UPS基礎(chǔ)概念培訓(xùn)

UPS基本概念什么是UPS？電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題UPS的分類UPS的基本組成部件功率因數(shù)UPS系統(tǒng)的組成GE數(shù)字能源-電源質(zhì)量

劉天宇——南區(qū)什么是UPS?中文是“不間斷電源”(uninterruptiblepowersupply)

它是能夠?qū)崿F(xiàn)兩路電源之間無間斷地相互切換的電氣裝置

有時人們叫它“不停電電源”，這種說法從專業(yè)上來說是不確切的。因為電源是能夠提供電能、實現(xiàn)其他能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置。UPS不能依靠能量的轉(zhuǎn)換來提供電能，因此從嚴(yán)格意義上講，UPS不是一種電源。它只是提供一種兩路電源之間無間斷轉(zhuǎn)換的機會，這才是UPS設(shè)計的主要思想。UPS的價格之所以昂貴，就是貴在這種不間斷切換的特點上。UPS=VFI+BAT為什么要使用UPS？ 理論上講，供電設(shè)備應(yīng)提供固定幅值和頻率的正弦波電壓（比如低壓配電系統(tǒng)中400V，50Hz）。但實際的情況是，市電在額定值附近波動。

電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要

標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB12325—90供電電壓允許偏差

(1)35kV及以上為正負偏差絕對值之和不超過10％；

(2)10kV及以下三相供電為±7％；

(3)220V單相供電為+7％，一10％衡量點為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計量點GB2326—2000

電壓波動和閃變電壓變動d的限值和變動頻度r(h-1)有關(guān)：當(dāng)r≤1000時，對于低壓(LV)和中壓(MV)，d=1.25％～4％；對于高壓(HV)，d=1．O％～3％；對于隨機不規(guī)則的變動，d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，閃變限值如下表：此標(biāo)準(zhǔn)為GB12326—90修訂版衡量點為電網(wǎng)公共連接點(PCC)；Pst每次測量周期10min，取實測95％概率值；幾每次測量周期2h，不得超標(biāo)；

(3)規(guī)定限值分三級處理原則；提供預(yù)測計算方法，規(guī)定測量儀器并給出典型分析實例。系統(tǒng)電壓等級LVMVHV

Pst

1.0

0.9(1.0)

0.8

P1t

O．8

O．7(O．8)

O．6注1．括號中的值僅適用于所有用戶為同電壓級場合。

2．Pst為短時間閃變；P1t為長時間閃變。電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB／T14549—93公用電網(wǎng)諧波各級電網(wǎng)諧波電壓限值(%)衡量點為PEC，取實測95％概率值；對用戶允許產(chǎn)生的諧波電流，提供計算方法；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；(4)對同次諧波隨機性合成提供算法電壓(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行。

2．表中THD為總諧波畸變率。GB／T15543—1995三相電壓允許不平衡度

(1)正常允許2％，短時不超過4％；

(2)每個用戶一般不得超過1.3％。

(1)各級電壓要求一樣；(2)衡量點為PCC，取實測95％概率值或日累計超過不超過72min，且每30min中超標(biāo)不超過5min；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；

(4)提供不平衡度算法。GB／T15945—1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差

(1)正常允許±0.2Hz，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到土0.5Hz；

(2)用戶沖擊引起的頻率變動一般不得超過土0.2Hz對測量儀器提出了基本要求電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題：

電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題：

電噪頻率波動斷電諧波尖峰欠壓過壓電網(wǎng)中干擾的類別與比例

UPS的作用兩路電源之間的無間斷相互切換

隔離作用電壓變換作用頻率變換作用提供一定的后備時間UPS的兩路電源無間斷相互切換功能UPS二路供電一路供電M1M2輸出UPS的隔離作用整流器直流逆變器交流輸入交流輸出將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻擋在負載之前，既使負載對電網(wǎng)不產(chǎn)生干擾，又使電網(wǎng)中的干擾不影響載。

UPS的電壓變換作用輸入電壓變換輸出380V220V380V400V415V（穩(wěn)壓作用）220VUPS的頻率變換作用50Hz50Hz60Hz輸入頻率變換輸出（穩(wěn)頻作用）60HzUPS的后備功能整流器逆變器交流輸入負載電池

UPS帶有電池，貯存一定的能量，一方面在電網(wǎng)停電或發(fā)生間斷時繼續(xù)供電一段時間來保護負載；另一方面在UPS的整流器發(fā)生故障時使用戶有時間來保護負載。按照用戶的要求，后備時間可以是15分鐘、30分鐘、1小時、2小時等，甚至更長。UPS的高質(zhì)量及高可靠性供電UPS的分類動態(tài)型（旋轉(zhuǎn)型）

發(fā)電機+慣性飛輪+直流發(fā)電機靜態(tài)型

后備式

在線互動式 雙變換在線式動態(tài)UPS這一類UPS使用旋轉(zhuǎn)機械來實現(xiàn)UPS的功能，獲得“旋轉(zhuǎn)逆變器的功能”。這一類UPS實際上是將一臺高度簡化的靜態(tài)逆變器與一個電動機-發(fā)電機結(jié)合在一起。逆變器濾除市電的騷擾，同時只控制其輸出電壓的頻率(通常以方波的形式)，并為電動機-發(fā)電機組供電。電動機-發(fā)電機組有時還會與飛輪組合在一起。電動機-發(fā)電機組產(chǎn)生以逆變器輸出頻率為參考的正弦波電壓輸出。

18靜態(tài)UPS-后備式工作原理——大多數(shù)基本類型的備份電源采用離線式或后備式技術(shù)，如上圖表示。如果市電供給交流電源，它直接通過UPS傳輸?shù)剿B接的負載。電池充電器把輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，維持電池充電。如果市電故障，逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供給負載。逆變器在大多數(shù)時間里運行在后備方式，充電器僅保持電池充電狀態(tài)的功率。一旦市電出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的變化，逆變器從空載到100%負載供電時間在幾毫秒之內(nèi)逆變器從電池獲得電能，直到電池耗盡。這種技術(shù)通常稱為“單重轉(zhuǎn)換”，因為在任何的給出點，電源僅轉(zhuǎn)換一次。

性能特點——

市電利用率高，可達98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質(zhì)。輸出能力強，對負載電流波峰因數(shù)，浪涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴(yán)格限制。轉(zhuǎn)換時間一般為4-10ms。由于它的低成本和高效率，這類UPS是保護家用計算機或備份的獨立工作站運行非關(guān)鍵業(yè)務(wù)或文娛活動設(shè)備應(yīng)用的理想產(chǎn)品。這類的許多產(chǎn)品還包括基本的浪涌保護，但并不提供任何真正的電源調(diào)節(jié)作用。

靜態(tài)UPS-在線互動式工作原理——

在線互動式UPS技術(shù)提供相近水平的保護。同離線式技術(shù)有點相似，在線互動式產(chǎn)品采用變壓器或電感器串聯(lián)在市電電源和負載之間。這種串聯(lián)式電感器提供一定程度的電壓調(diào)節(jié)，使UPS逆變器能夠同輸入電源“相互作用”（互動式名稱的由來）。在多數(shù)情況下，這種“雙向的”轉(zhuǎn)換器是恒定的電壓裝置，它用改變輸出相位角去調(diào)節(jié)負載的變化，由于相位角不能夠快速變化，需要電池提供功率差，這會導(dǎo)致電池壽命的減少。在線互動式產(chǎn)品的另一個限制是如果不由電池供電運行，它不能完全地使輸入電源隔離負載。公用電源的干擾、頻率上的干擾和其它電源的異常情況可能直接傳送到關(guān)鍵負載上，因為它不是完全的電氣隔離。

性能特點——當(dāng)市電存在時，市電利用率高，可達98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質(zhì)。對負載電流波峰系數(shù)，浪涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴(yán)格的限制。市電掉電時，輸出有轉(zhuǎn)換時間，但比后備式要小。由于它提供基本電壓調(diào)節(jié)和它的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中包括更先進的通信能力，在線互動式UPS作為選擇考慮成本-效率因素來保護關(guān)鍵的工作站和中小型網(wǎng)絡(luò)配置時得以應(yīng)用。如果認為采用一個更高級的集中式電源解決方案不值得的話，它也不失為一種好的解決方案。靜態(tài)UPS-雙變換在線式工作原理——對于大規(guī)模集中式的應(yīng)用，真正在線式或稱雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)見上圖，提供最佳水準(zhǔn)的保護。在這項技術(shù)中，整流器將交流輸入電源整流成直流電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成潔凈的交流供電給關(guān)鍵負載。連接到直流母線的電池在正常運行時處于浮充電。如果輸入電源超出規(guī)定的范圍，電池提供電源給逆變器和關(guān)鍵負載。

性能特點——將關(guān)鍵負載和交流輸入完全隔離。逆變器總是在向負載供電：當(dāng)輸入電源中斷時，輸出電壓沒有瞬時的下降，因為逆變器總處在運行的狀態(tài)，并總是由直流輸入供電；共模噪聲防護：輸出逆變器通常包括一個隔離變壓器，這一隔離變壓器可以產(chǎn)生一個分離的中性線，這樣就使得UPS被電氣隔離，從而對負載提供共模噪聲保護；市電存在時，串連的兩個變換都承擔(dān)100%的負載功率，所以UPS整機的效率較低。靜態(tài)UPS-雙變換在線式UPS用功率器件1.可控硅（晶閘管）SCR普通型SCR電壓高達6000V，電流達數(shù)千安培，自身電壓降約為1.5V。開通時僅需在控制極上加一個小觸發(fā)脈沖，關(guān)斷電路復(fù)雜，工作頻率不大于500HZ，主要用做整流器和靜態(tài)開關(guān)。2.IGBT場效應(yīng)晶體管IGBT是新發(fā)展起來的復(fù)合型電力電子器件，既有單極型電壓驅(qū)動的MOSFET的優(yōu)點，又有雙極型器件BJT耐壓高，電流大的優(yōu)點。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達100KHZ。普遍用于逆變器和斬波器，有的也用于整流器。UPS的基本組成部件整流器逆變器靜態(tài)開關(guān)電池SiteProLanProSG工頻高頻（PFC整流器）功率器件SCR轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件SCR轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件IGBT轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件IGBT轉(zhuǎn)換形式AC-DCTrueProUPS整流器SCR工頻整流器由三只或六只可控硅SCR組成的三相整流橋，分別稱為六脈沖和十二脈沖整流器。這種類型的整流器吸收n=6k1(這里的k為整數(shù))次的諧波電流，主要是H5和H7，H11和H13的幅值相對較小。利用濾波器可以控制這些諧波對上線的注入。

IGBT“潔凈”PFC(功率因數(shù)校正)整流器這種類型的整流器由六只內(nèi)置的IGBT組成的三相整流橋和正弦波調(diào)整系統(tǒng)組成。這種技術(shù)確保了輸入電壓和輸入電流：同為完美的正弦波，即不含諧波；相位相同，即輸入功率因數(shù)接近于1。有了這種類型的整流器，就不再需要濾波器了。

UPS整流器正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器正弦脈寬調(diào)制是根據(jù)能量等效原理發(fā)展起來的一種脈寬調(diào)制法，利用三角波和正弦波的共同作用而產(chǎn)生出正弦脈寬調(diào)制波。目前市場上UPS大多采用這種逆變器調(diào)制方式。采用IGBT和空間矢量調(diào)制技術(shù)

UPS逆變器空間矢量調(diào)制（SVM）逆變器空間矢量調(diào)制是新一代脈沖寬度調(diào)試（PWM）逆變器調(diào)制技術(shù)。SVM采用先進的PWM轉(zhuǎn)換技術(shù)來驅(qū)動絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。SVM的目標(biāo)是使用較簡單的轉(zhuǎn)換形式組合來生成輸出電壓矢量。在傳統(tǒng)的PWM中，三角波還與基準(zhǔn)正弦波進行比較，結(jié)果是經(jīng)過脈沖寬度調(diào)試的矩形波，用于為IGBT提供閘控信號。PWM信號必須進行實時計算，通常需要進行三維計算（三個相角上各一次）以確定逆變器狀態(tài)。通過使用SVM，計算簡化為極坐標(biāo)平面中的二維“空間矢量”，提高了響應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)性能。GEUPS采用這種逆變器調(diào)制技術(shù)。UPS逆變器用于將負載從逆變器切換到旁路，并且在切換時對負載的供電沒有任何間斷。容錯功能使供電系統(tǒng)在各級供電發(fā)生故障的情況下以“低級”方式運行。在維修所必須的時間內(nèi)，負載繼續(xù)得到供電并創(chuàng)造產(chǎn)值。容錯功能

有意識的逆變器停機；過載超過了逆變器限定的能力；過溫；內(nèi)部故障。以下的任意一種原因都可能導(dǎo)致自動切換：

UPS靜態(tài)旁路1)RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthemainsfails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性2）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性3）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性4）RealOn-lineTechnology(“DoubleConversion”)TherectifieralwaysconvertsACintoDC,chargesthebatteryandfeedstheinverter.Theinvertercontinuouslysuppliestheloadwithconstantvoltageandfrequency.Whenthelinefails,theinverterisautomaticallysuppliedbythebattery.RectifierBatteryInverterStaticBypassLoadMainsinput容錯功能使UPS具有高可用性UPS的儲能技術(shù)UPS需要一個儲能系統(tǒng)在市電故障或超限的情況下給逆變器供電。存儲的能量必須具有如下的特性：它能立即用來提供過渡市電的間斷、短期的電壓下降或停電時的電力；具有足夠的功率來為所有負載供電，即其額定容量等同于UPS系統(tǒng)本身的額定容量；后備時間能適合負載的需要，并且能持續(xù)到獲得其它的能源；(例如由一臺發(fā)電機組提供長時間的后備)。可以使用的儲能技術(shù)

電池：-密封鉛酸電池，-膠體電池，-鎳鎘電池。超級電容；飛輪：-傳統(tǒng)飛輪，以低速旋轉(zhuǎn)(每分鐘1500轉(zhuǎn))并結(jié)合發(fā)電機組；-中速(每分鐘7,000轉(zhuǎn))或高速(每分鐘30,000到100,000轉(zhuǎn))飛輪。輸入功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)輸入功率因數(shù)低時的危害視在功率的損失

電纜中的溫度升高

中線電流增大自污染負載損壞電容變壓器降容(Derating)越高越好UPS的供電質(zhì)量線性負載非線性負載對各種電氣裝置，諧波電流既不會產(chǎn)生有功功率也不會產(chǎn)生無功功率，只