PW雙機并聯(lián)系統(tǒng)描述方案

1、word 專業(yè)整理黑龍江省人民銀行UPS配電方案系統(tǒng)描述§ 1. 推薦方案的說明根據(jù)北京市公安局天安門分局的要求 , 梅日蘭電子 ( 中國 ) 有限公司進行了深入細致的分析和研究 , 為保證數(shù)據(jù)機房的 UPS供電系統(tǒng)的長期連續(xù)可靠的運行 , 現(xiàn)提出如下推薦方案 :A 方案： 60VAUPS兩臺并機系統(tǒng) :采用梅蘭日蘭電子有限公司( 法國 ) 生產(chǎn)的 Galaxy PW 系列 UPS主機兩臺, 聯(lián)接成模塊化直接并聯(lián)的冗余方式 , 每臺 60VA UPS各配備 60 分鐘柜式電池 , 整體并機系統(tǒng)后備時間將達到 120 分鐘。配置方案A: 整體 UPS系統(tǒng)后備時間為 120 分鐘一套 G

2、ALAXY PW 60KVA(兩臺 )136 節(jié)湯淺 NP12-100AH的電池4 個 MGE LMCUB2的電池柜兩套 MGE電池開關(guān)及電池連線§ 2. UPS 系統(tǒng)的組成上述推薦方案中的2 臺 UPS均采用梅蘭日蘭電子有限公司( 法國 )生產(chǎn)的銀河 Galaxy PW 系列 UPS.學習資料整理分享word 專業(yè)整理§ 2.1 單機 UPS的組成單機 UPS的基本組成如下 :電 池主 電 源旁 路 電輸 入源 輸 入UPSQ1QF1Q4SQ3BPQ5N負 載圖: Galaxy PW 系列 UPS的單機框圖1). 整流充電器 (Rectifier - Charger )：

3、由可控硅三相全控整流橋功率電路和相應(yīng)的控制電路組成。它將電源 1( Mains 1) 輸入的交流電變換成直流電，供給電池組充電及逆變器的輸入。2). 逆變器 (Inverter):由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor ，絕緣柵型雙極晶體管) 逆變功率電路和相應(yīng)的控制電路組成。它將整流充電器輸入的直流電變換為正弦交流電供給負載。3). 旁路靜態(tài)開關(guān) (Static Switch for Bypass):由反并聯(lián)的可控硅功率電路和相應(yīng)的控制電路組成。它實現(xiàn)負載在學習資料整理分享word 專業(yè)整理逆變器與旁路電源2(Mains 2) 之間的不間斷切換。4)

4、. 電池電路 (Battery Circuit ):由可充電的電池組組成。將直流能量貯存在電池組中，當電源1 停電或超限時，向逆變器電路釋放能量，以對負載進行后備式(Backup) 的供電。5). 各種隔離保護裝置Q1：整流器輸入開關(guān)；QF1：電池電路保護開關(guān)；Q4S：電源 2 或靜態(tài)旁路輸入開關(guān)；Q5N：輸出隔離變壓器及逆變器輸出開關(guān)Q3BP：手動維修旁路開關(guān)。§ 2.2 UPS 系統(tǒng)的組成并聯(lián)冗余的 UPS系統(tǒng)的組成如下 :旁路電源輸入電 池主電源電 池主電源輸入輸 入UPS1UPS2Q1Q1QF1QF1Q4SQ4SQ3BPQ3BPQ5NQ5NP1(kVA)P1(kVA)學習資料

5、整理分享word 專業(yè)整理圖: Galaxy PW 系列并聯(lián)冗余 UPS并聯(lián)冗余的 UPS系統(tǒng)由兩臺單機型UPS直接并聯(lián)組成 ,UPS 內(nèi)部除增加了負載電流均分的連接線和兩臺UPS靜態(tài)旁路的互鎖電路 , 防止其中一臺 UPS逆變器停止時 , 其靜態(tài)旁路誤導通的情況. 此外 , 其它電路與單機 UPS完全相同 .§2.3 UPS 系統(tǒng)的基本工作原理正常運行狀態(tài) :學習資料整理分享word 專業(yè)整理負載由 UPSA和 UPSB的整流器 - 逆變器向負載供電 , 同時向各自的電池組充電 , 每臺 UPS的逆變器各帶 50%的負載運行 .一臺 UPS故障狀態(tài) :學習資料整理分享word 專業(yè)

6、整理當其中一臺UPS故障時 ( 例如： UPSA)，會自動退出運行，由剩下的一臺 UPS帶 100%負載運行。對故障的UPS可通過斷開其Q1、QF1、Q4S、Q3BP和 Q5N等隔離開關(guān)進行安全地維修，維修之后再投入運行，其狀態(tài)如所述。即使在 UPS沒有發(fā)生故障時，也可利用這種狀態(tài)對其內(nèi)部進行維護保養(yǎng)，例如：清掃灰塵、緊固聯(lián)接件、檢測或更換電池等。過載狀態(tài)：學習資料整理分享word 專業(yè)整理當負載端發(fā)生較小過載時， 由于 UPS逆變器具有 165%的過載能力，兩臺冗余的 UPS已具有 2 x 165% 的過載能力，因此不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路的現(xiàn)象。這里所說的過載狀態(tài)應(yīng)是負載端發(fā)生了大于330%的過

7、載，這時兩臺 UPS的控制電路會自動將負載從逆變器上切換到靜態(tài)旁路上，當過載消失后會自動轉(zhuǎn)回到逆變器上工作。如果過載長時間不消失，則靜態(tài)開關(guān)經(jīng)過一定的過載延時后會自動關(guān)閉。注：過載電流是為了使下線的保護開關(guān)動作跳閘的唯一辦法，因此 UPS下線的負載分配開關(guān)應(yīng)與 UPS容量保持一定的鑒別性，即：負載開關(guān)的單只容量不應(yīng)大于二分之一的 UPS單機額定相電流。維修狀態(tài)：學習資料整理分享word 專業(yè)整理當兩臺 UPD不幸同時故障時， 可利用其手動維修旁路向負載供電，同時斷開內(nèi)部的隔離開關(guān)對UPS進行安全檢修。電池運行狀態(tài)：當市電包括發(fā)電機不能正常供電時，UPS的電池組會自動放電， 以維持負載的正常運行

8、。學習資料整理分享word 專業(yè)整理§ 3. UPS 的系統(tǒng)分析§ 3.1 系統(tǒng)配置的優(yōu)缺點分析模塊化直接并聯(lián)冗余的 UPS系統(tǒng)，具有較高的可靠性，其平均無故障時間 MTBF約 50 萬小時。這種配置具有并聯(lián)簡單、占地面積小、價格適當、未來可增容的優(yōu)點，因此在較重要的負載應(yīng)用時 ( 例如：鐵路、民航、證券、銀行、大型數(shù)據(jù)中心、信息中心、網(wǎng)絡(luò)通訊等行業(yè) ) 成為首選的 UPS配置類型。Galaxy PW系列 UPS是 1997 年投放市場的產(chǎn)品，是在前一代產(chǎn)品Galaxy 系列基礎(chǔ)上增強了部分通訊功能，包括人機界面采用中文顯示等，經(jīng)過三年多市場的考驗，成為新一代功能先進、品質(zhì)

9、優(yōu)良的產(chǎn)品，僅 1999 年在全國郵政綜合網(wǎng)的一個項目中，即中標40 多套同類配置的 UPS(60-200KA)，其市場的成熟性得到了充分的認可。模塊化直接并聯(lián)冗余的 UPS系統(tǒng)的不足之處在于其平均無故障時間 MTBF較主從熱備份式 冗余并聯(lián)配置的 MTBF(=71.5 萬小時 ) 略低一些，但主從熱備份式不具備未來增容的可能，同時在正常情況下負載電流總是運行在主 UPS上，備機 UPS空載，這也正是主從熱備冗余式通常不易被廣大用戶所接受的原因。§ 3.2 并聯(lián)同步的分析并聯(lián) UPS的關(guān)鍵問題學習資料整理分享word 專業(yè)整理并聯(lián) UPS系統(tǒng)中所需要解決的最關(guān)鍵問題是各個逆變器上的負

10、載電流平均分配的問題。如果分配得不到平衡，勢必引起某一臺逆變器可能出現(xiàn)過載，而另外一臺卻帶極輕的負載，甚至空載運行。這樣當負載 較重的逆變器因某種原因 ( 例如：故障、過載、放電結(jié)束等 ) 需要退出運行時，將對另一臺逆變器產(chǎn)生很大的電流沖擊。另一方面負載較重的逆變器可能因負載電流大而出現(xiàn)輸出電壓偏低的趨勢，負載較輕的逆變器有輸出電壓偏高的趨勢，兩者之間的電壓差又可能引起新的附加環(huán)流，使 UPS的實際輸出容量降低，附加環(huán)流變成了內(nèi)部損耗。并聯(lián)運行的電流分配 (CurrentSharing)對于并聯(lián)運行的逆變器，在逆變變壓器的一次側(cè)，除了每個支路上具有支路電流檢測的霍爾效應(yīng)互感器LEM外還增加了一

11、個普通電流互感器，用以檢測各個并機逆變器的電流分配。由于它不需要很靈敏地反映逆變器的直流電流， 而僅僅是各個逆變器支路電流的相互比較，因此可使用普通的交流互感器。以下圖所示的單相雙機并聯(lián)逆變器為例:學習資料整理分享word 專業(yè)整理圖: 單相雙機并聯(lián)逆變器采樣電路單相雙機并聯(lián)逆變器的工作原理如下：圖: 計算理論平均值的等效電路當雙機并聯(lián)時， APOZ板的采樣電路可等效為上圖的電路，逆變器運行時，兩個開關(guān)處于閉合狀態(tài)，R1 和 R1',R 2 和 R2' 為電流互感器（電流源）的負載分壓電阻，其阻值全部相等，根據(jù)電路分析可以得到：I(II)/2公式 (1)TH12II ITH I

12、THI2(I I )/2公式 (2)EX112式中： I TH：為理論平均電流IEX：為兩個電流源之間的不平衡電流或交換電流。當由于某種原因使得兩個逆變器電流分配不均勻，且 I 1大于 I2時，將有 I EX I 1I 2 從逆變器 1 流向逆變器 2，這時逆變器 1 通過調(diào)整電路將減少電流 LEX，逆變器 2 通過調(diào)整電路將增加 LEX電流，從而使得 I 1 逐漸等于 I 2，兩個逆變器電流分配即趨于動態(tài)平衡。學習資料整理分享word 專業(yè)整理實際的 APOZ板電流采樣的電路見下圖:圖:APOZ板電流檢測電路交換電流的調(diào)整電路(I EX regulation)交換電流或不平衡電流以環(huán)流的形式

13、出現(xiàn)，對逆變器的影響最終表現(xiàn)為對正弦波輸出的幅值及相位的影響，因此調(diào)整環(huán)節(jié)就分成為幅值調(diào)整及相位調(diào)整兩部分。調(diào)整是在逆變器調(diào)整板CROZ上進行的，首先將交換電流分離為有功部分( Active)和無功部分 (Reactive)，有功部分即 I ex cos 用于相位的調(diào)整，無功部分即I ex sin用于幅值 A的調(diào)整， 角表示理論平均電流與時間( 周期 )t 的夾角 ( 如下圖左所示 ) 。當 I 1 向理論平均電流I TH移動 I EX時， I 2 也向理論平均電流I TH移動 I EXI 2I TH，用矢量表示這種移動關(guān)系更為明顯( 如下圖右所示 ) 。學習資料整理分享word 專業(yè)整理圖:

14、 交換電流的分離及調(diào)整原理圖: 逆變器控制板交換電流的分離及調(diào)整電路調(diào)整電路如上圖所示。 I EX 首先作用在快速調(diào)整電路上，如同逆變支路電流，以保證輸出電壓的調(diào)整; 同時進入 IEX分離電路 (Extraction) ，分解為有功部分和無功部分，在慢速調(diào)整環(huán)上，用以改變或影響同步信號 (Synchron) 從而調(diào)整相位角，并改變或影響脈寬調(diào)制信號 (PWM)從而調(diào)整輸出電壓的幅值。§3.3 平均無故障時間MTBF分析梅蘭日蘭根據(jù)自己多年的 UPS設(shè)計生產(chǎn)研制的經(jīng)驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料得到各種 UPS部件的 MTBF如下表 :學習資料整理分享word 專業(yè)整理部件名稱代號MTBF(小時 )

15、整流器MtbfR150,000電池MtbfB150,000逆變器MtbfI100,000靜態(tài)旁路開關(guān)MtbfS1,000,000高質(zhì)量旁路電源MtbfPH100低質(zhì)量旁路電源MtbfPL50沒有靜態(tài)旁路開關(guān)的MtbfCU43,000UPS根據(jù)拓撲學的原理可以得到在線式UPS的 MTBF的計算方法 :1).整流器電池逆變器的拓撲圖和計算公式RIRBIB1111mtbfCUmtbfRmtbfB公式 (a)mtbfI代入上述數(shù)值得到 :11111mtbfCU150,000150,000100,00042,857所以 MTBFcu43,000 小時2).帶有旁路電源和靜態(tài)開關(guān)的UPS拓撲圖和計算公式

16、:PSPRISBCU學習資料整理分享word 專業(yè)整理1MTTR0.11公式 (b)mtbfupsmtbfCUmtbfPmtbfS上式中又引出了一個新的參數(shù)MTTR,稱之為“ 平均修復(fù)時間”（Mean Time To Repair ）。MTTR實際上也是一個相對參數(shù)，對于一個技術(shù)嫻熟的工程師，一般故障的排除時間可能為3 個小時，所以 MTTR=3小時；而對于一般工程師， MTTR可能為 6 小時；而對于某一偏遠交通不便的地區(qū)，MTTR可能為 50 小時（包括路程時間和現(xiàn)場修理時間） 。將這些數(shù)據(jù)分別代入公式（ b），則可得到：有經(jīng)驗的工程師MTBF1409,000 小時；一般工程師MTBF22

17、60,000 小時；偏遠地區(qū)MTBF341,000 小時 。MTBF 是一種統(tǒng)計概念上的參考 , 是一種相對量值 , 而不能作為絕對值加以應(yīng)用 , 更不能將 MTBF與設(shè)備的使用壽命相混淆。 因為在 MTBF 的意義上來說 , 設(shè)備總是可以修復(fù)的 , 而使用壽命是指不可恢復(fù)的 , 或者是性能指標已達不到原設(shè)計指標。例如電池的壽命就是指其放電能力下降到原設(shè)計指標的75%或放電時間下降到額定時間的50%時, 即稱為電池壽命終止。下面是 GALAXY PW系列 UPS各種配制的比較表 :沒有旁路的非冗余并聯(lián)沒有旁路的單機UPS非冗余并聯(lián)的頻率轉(zhuǎn)換器頻率轉(zhuǎn)換器MTBF：MTBF：25,00050,00

18、0 小時小時學習資料整理分享word 專業(yè)整理帶旁路的單機 UPS模塊式直接并聯(lián)標準形式主動式冗余MTBF：250,000并聯(lián)小時MTBF：（旁路電源為500,000 小低質(zhì)量電源）時MTBF：500,000小時（旁路電源為高質(zhì)量電源）公共旁路式并聯(lián)熱備份并聯(lián)主動式冗余并被動式冗余聯(lián)并聯(lián)MTBF：625,000MTBF：小時715,000 小時學習資料整理分享word 專業(yè)整理報價清單A 方案 ( 后備時間兩小時 ):單位 :元設(shè)備型號容量數(shù)量單價總價GALAXY PW60KVA2MGENP12-100AH136 節(jié)電池電池柜MGE LMCUB24 個兩套 MGE電2 套池開關(guān)及電池連線總計附

19、： UPS 產(chǎn)品介紹新概念的UPS產(chǎn)品 -銀河 GALAXY PW1998 年，梅蘭日蘭在銀河Galaxy 系列 ( IGBT 和 PWM技術(shù)， 16 位微處理器控制，模塊化設(shè)計 ) 的基礎(chǔ)上， 以高科技為先導，以市場為取向, 不斷創(chuàng)新又推出新的銀河Galaxy PW20-200KVA系列產(chǎn)品，使UPS不僅具有原有的常規(guī)功能，而且在智能化管理，監(jiān)控，延長電池壽命，直接并聯(lián)，中文顯示，綠色產(chǎn)品，提高可靠性等方面又邁上新臺階。Galaxy PW 容量分別為20、 30、 40、 50、 60、 80、 100、 120、 160、200KVA。學習資料整理分享word 專業(yè)整理Galaxy PW

20、(20 200KVA) 系列 UPS的性能特點GALAXY PW UPS是梅蘭日蘭電子有限公司于1997 年投入市場的新一代中、大功率UPS，功率范圍從 20KVA至 200KVA。是從 94 年投入市場的大功率UPS GALAXY（ 40-800KVA）基礎(chǔ)上改進的，具有以下特點：模塊化設(shè)計 ：功率部分（功率變壓器和功率模塊）和控制部分（數(shù)據(jù)采樣及控制電路）的房間式分布，既避免弱電與強電的相互干擾，又可在最安全的情況下進行維護和維修。總線控制：控制 / 顯示系統(tǒng)由多塊電路板組成，每塊電路板都綜合了模擬、邏輯和數(shù)字技術(shù)，采用總線控制，因而不需要用任何電位器來進行調(diào)節(jié)，并可以實現(xiàn)自診斷?？偩€包括

21、：輔助電源總線、數(shù)據(jù)總線、控制命令總線、邏輯狀態(tài)總線和模擬數(shù)據(jù)總線。整流器、逆變器、靜態(tài)旁路的調(diào)整系統(tǒng)是完全獨立的，任何一個部分出現(xiàn)異常都不會影響到其他部分，而且便于查找故障及維修。GALAXY PW系列UPS 有6 個微處理器( 三個6809 ，三個Interl80C196)，來實現(xiàn)電路控制、參數(shù)設(shè)定、運行程序管理、啟動前先進的自檢和自診斷功能，可對電路板上的所有獨立電路及連接進行檢測和故障隔離；加上可編成邏輯（ PAL）電路和很多其他的優(yōu)點，使它可以使用最現(xiàn)代化的技術(shù)。總之，數(shù)字化程度在90%以上。IGBT 技術(shù)：逆變器部分采用最新型、全面驗證的IGBT（絕緣柵雙級晶體管）功率器件，使UP

22、S電路學習資料整理分享word 專業(yè)整理更簡化，器件更少，提高可靠性。結(jié)合高頻（IGBT 的工作頻率為5KHz）、自適應(yīng)頻率及正弦脈寬調(diào)制的控制技術(shù)，使得UPS的輸出波型精度在1%以內(nèi)。帶 100%非線性負載的失真最?。簝蓚€主要因素：UPS的輸出功率變壓器的付邊采用三角形zig-zag繞法，使得調(diào)整UPS的輸出電壓通過調(diào)整相對中線電壓即可實現(xiàn)，這是其他三相變壓器無法實現(xiàn)的，提高了調(diào)整速度，減小了輸出感抗；高頻（ 5KHz）冷啟動：即使在沒有市電的情況下也能啟動，負載由電池通過逆變器供電。前提是電池開關(guān)必須先閉合。緩啟動：整流器 / 充電器的輸出電壓是斜坡、緩慢上升的，可以避免開機時對電網(wǎng)的沖擊

23、；還可以通過梅蘭日蘭的調(diào)試軟件對整流器/ 充電器設(shè)置0 255 秒的延遲啟動； 前端有三相電抗器，避免換相時電流的突變，減少對電網(wǎng)的污染。高效率：滿載時效率高達93.5%，這一點個別廠家也能做到，但在25%負載時，效率已高達91%，這是其他廠家做不到的。滿足負載突變的要求：當負載由0 100%越變時，有電池情況下，電壓的瞬間變化在+2%以內(nèi)，并都可在20ms內(nèi)恢復(fù)到 +1%。THM：諧波管理（選件） ：PW UPS的輸入端可配置無源及有源諧波濾波器，可將諧波失真降低到5%以內(nèi)，而且無源濾波器（非補償式及補償式）可置于PW機柜內(nèi)，減少用戶場地占用面積。電池管理：PW UPS具有電池監(jiān)測器，可以使

24、用戶監(jiān)測電池的運行狀況，并使電池的壽命達到最大。根據(jù)電池的使用年限、環(huán)境溫度和負載率來計算真實的電池后備時間。預(yù)報電池剩余的使用年限。過度放電保護。深度放電保護3T學習資料整理分享word 專業(yè)整理按溫度調(diào)整電池充電電壓。限制充電電流。電池自動充放電測試手動測試：電池充滿后，可在任一時刻測試。自動測試：按設(shè)定的日期測試。人機界面：大屏顯示窗： 4X20 個文字，背景燈自動熄滅，節(jié)能。模擬指示燈：不同顏色及常亮、閃亮的指示燈，并配以不同頻率的報警聲音來指示UPS的不同工作狀態(tài)。按鍵：配以不同的按鍵，用戶可以得到所需的各種數(shù)據(jù)和報警信息，并可對顯示面板進行設(shè)置。語言：八種語言選擇，并有中文。故障記

25、錄功能：可存儲按時間編排的500 條報警信息，并可清除。統(tǒng)計數(shù)據(jù)：旁路運行時間、INV 運行時間、電池供電時間和限流次數(shù)等。緊急關(guān)機按鍵：異常情況下迅速切斷UPS與負載的聯(lián)系，包括靜態(tài)旁路和電池開關(guān)。通訊、監(jiān)控功能：RS485 JBUS通訊板。SNMP網(wǎng)卡。RS232 ASCII 通訊板。以上三塊通訊板可熱插拔。Solution Pac軟件：支持復(fù)雜的操作環(huán)境。Monitor Pac軟件：可同時監(jiān)控多臺UPS。提供通訊協(xié)議，用戶可自編監(jiān)控軟件。中繼 11 信號接口板：用戶可自接報警器及輔助功能。遠程 6 信號報警器。多種運行方式：在線式 .ECO模式（節(jié)能） 。效率達97%，切換時間小于15m

26、s.頻率變換器 .熱備份 .學習資料整理分享word 專業(yè)整理冗余并聯(lián) .增容并聯(lián) .模塊化直接并聯(lián)：并聯(lián)采用直接并聯(lián)，不需并聯(lián)柜。在任何需要的情況下，可增加一臺同等功率的UPS來并聯(lián)（可并4 臺），從而達到增容及冗余備份的功能。經(jīng)過多年的實踐證明可靠性極高。Galaxy PW 系列 UPS的技術(shù)性能指標UPS額定功率 (kVA)203040506080100120160200主電源輸入輸入相數(shù)3 相輸入電壓及容限380V、 400V 、415 V ±1 5%輸入頻率及容限50、60 Hz ± 10%使用 THM濾波器時的 THDI< 4 %使用 THM濾波器時輸入功

27、率因0.96數(shù)旁路電源輸入輸入相數(shù)3 相 +中線輸入電壓及容限380 V 、 400 V 、415 V ± 10%輸入頻率及容限50、60 Hz ± 10%負載輸出相數(shù)3 相 +中線輸出線電壓380 V、400 V、415 V輸出相電壓220 V、230 V、240 V穩(wěn)態(tài)電壓精度± 1 %輸出頻率及精度 ( 電池運行時 )50、60 Hz± 0.05 Hz與旁路同步的范圍± 0.5 Hz (從 0.25 Hz到± 2 Hz可調(diào) )動態(tài)電壓范圍（100%負載躍變± 2% ( 含電池運行 )時）逆變器過載能力165% 1 分鐘 125% 10分鐘逆變器短路能力Isc Ph/Ph ( 額4.22.82.12.52.13.12.52.12.62.1定電流倍