供电的比较第18页，共62页。地铁UPS电源系统现状UPS各专业独立设置采用分散供电方式，独立放置，各专业单独维护。基本没有专业的电源维护人员，造成实质上的电源系统维护少或维护不当的状况导致蓄电池容量降低，不能达到备用时间要求设备容量重复配置、品牌多样、利用率低，占地面积大，经济上不合理。UPS监控就近接入各专业监控系统，缺乏统一的管理和维护平台，一般仅对UPS进行监控。第19页，共62页。UPS电源整合的目的UPS电源统一布置、减少设备用房面积、降低车站土建工程造价。通过硬件整合减少容量重复配置、节省设备投资。形成统一的UP

9、S电源系统监视和管理平台，提高UPS系统监测和自动化水平，对UPS系统进行专业化维护。电源品牌统一选型，便于设备招标和维护保养。 第20页，共62页。车站UPS整合主要原则 （1）整合后的电源系统应满足所有被电源整合的各系统对电源的技术要求，保证各系统的可靠安全运行。（2）整合后的电源室应靠近弱电负荷中心布置，以便于馈电电缆布局减少线路压降及线损，提高供电线路的安全可靠性。（3）电源系统整合应根据被电源整合各系统的负载性质、电源需求等技术要求统考虑以便进行的硬件配置。（4）电源整合应尽量减少不同系统间电源的相互影响。第21页，共62页。UPS监控系统应该具备的基本功能UPS运行状态监测-包括输

10、入输出电压、频率、UPS负载情况、内部温度、电池状态等。UPS控制和设置功能-设置UPS的有关运行参数、运行状态（比如转旁路）。对UPS运行进行控制，比如，自检查、电池校准等。日志功能。完整记录UPS运行过程中发生的各种事件和主要运行参数的记录事件处理功能-根据UPS的事件进行相应的处理。比如通知用户，运行特定的命令，关闭操作系统等。安全关机功能。在UPS断电超出一定时间的情况下、保护计算机数据、安全关闭有关应用程序、比如数据库、Web Server等然后使操作系统正常当机第22页，共62页。UPS管理系统具备的基本功能1主动维护功能。软件设定定期对UPS的功能进行自检，定时开关机，电池更换报

11、警、电池检测等扩展管理功能，在计算机和UPS通过软件进行一对一管理的基础上、可以扩展为网络管理，或者支持SNMP，浏览器，第三方管理软件等网络管理方式。第23页，共62页。电源监控系统的功能遥控遥信遥测监控信息查询显示打印数据存储记录实时历史趋势系统配置远端操作密码管理支持联网监控系统自诊断设备现场图象监控第24页，共62页。各弱电系统电源需求分析 各弱电系统负载类型及需求分析（1）通信系统。负载类型：传输、无线、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟等子系统的计算机网络通讯设备电源要求能连续供应AC220V电源。（2）信号系统。负载类型：信号系统旅客信息系统等计算机、网络设备控制设备；电源

12、要求：能连续供应AC380/220V电源。（3）综合监控系统（含环境监控、门禁）。负载类型：计算机、网络设备，环境监控和门禁控制设备；电源要求：连续供应AC220V电源。（4）自动售检票系统（AFC）。负载类型计算机、网络设备，AFC终端设备电源要求：能连续供应AC220V电源。（5）办公自动化系统。负载类型：计算机、网络设备：电源要求能连续供应AC220V电源。（6）屏蔽门系统。负载类型屏蔽门控制、驱动设备等电源要求：控制设备需连续供应AC220V控制电源驱动设备需要DC110V驱动电源。（7）火灾自动报警系统。负载类型计算机网络设备、报警控制器等电源要求需连续供应AC220V电源。（8）变

13、电所直流辅助电源。负载类型:装置电源、控制电源、电机电源，电源要求能连续供应DC220V电源。（9）车站应急照明系统。负载类型包括疏散照明和备用照明，电源要求能连续供应AC220V电源。第25页，共62页。UPS电源整合范围分析 （1）通信、信号，综合监控（含环境与设备监控门禁）办公自动化系统自动售检票、火灾自动报警主要为计算机和网络设备等容性负载，需AC380/220V电源，适于采用电源进行供电。（2）屏蔽门系统的负载主要分布在站台上，且屏蔽门的驱动电机属于电感性负载，功率因数比较低，冲击电流大若采用源整合系统供电，电会明显影响电压稳定，降低电源质量。因此，屏蔽门系统不适宜采用电源整合系统供

14、电，宜独立设置后备电源，不纳入电源整合系统整合范围。（3）变电所与车站弱电系统一般设置在车站两端电源靠近各弱电系统负荷中心设置因此变电所负载距电源室的距离跨越整个车站，供电线路迂回，线路压降大。故变电所操作电源宜独立设置。（4）应急照明主要是电感性负载，其负载分布在整个车站范围内且点多面广，供电线路迂回，因此应急照明系统不宜纳入电源整合范围。综上所述通信、信号、综合监控（含环境监控、门禁）办公自动化自动售检票、火灾自动报警等系统纳入电源整合范围即各系统共用一套电源。屏蔽门系统、变电所辅助电源应急照明由各个系统独立设置后备电源，不纳入电源整合范围。电源整合系统构成地铁中各弱电系统对电源的可靠性要

15、求很高,电源断电时会造成地铁停运甚至人身伤害,带来不可估计的损失，因此各车站电源整合系统分别设置两套电源装置（含整流器、逆变器、蓄电池）、负载同步控制器、智能控制单元等。电源整合系统的构成见图1。第26页，共62页。UPS整合集中监控系统的硬件组成Ups蓄电池UPS配电盘监控系统电池自动开关盒蓄电池检测仪第27页，共62页。地铁UPS整合监控的内容UPS监控蓄电池在线监测进线ATS监控智能配电盘监控环境温度及湿度监控第28页，共62页。车站监控站方案1图例:光纤 网线 双绞线 硬接线电缆BASUPS集控中心RS485 MODBUSRS485RS485UPSATS电池监测配电盘监控电池开关盒监控

16、第29页，共62页。UPS整合集中监控网络图1车站1车站2车站3车站 车站 车站N工程师站操作员站数据库服务器数据库服务器通讯网第30页，共62页。UPS整合集中监控网络图1车站1车站2车站3车站 车站 车站N工程师站操作员站数据库服务器数据库服务器通讯网第31页，共62页。车站监控站方案2第32页，共62页。在线式UPS的工作状态市电正常市电异常市电恢复正常旁路状态第33页，共62页。UPS监控的硬件接口干接点RS232AS/400网络接口第34页，共62页。串联冗余UPS备机UPS主机输出 旁路输入主路输入旁路输入主路输入负载第35页，共62页。串联冗余的优缺点优点简单、经济缺点：主UPS

17、转旁路时，辅助UPS的负载需要实现空载到满载的跳变开关设备和相关控制电路复杂性影响了可靠性正常运行时，辅助UPS空载运行，效率低；第36页，共62页。并联冗余第37页，共62页。系统冗余度N+XN并联系统中UPS单机的总台数X并联系统中允许出现故障的UPS单机台数。第38页，共62页。UPS第39页，共62页。蓄电池组在后备电源系统中,蓄电池组一般由多个蓄电池串联而成。常见的电信系统是由24个2V左右的电池串联成48V电源。大型UPS系统是由33个12V左右的蓄电池串联成380V电源。第40页，共62页。蓄电池主要厂家Enersys全球最大的铅酸蓄电池制造商，EXIDE、HAWKER、GNB、

18、YUDOR、SONNENSCHEIN、FIAMM。艾诺斯C&D 德过阳光sonnenschein德国松树 HOPPEKE日本YUASA汤浅第41页，共62页。常用蓄电池类型富液式铅酸蓄电池(OPzS)吸收玻璃棉阀控式铅酸蓄电池(AGM-VRLA) AGM-Absorbed Glass Mat超细吸收式玻璃棉隔板,AGM密封铅蓄电池具有低内阻特性，大电流快速放电能力很强 胶体阀控式铅酸蓄电池(Gel-VRLAB) 胶体密封铅蓄电池内阻要比AGM密封铅蓄电池要大。铅蓄电池的大电流放电性能仍然很好第42页，共62页。AGM电池AGM电池以超细吸收式玻璃棉隔板吸收电解液,AGM隔膜具有93%以上的空隙

19、率,灌入电解液时,90%左右的孔隙被电解液填充,留有10%左右的孔隙作为充电时正极析出氧气到负极进行复合的通道,以实现氧的循环,达到电池可以密封的目的。第43页，共62页。GEL-VRLA胶体电池内阻较大，采用触变性SiO2胶体吸收电解液，使电解液不流动；以胶体的微裂纹作为氧的复合通道，胶体电池使用初期由于胶体未能形成大量微裂纹，氧的复合效率较低；安全阀经常开放，造成电池有酸雾逸出。第44页，共62页。蓄电池组的4种状态浮充状态均充状态放电状态充电状态第45页，共62页。浮充状态电池组处于备用的情况下，为了克服蓄电池自身的放电效应，应对蓄电池施加一个小的浮充电流，这种状态称为浮充状态。浮充状态

20、期间，任意一个蓄电池的电压过高或过低都认为是异常，应加以处理第46页，共62页。均充状态由于各个蓄电池物理上的差异以及长期后备期间的恒流浮充，往往造成某些蓄电池电压过高或过低，这时应对蓄电池组施加一均充电流（一般大雨浮充电流的若干倍），对蓄电池进行均充。均充可以克服某些蓄电池电压的过高或过低，均充期间的电压及电压变化量是衡量蓄电池性能的十分重要的参数第47页，共62页。放电状态当主供电系统停店时，蓄电池组将投入运行。当蓄电池组以大电流方式向外供电时称为放电状态。放电状态的各个蓄电池的电压、电压下降率、安时数和温升都是本系统测试分析和判别蓄电池性能的重要参数。第48页，共62页。充电状态蓄电池组

21、每次放电之后应进行充电，即向蓄电池组加较大的充电电流的状态称为充电状态，这时的电压、电压上升率、温升和安时数同样也是衡量蓄电池性能指标的重要参数第49页，共62页。环境温度对电池寿命的影响温度过高时，电池内正板栅的腐蚀加剧，析气反应被大大加速，失水干涸与热失控可能性大大提高，电池寿命急剧下降。温度过低时，由于电池内阻增加，极化增大，电池在放电后很难正常充电，易造成负极的硫酸盐化，缩短电池寿命第50页，共62页。阀控式密封铅酸蓄电池失效1、正板板栅的腐蚀变形2、电池干涸3、第一类早期容量损失：、 板栅和活性物质界面的影响，表现为电池在最初的10-15次循环内，其性能突然快速下降。4、第二类早期容

22、量损失 正极活性物质的软化与脱落的影响。5、第三类早期容量损失 负极性硫酸盐化的影响。6、热失控第51页，共62页。电池干涸当温度较高时，电池析气速度会加快，氧在负极来不及全部复合，只能通过安全阀排出电池外；充电时负极也会析出少量氢气，这部分气体也只能排出电池外。这样电池内的水就会逐渐缺失，积累到一定程度就会发生干涸，这种现象在环境温度过高或电池表面散热性能较差时，更容易发生。第52页，共62页。热失控阀控式铅酸蓄电过充时正极产生的大量氧气在负极复合，复合反映产生的热使蓄电池温度进一步升高，温度升高又使电池内阻下降，导致浮充电流增大，如此反复形成恶性循环。阀控式铅蓄电池采用恒压充电，充电电流只

23、受最高限流值控制，因此浮充电流可以在很大范围内增长。当浮充电流增加到足够大时，阀控式铅蓄电池便发生热失控，电池壳体严重膨胀变形，最终导致电池失效。环境温度、浮充电压和通风条件是对热失控有重大影响的外部因素第53页，共62页。蓄电池监控单元的五大功能1、单体电池电压测量。2、充放电电流测量3、电池温度测量4、电池房环境温度5、电池容量计算第54页，共62页。蓄电池监控单元的五大功能 1、单体电池电压测量。电池组单体电池电压是最可靠的电池特征。对于损坏的单体电池，由于其内阻增大，通常充电时表现为电压过高，而放电时则表现为电压过低，并会影响整组电池的容量。对于电池的相对过欠压也同样发出告警，例如超过或低于平均电压的6%（约150mV）认为异常。第55页，共62页。2、充放电电流测量监测电池组的充放电电流，根据充放电电流的大小可准确判断负载过重，过充电、过放电等故障。第56页，共62页。3、电池温度测量。通过监测电池表面温度也可对电池性能进行较准