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UPS不间断 电源产品选型手册

作者:匿名出处:论坛2016-02-04 20:39

  前言

  随着企业信息化应用的逐渐深入以及两化深度融合的持续推进,我国工业自动化水平得到了很大提高,大量的高端、智能生产设备和信息系统的应用也日趋广泛,从而对事关工业生产安全、支撑智能设备和信息系统平稳运行的UPS系统提出了更高要求。但是,在工业领域电力应用中,供电质量往往受到各种因素的影响,例如,电网污染、自然界的雷电、大容量的电动机启动、功率因数补偿电容器的切换等等,都会直接影响到供电质量,造成电压波动、脉冲干扰乃至供电中断等问题。在此背景下,UPS以其稳压精度高、能够不间断向负载提供纯净电能的优势广泛地应用于工业领域,为工业生产、管理提供了可靠的电力保障。

  UPS( Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是一种含有储能装置,以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。主要利用电池等储能装置在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。它可以解决由电力中断、低电压、高电压、突波、杂讯等情况引起的事故和问题。

  平时,市电经整流器变为直流并对蓄电池浮充电,同时经逆变器输出高质量的交流净化电源供重要负载,使其不受市电的电压、频率、谐波干扰。当市电因故停电时,系统自动切换到蓄电池组,蓄电池放电,经逆变器对重要负荷供电。可见,采用高可靠的UPS供电方案是最为有效的、高可靠的电源解决方案。

 UPS不间断电源产品选型手册

  《UPS及供电系统产品选型手册》的发布旨在于通过对UPS领域厂商的产品及技术的全面分析和梳理,为制造企业UPS解决方案的实施与选型提供参考。选型手册涵盖了施耐德、艾默生、华为、山特、科华、科士达、台达、柏克、等行业主流厂商。

  在此,非常感谢厂商市场人员积极配合本次选型工作,主动提供与产品相关的资料和介绍,给选型手册的编撰工作给予的大力支持。

  一、技术介绍

  1.功能特点

  UPS的中文意思为“不间断电源”,它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘,使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。使用不间断电源是为了应对电网可能出现的以下情况:

  停电(电网停止工作,无电压输出)

  压降(亦称下陷,电压10%以上,时间持续数秒)

  持续欠压

  持续过压

  线噪(因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰)

  频率漂移(发电机不稳定造成的电网频率偏差)

  开关瞬态(亦称暂态,由电气设备开关或放电造成的电压偏差,有时可高达20000伏,但是持续时间极短,仅数纳秒)

  谐波(电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰)

  2.工作原理

  UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。

  当市电正常为380/220VAC时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V或380V交流电压,同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。

  3.产品类型

  随着信息时代的发展,UPS技术也日趋成熟。UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类:

  3.1 后备式UPS

  后备式UPS在有市电时,市电给电池充电,负载由市电供电;掉电后,电池储存的能量通过逆变器给负载供电。

后备式UPS结构示意图

  后备式UPS结构示意图

  从结构图可知,当市电输入正常时,UPS经过滤波后直接将市电交给用户的设备使用,同时充电器(充电电路)给蓄电池充电。当市电断电后,后备式UPS会切换到电池逆变状态,由蓄电池提供后备能源对负载继续供电。由于逆变器为后备工作方式,后备式 UPS 对市电没有净化功能,且输出电压稳压特性差,多为准方波输出。

  后备式UPS电源的优点是:运行效率高、噪音低、价格相对便宜,主要适用于市电波动不大,对供电质量要求不高的场合,比较小型办公企业使用。由于后备式存在一个切换时间问题,因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。不过实际上这个切换时间很短,UPS一般介于2至10毫秒,而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右,所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。

  3.2 在线互动式UPS

  在线互动式 UPS 是介于后备式 UPS 和在线式 UPS 工作方式之间的 UPS 设备,它集中了后备式 UPS 效率高和在线式 UPS 供电质量高的优点。在线互动式 UPS 的逆变器一直处于工作状态,具有双向功能:在市电正常时,UPS 的逆变器处于反向工作状态,给蓄电池组充电,起充电器的作用;在市电异常时,逆变器立刻转入逆变工作状态,将蓄电池组的直流电转换为交流正弦波输出。在线互动式 UPS 也有转换时间,但比后备式 UPS 短,保护功能较强。另外,它还采用了铁磁谐波变压器,抽头调压在市电供电时具有较好的稳压功能。

在线互动式UPS结构示意图

  在线互动式UPS结构示意图

  UPS的逆变器处于反向工作状态给电池组充电,在市电异常时逆变器投入逆变工作,将电池组电压转换为交流电输出,因此在线互动式UPS对电网的净化能力差,掉电转切电池有间断时间。当前的在线互动式产品在输入端会接简单的EMI滤波器,对电磁干扰有一定的抑制作用。因带有输出稳压装置,可以解决市电浪涌、电压波动等问题,对市电电网出现的频率不稳、波形畸变和高压尖峰等问题无能为力。优点是运行效率较高、结构紧凑、成本较低,能够适应大多数对断电要求不是很严格的场合,但不适合大型数据网络中心和其他关键用电领域。

  3.3 在线式UPS

  在线式UPS的结构与后备式UPS有较大的差异,将后备式UPS的断电切换改为持续供电,结构如下图所示。

在线式UPS结构图

  在线式UPS结构图

  对于在线式UPS来说,当市电供电正常时,它首先将市电交流电源变成直流电源,然后逆变器将直流电源进行斩波,再经逆变器的输出滤波器重新变成我们所需要的交流电来向负载供电。原存于市电电网上电压幅度不稳、频率漂移、波形畸变及噪音干扰等电源问题都得到了解决。当市电中断时,蓄电池提供后备能源继续供电。由于在线式技术不存在市电供电到逆变器供电的转换操作,所以它的转换时间为零。因此,只要不发生UPS因蓄电池被长时间放电而出现电池电压过低自动关机的状况,UPS电源就可以一直向负载提供高质量的无任何时间中断的电源,它和市电是否中断毫无关系。显然,这种高质量的交流电源是十分有利于维持用户设备的正常工作。

  表1 UPS电源功能类型对比表

表1 UPS电源功能类型对比表

  二、产品选型

  1、需求评估

  需求评估是进行产品选型的第一步。因此,企业在考虑部署UPS系统之前,需对自身需求进行全面评估。UPS作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,应是企业选型时候需要考虑的重点。那么下列几项主要的性能参数是必须注意的:

  最大输出负载容量:最大输出负载容量是其中的一项非常重要的指标,容量越大,表示可同时接入到UPS上使用的设备越多。需要提醒的是,且不可一味地追求大容量,容量越大,UPS的体积也越大,价格也更贵,要依据自己的实际情况进行选购。比如你要对企业的一台服务器配备UPS提供电源保护,选购一台300~500瓦的UPS就能够满足你的需要了;如果你要对整个企业所有的机器都提供电源保护,那你就有必要参看UPS的随机说明书,或是在购买UPS的时候,将自己的使用要求告诉UPS销售商,请他们给你提供帮助和参考意见。

  电池备用时间:电池备用时间的长短,决定了当市电断电时,UPS能够给PC机及其外设持续供电多长时间。对于不同品牌、最大输出负载容量和实际负载容量相同的UPS来讲,由于它们可能配置了不同的蓄电池,因而能够给PC机及其外设持续供电的时间也是不一样的。电池备用时间的长短,受到很多方面的影响。一台UPS,它的最大输出负载容量越大,实际接入的负载越少,所能持续供电的时间也就越长,同时,UPS使用的年限和使用环境,都会不同程度地影响到电池备用时间的长短。一般来讲,一台正常使用着的、最大输出负载容量为300W的UPS,在负载仅为一台PC机(可以包括一块外置或内置Modem)的时候,在市电断电后,能够持续供电八分钟左右。

  输出功率因数:UPS的输出功率因数是用户最为关注的技术指标之一,因为UPS输出功率因数的高、低将直接影响系统对各种负载的驱动能力,输出功率因数越大,UPS的带负载能力就越强,能够帮助用户节省更多投资,并实现长期节能策略。目前行业针对数据中心领域应用的大功率UPS一般输出功率在0.8阶段,仅少数厂家能够达到0.9的技术要求。

  智能控制水平:UPS智能技术一直是厂商竞争、用户关注的热点。UPS的智能化水平的高低取决于系统数控技术、智能监测、自诊技术等多方面,这些智能技术不仅是UPS可靠性、稳定性和可用性的有效保障手段,还利于用户进行维护和管理,另外在绿色数据中心理念下,这些数控技术提供的数据也是企业制定节能降耗策略的科学依据。

  电池管理技术:UPS电池管理是不容忽视的问题,相关数据显示,UPS系统的故障有70%来自电池的失效或故障,而最让用户头疼的是,电池故障(如失效)又最不容易被查觉。因此,有实力的UPS厂商,都会高度重视电池技术的创新,用户选型时应主要关注电池的管理功能,尤其是电池充放电自动转换、自动保护以及自诊测试等,这些功能对电池寿命的影响极大。

  工艺设计:很多UPS厂商不遗余力地在这方面下功夫,并将之作为产品卖点。事实上,UPS的设计工艺能够给用户创造更多的应用价值,例如提高系统的模块化水平并对功率密度、体积、重量等进行优化处理,即可降低用户的投资成本和长期维护成本,而且还充分节省了数据中心有效的空间资源,符合新时代下提倡的“节能、环保、省地”理念。

  2、产品选型

  在选择UPS解决方案时,一般来说,应就负载设备所处理资料的重要性,各种用电设备对电源质量的要求,安装与空间要求及其经济预算等因素综合考虑。因此,企业在考虑部署UPS系统之前应该着重考虑以下几个因素。

  深入了解产品的技术性能:UPS实际支持的负载,大多数是计算机类型的负载。这类负载对电源要求较高的一些指标是电源的电压谐波失真,电流峰值因数、动态响应及追踪速率等。在考虑产品的技术性能时,一般都要注意到输出功率、输出电压波形、波形失真系数、输出电压稳定度,输出频率稳定度,蓄电池可供电时间长短等指标,而忽略了产品的输出电压的瞬时特性。就目前的电子技术水平而言,UPS电源的电压输出的静态稳定度,一般都能达到要求,但它们的电压输出瞬时响应特性却较差。严重的情况,当负载突变时,有的UPS根本不能正常工作。

  深入了解产品的可维护性:购买UPS电源时,应注意它是否有完善的自我保护系统及性能优良的充电回路,完善的保护系统是UPS电源得以安全运行的基础,性能优良的充电回路,是提高UPS电源蓄电池使用寿命和保证蓄电池实际可供使用的容量达到产品额定值的重要条件。蓄电池的成本是整个UPS电源成本的1/3左右,所以选好、用好蓄电池也是应该考虑的重要因素之一。

  注重价格和服务:价格自然是选择UPS电源要考虑的一个重要因素,有时还是决定因素,在比较产品价格时,不能仅仅从数值去看价格的多少。市场上有这种现象,商家谋求销售数量,而用户则指望最低的价格,结果忽视了必要的服务、产品的内在质量及用户的实际需求,用户应较多地转向对UPS质量和商家服务的追求,更注意UPS选型,使得能更好`地满足负载的实际需要。

  选择成熟的产品及厂家:UPS产品的功能在于保障,对用户而言UPS常常是保护设备与数据安全的最后防线,相比其他产品,“可靠性与品质”对UPS具有更重要的意义。因此,选择拥有丰富经验的厂商可以帮助您解决具体的问题,保障技术支持和性能问题得到及时的解决。

  3、合同签订

  在综合进行资质评估、需求评估、性能评估以及成本评估后,企业才可最后确定选型产品。在部署实施前,企业需与供应商进行服务合同的敲定。合同内容至少需包括以下几点:

  合同金额及详细的产品与服务报价

  实施周期

  验收标准和方法

  双方责任

  违约责任

  付款方式

  表2 产品功能选型表

表2 产品功能选型表

  四、主流厂商及产品

  施耐德(APC)

  施耐德电气有限公司成立于1836年,是全球能效管理领域的领导者,致力于电气工业领域,是一家专业生产高低压电器为主的综合性企业,拥有悠久的历史和强大的实力。输配电、工业控制和自动化是施耐德公司携手并进的两大领域,公司为全球100多个国家的能源及基础设施、工业、数据中心及网络、楼宇和住宅市场提供整体解决方案。

  产品特点

  e变换模式:创新的e变换模式为客户带来99%的效率,e变换模式是在ECO模式下具备有源谐波滤波器功能,并且转换为双转换模式时切换时间为0ms,不但延长UPS使用寿命,而且大大提高了效率。

  四电平技术:革命性的四电平开关技术,既带来系统更高的可靠性,也带来系统更高的效率,并大大降低运行噪音。

  高适应性:坚固的设计,既可以用于数据中心,也可以用于工业关键应用领域。

  操作流程:完善安全的操作流程,按照屏幕提示操作不易出错,明显降低操作故障率。

  电池管理:全面的电池管理能力(电池只数可调,并机系统公用电池组,防止深度放电,温度补偿充电,无市电电池直接启动UPS,浮充、升压充电、均充、循环4种充电模式,手动和自动电池检测,实时放电时间显示)。

  艾默生

  艾默生网络能源有限公司是美国艾默生公司下属子公司,是全球通信/IT行业网络能源产品、动力一体化整体解决方案及一体化服务的主流供应商。公司致力于将科技与应用工程技术完美结合,产品涉及通信电源、UPS不间断电源、机房专用精密空调、电力操作电源、太阳能和风能、户外一体化通信机系统、服务器机柜系统、ATS自动切换系统、STS静态切换开关、低压配电柜、SPM服务器电源管理系统、动力及环境监控系统、动力网保护产品等领域。

  产品特点

  艾默生网络能源有限公司目前所销售UPS按容量划分,从1KVA到800KVA若干系列的产品以满足用户不同的需求。主要产品系列包括:

  中大功率UPS(>20KVA):艾默生大中型UPS为三进三出型(三相输入,三相输出)在线式智能交流不间断电源系统,主要适用于大型IDC机房、银行/证券结算中心、通信网管中心、半导体生产线以及大型自动化生产及其控制系统。

  小功率UPS(=<20KVA):艾默生小型智能高频在线式交流不间断电源系统,分室外型,单机型,模块化多种规格。适用于小型计算机中心、网络间、通信系统、办公终端、医疗设备和精密仪器设备的交流供电。

  工业交流不间断电源系统:专用于电力、石油、化工、钢铁、冶金等工业领域的工频UPS产品,优秀的应对工业领域灰尘、酸雾、高低温、干燥或过湿等恶劣环境问题。

  后备电池系统:后备蓄电池系统是交流不间断供电系统中的重要组成部分,艾默生L系列(45~250Ah)和P系列(18~250Ah)阀控式铅酸蓄电池具备长寿命,高功率,高安全性等诸多优点,为交流不间断系统提供稳定可靠的后备电力。

  配电:艾默生交流配电系统包括SPM服务器电源管理系统,STS静态高速切换开关,监控管理系统等组成,保证了交流配电系统的安全管理,快速双路切换和高效的机房管理。

  华为

  秉承20余年电源应用经验,华为UPS为客户量身打造安全、稳定、高效的供电平台,致力于帮助客户保障供电可靠性、降低能耗、简化维护、易用管理,从而为客户节省运维成本,关注于主营业务的稳定运行。目前,华为UPS解决方案已经在全球30多个国家规模运用,其可靠的产品,高质量的服务,得到全球客户的青睐,并在政府、能源、交通、电力等行业得到了广泛应用。

  产品特点

  UPS5000-E,UPS5000-A, UPS2000-G,UPS2000-A容量涵盖1kVA-800kVA,是华为公司推出的满足大、中、小各种应用场景的全系列UPS产品,优异的负载适应性、低载高效、模块化设计、智能化管理等优势。其产品优势主要表现在以下四个方面:

  可靠:华为UPS系列通过精细设计,从电能输入端、电能存储端、电能输出端提供稳定可靠的全方位保护,确保负载设备安全。

  高效:得益于先进的控制算法和高品质器件,华为全系列UPS均具备业界领先的效率,从而在保障供电连续性的同时,大幅降低能耗开支。

  易用:采用模块化设计理念,主机、电池包、供配电模块、智能监控模块均极易安装;采用自适应负载检测和并机参数动态检测功能,用户扩容方便。

  智能:自有的实时操作系统,有力支撑可靠性与灵活性;电池参数实时监测,自动实现温度补偿;NetEco智能网管系统,覆盖所有供电节点。

  山特

  山特电子(深圳)有限公司是专业从事不间断电源(UPS)开发、生产及经营的国际性厂商。山特率先将IGBT功率元件及高频PWM技术引入UPS行业,从根本上提升了UPS的性能和稳定度。目前,在中国的北京、上海、深圳、沈阳、成都、武汉、西安已设立7家分支机构,生产基地设在广东深圳,产品范围从后备500VA到在线640kVA大功率并机系列,能满足不同行业用户的需求。

  产品特点

  山特UPS采用CPU全面控制技术,对断电、高低压、浪涌、舜变、尖峰等电力异常状况能做出准确的反映与处理。

  稳压输出:它专门针对个人PC、小型工作站及工控产品用户设计,具有自动稳压输出功能,能有效滤除各类电力干扰。

  精良的制造工艺:先进的SMD表面贴装技术和CPU集成控制技术的应用,使UPS的性能更可靠,能对各类电力问题(断电、短路、过载、高低压、突波)做出精确、可靠地处理,为负载提供全方位的保护。

  独立的防浪涌保护插座:不仅保护PC,还能够对打印机、路由器、扫描仪、Modem等相关外设提供电源防浪涌保护。

  自动开机:市电中断,UPS在电池模式下放电至关机;当市电恢复时,UPS可自动开机,方便无人值守情况下的电源管理。

  开机自检功能:开机时,能自动模拟断电状况,对逆变器、电池进行自检,并做出准确、可靠的判断,全面提升负载的安全性。

  科华

  科华恒盛股份有限公司于1988年创立,具备28年的电力电子设备研发、制造经验,是“国家重点高新技术企业”及全国首批“两化融合管理体系企业”,拥有高端电源、新能源、数据中心三大产品方案体系,广泛应用于金融、工业、交通、通信、政府、国防、教育、医疗、电力、新能源、电动汽车充电桩、数据中心等行业,服务于全球80多个国家和地区、20多万用户,致力于打造生态型能源互联网企业。

  产品特点

  高性能设计:强化的组合结构机柜设计,人性化的前端维护设计,节省空间。可选配各种提高IP等级组件,适用于各种恶劣工业环境。风机智能调速,延长风机寿命,降低UPS工作噪音。

  多级保护 安全运行:具有输入过压、输入欠压、过载、短路、缺相、相序错误等告警及保护功能,适应性强,抗负载能力强;冷启动、自启动功能,无市电状态下可直接用电池组启动UPS,满足应急需求;市电恢复时可自动启动UPS,更具有无人值守功能,确保机器不损坏。

  高可靠性设计:采用自主专利的无主从自适应并机技术,根据业务发展任意进行在线升级或扩容,满足“边成长、边建设”需求。不同功率不同型号UPS可任意并联,无需任何附件可实现N+1并联;采用双DSP全数字化控制技术,整机控制精度高、运算速度快。

  绿色环保:符合国家标准的EMC电磁兼容特性(GB7260.2),降低、避免各类干扰,保证电网纯净。

  科士达

  科士达公司成立于1993年,国家火炬计划重点高新技术企业,中国大陆本土UPS产业领航者、行业领先的数据中心关键基础设施整体解决方案提供商、新能源解决方案提供商,致力于数据中心关键基础设施产品(UPS、精密空调、精密配电、蓄电池、网络服务器机柜、动力环境监控)、太阳能光伏发电系统产品(光伏逆变器、智能汇流箱、防逆流箱、直流配电柜、太阳能深循环蓄电池、监控)、电动汽车充电系统(直流充电产品、交流充电产品、监控)、储能产品的研发、制造及一体化解决方案应用,为包括中国在内的全球九十多个国家和地区提供优质产品及全方位服务,以创新动力不断引领行业发展。

  产品特点

  中小功率UPS:采用DSP全数字化控制,使系统更加稳定可靠;ECO运行模式高效节能,降低用户使用成本;用户可设定充电电流,恒流、恒压和浮充充电模式可自动平滑切换,充电方式智能化;UPS的输入频率范围大,接入各种燃油发电机均可稳定工作。

  高频大功率UPS:各部分架构全部采用数字化控制,控制系统更加稳定可靠;采用类模块化结构设计,提高系统的可靠性;具备并联冗余功能,直接并机,可4台并联,并机后可共用电池组;兼容发电机运行,减小系统启动的冲击电流,降低并机系统对发电机容量的需求。

  工频系列UPS:双变换在线式设计,输出零转换时间;负载保护能力强,机内自带输出隔离变压器,抗干扰能力强,负载兼容性好,可以适用各种不同类型的负载;UPS的输入频率范围大,接入各种燃油发电机均可稳定工作;采用智能电池管理技术,延长电池使用寿命;具备开机自诊断功能,输出过载、输出短路,逆变器过温、电池欠压预警和电池过充电保护功能。

  柏克

  柏克是领先的电能质量服务商,中大功率UPS电源及EPS电源行业领军者,中科院战略合作伙伴,国家高新技术企业,广东省知识产权优势企业。柏克UPS电源整机工作效率高达98%,节能环保,柏克EPS电源切换时间小于1.8ms,刷新行业技术。立足市场,迎合客户需求,柏克提供个性化的服务及定制化的一体化解决方案,以高质量的产品和领先的技术为基石,帮助用户打造高可靠性、高可用性的电源保障系统,产品被广泛应用于钢铁、机械、冶金、石化、港口、石油和天然气、电力、银行等诸多领域。

  产品特点

  柏克UPS电源采用全球最先进的DSP数字化控制技术,具有语音报警功能、高速微处理器(MCU)、可编程逻辑器件(CPLD)、第六代低损耗大功率IGBT和静态开关扛鼎演绎了数字时代的经典传奇,容量之大、可靠性之高、性能之稳定均居国际超一流水平。

  先进的数字电路系统:柏克UPS全面突破了UPS行业的技术瓶颈,以先进的数字电路系统替代了传统的模拟电路,实现了非凡的创新。在数字电路模式下,高速微控制器和可编程逻辑器件对电路控制、参数设定和运行管理更加完美,自检和自侦测功能更加强大。全波采样技术不仅有利于对电路板上的所有独立电路连接进行快速判断和故障分析,同时减小经数码变换导致波形失真和稳定性,确保系统超稳定运行。

  电池智能化管理:柏克UPS导入了先进的智能化电池管理系统,可根据用户电池配置自动调整电池的充电电流参数,并根据供电环境对电池进行均充浮充转换、温度补偿充电和放电管理。智能化电池管理系统不仅减少了管理员的负担,更能延长电池使用寿命达55%以上。

  智能侦测系统:该系统的微处理器不间断地对所有的电源状态、断路器状态、熔断器状态和所有的电路工作状态进行在线侦测。出现故障时,侦测系统会即时报警通知管理员,同步启动UPS全面保护功能。

  并联冗余:采用全数字化控制技术,实现多台UPS并联冗余功能;先进的日程管理软件;UPS自带日程管理软件,用户可自我编程实行灵活的定时开/关机、电池充放电和均浮充等功能,让用户更方便地使用和管理UPS。

  高精度SMD技术:柏克UPS全面采用SMD技术,耐高温、准确度高、滤波性能极好,整机性能更加稳定,更牢固耐用,使用寿命增加了80%。

  第六代IGBT逆变技术:IGBT良好的高速开关特性,具有高电压和大电流的工作特性,采用电压型驱动,只需要很小的控制功率;第六代IGBT具有更低的饱和压降,逆变器的工作效率更高,温升低,可靠性更高。

  台达

  台达集团创立于1971年,为电源管理与散热管理解决方案的领导厂商。台达在不间断电源系统 (UPS)的领域中有丰富的经验,具备完整UPS全系列产品方案的研发、设计与制造等完整专业能力。其客户群遍及各产业,包含半导体、光电、食品、金融、石化、电信领域的世界级企业。近年来,台达已逐步从产品制造商转型成为整体节能解决方案的提供商,深耕三大业务范畴,包括“电源及元器件"、"能源管理”与“智能绿生活”。

  产品特点

  根据不同的应用场合,台达UPS可分为四大系列:容错模块UPS(ModulON)、大中型UPS(UltrON)、中小型UPS(AmplON)、小型UPS(AgilON)。

  小型UPS:台达 UPS产品线中,Agilon为1kVA以下的单相UPS,用来支持PC产品、周边配备、小型端点销售系统等。Agilon为外型小而美的UPS,可解决一般家用者、SOHO族、小型企业的电源管理问题。

  中小型UPS:Amplon为1kVA以上的单相UPS,用来支持中、小型网络设备、安全监控系统、端点销售系统((POS) 等。Amplon为符合空间与经济效益的小型UPS,可为中小型企业、金融机构、政府单位及医疗院所等,提供最符合空间与经济效益的电源管理的保障。

  大中型UPS:Ultron为15kVA以上的三相UPS,用来支持工业设备、数据中心、交通行控、广电的基础设施、电信骨干网络等关键性应用。Ultron为性能卓越的中大型高端UPS,为关键性应用带来稳定控制及最佳的保障。

  容错模块UPS:Modulon为模块化架构、大于20kVA的UPS,以数据机房、中、大型网络设备、数据储存中心、金融结算中心等做为主要适用市场。客户可依据初期容量需求及未来营运拓展性,弹性采购UPS,进而降低投资成本,让效益优化。

  表3 业界厂商(排名不分先后)

表3 业界厂商

  五、应用案例

  1、UPS供电解决方案在石化行业上的应用

  本文参考中石化集团相关规范及规定,就石化行业生产装置仪表供电系统中的UPS选型配置进行探衬,并提出一套符合石化行业一级负荷要求的UPS供电解决方案。

  1.石化行业UPS供电系统的必要性

  石化行业生产具有高温、高压、易燃、易爆等特点,如果重要装置的控制仪表突然停电,就可能会造成人员伤害、重大环境污染和较大经济损失。所以设置UPS供电系统显得尤为重要。

  2.中石化集团公司对UPS供电系统的要求

  由于没有统一的配置规范规定,各地企业、不同项目采用了多种UPS配置方案,多数方案并不规范,导致由于UPS系统故障致使仪表供电中断,造成生产停工事故频发。因此集团公司2005年发布了《生产装置过程控制仪表电源配电系统技术管理规定(暂行)》,并于2006年发布IN2I2-2006((仪表供电设计规定》。对UPS供电系统提出了如下几项要求:

  2.1 对UPS供电系统的要求

  (1)电源配置方案一般为:双电源、三电源、逆变电源。其中逆变电源方案仅适用于热电站及变电站。

  (2)供电系统在负载正常运行后,可以进行UPS离线检修、蓄电池定期维护工作。

  (3)电源系统切换装置应能实现无扰动切换。

  (4)低压母线的直流馈出回路,需配置隔离及稳压器。

  (5)具备两路供电的控制仪表,应具备两路非同期工频交流电源同时工作的条件。

  2.2 对UPS电源设备的要求

  (1)选用在线式UPS,电源质量符合UPS输出标准时,其逆变器在热备用状态运行,其接线简单可靠。

  (2)UPS容量镇40kVA时,宜采用单相输出;>40kVA时采用三相输出。采用三相输出时,UPS必须具备在短期内各相100%不平衡情况下正常工作的能力。

  (3)采用单机运行方式。

  (4)采用密封阀控式铅酸蓄电池,备用时间一般为15一30min。

  (5)UPS容量按新建系统的1.5倍配置。

  3.UPS系统方案设计

  3.1 系统架构

  如图1所示,这是石化行业典型的两电源UPS架构,由两路电源、一台隔离变压器、一台UPS组成。UPS采用双电源回路输入,UPS主电源由电源1提供,UPS旁路电源有电源2提供,同时UPS设置一个脱机维修旁路,允许UPS在故障维修或者更换时,系统仍然能够正常工作。同时DCS系统中的负载分为两个级别,即一般负载和重要负载,重要负载(一级负荷)由UPS系统直接供电,一般负载(三级负荷)由电源2经隔离变压器后供电。

图1 双电源的系统架构

  图1 双电源的系统架构

  (1)UPS工作原理

  UPS由整流器、逆变器、静态旁路、手动维护旁路、电池组构成。市电正常时,UPS将主回路的交流电整流成直流电,对电池充电,同时由逆变器将直流电逆变成与备用电源同频率同相位的高精度交流电,为负载供电。市电异常或中断时,电池对逆变器供电,输出高精度交流电提供给负载。

  UPS原理架构如图2所示。

图2 UPS工作原理图

  图2 UPS工作原理图

  (2)隔离变压器原理

  本方案在市电电源2的后端设置隔离变压器(见图1),输入端采用△型接法,不引入中线,输出端采用Y型接法。实现输入与输出的中性线隔离,减少干扰。

  4.UPS的选择

  4.1 基本参数选择

  有了合适的系统架构之后,必须根据系统架构选择一台合适的UPS。根据集团公司的文件要求,UPS至少应满足下列条件:

  (1)输入电源质量指标

  输入电压为三相380V士15%或单相220V士15%。

  输入频率为50士2.SHz。

  (2)输出电源质量指标

  输出电压为220V士5%。

  输出频率为50士0.5Hz。

  输出电压波形失真度为小于5%。

  (3)输出电源瞬间断电时间应小于等于20ms。

  (4)输出瞬时电压降小于10%。

  (5)输出谐波失真度(THD)<3%。

  (6)MTBF,150,OOOh。

  UPS在选择时,输入电压范围越大越好,输入电压范围宽的UPS,能够更好地适应企业复杂的电网环境,可减少UPS的电池放电次数。输出电压稳压精度越高越好,同时必须考虑输出电压瞬断时间。越精密的仪器,短暂的瞬断可能造成设备的误动作或者数据误码,是一种致命的危险。因此UPS宜选择输出电压精度高、掉电时间零中断的机型。

  4.2 其它特性选择

  目前节能减排、绿色环保的概念在国内各行业越来越重视,石化行业作为能耗大户,肩负节能减排的任务尤为重要。由于行业特点,决定了石化行业在选择UPS时,目前更多的是侧重在工频机,但是工频机工作时整流器、逆变器的结构,决定了UPS整机效率偏低,输入功率因数较低,在工作时会产生大量谐波。因此,选择UPS时,宜考虑选择效率高、支持ECO模式的UPS主机,同时应该考虑谐波抑制措施。

  (1)UPS ECO运行模式介绍

  在石化集团公司的《生产装置过程控制仪表电源配电系统技术管理规定(暂行)》中,明确提到:“电网电源质量符合UPS输出标准时,其逆变器在热备用状态运行”。这里指的热备用状态就是指UPS的经济运行模式(ECO),即市电正常或者符合设定条件时,用市电直接供电,此时逆变器工作,但是逆变器静态开关不开通,处于热备份状态;当市电异常或超出预设范围时,UPS逆变静态开关开通,逆变器为负载供电。采用ECO模式时,整流器和逆变器几乎不消耗能量,整机基本上只有风机的功耗。因此整机效率能从原有的93%左右,提升至97.5%以上。按照一台100kVA UPS计算,一年可节省近25000度电,按照十年寿命计算,即可节省数十万元的电费,相当于数台UPS的购置费用。

  需要注意的是,传统的ECO模式控制采用不同步切换方式,当旁路电压与逆变器输出电压之间的相位差或瞬态电压差过大时,在执行切换操作瞬间可能因环流过大而引发事故,如烧毁静态旁路的SCR或逆变器中的IGBT及驱动模组等,或在切换过程中造成切换时间过长。

  (2)输入功率因数及谐波改善措施

  UPS工作时,必须对输入进行整流。石化行业一般采用6脉波或12脉波整流型UPS,其工作时,会使输入功率因数降低并产生较大的谐波电流。同时石化工厂负载一般为精密仪器,对电流谐波干扰较为敏感,谐波大,直接影响设备采样量测精度,造成设备控制精度不够,影响产品品质及生产安全。另外谐波的存在还会加大企业在变压器、配电容量、布线线径方面的负担。因此,在选择UPS的同时,必需考虑相应的功率因数及谐波改善措施。目前,主流UPS的改善主要包括移相、无源滤波器、有源滤波器、混合式波器几种方案。其中移相是指在6脉波整流器基础上,增加一个移相变压器后再增加一个6脉波整流器,可以抑制谐波。各种UPS谐波改善情况如表1所示。

  表1 各种UPS谐波改善情况

表1 各种UPS谐波改善情况

  5.结束语

  针对石化行业UPS应用需求,UPS厂商应根据行业特点为客户提供量身定做的产品,并以优秀的解决方案、卓越的品质赢得客户的赞誉。

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责任编辑:杨爽

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