UPS供电方案的改进探讨.ppt

UPS供电系统的谐波治理谐波治理是UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要的课题。治理措施：增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量；改变变压器的配置和不同的方式联接方式； 在系统中和设备内部配置无源滤波器； 在UPS设备输入端采用输入功率因数校正电路-PFC 在系统或设备输入端配置有源滤波器 380V DC DATA CENTER DC 380V DATA 数据中心发起人 （2）系统集中旁路 AC/DC 变换 N+1系统 190V 30V 系统旁路电压由变压器 220V全波整流组成（可 控硅只在集中旁路时接 通），其输出电压为 DC300V，系统正常供电 时，因输入电压（300V） 低于AC/DC变换器输出 334V，所以旁路并不输出。 当整个系统转旁路（或系 统维护转旁路）时，首先 由电池维持供电，电池电 压由浮充电压值334V很快 下降到额定值300V,电池 在额定电压300V下向负 载供电，在这短时间内， 旁路电压如果高于300V，则电池仍处于充电状态，如果低于300V，则电池进 入放电状态。当旁路电压输入变化范围超过±11.25%时，会影响电池的工作状态， 也会接近负载允许的输入电压范围，所以此时要关闭旁路电压，并由电池单独供 电，其过程与市电掉电一样。 七、直流配电开关和保护 IT设备 IT机架 机架 PDU 直流配电柜 由于灭弧电容的存在，开关不能完全隔离 溶断器与断路器的区别： 1，保护的可靠性 2，安全性 3，修复难度 UPS供电系统备用能源传统供电配置的可靠性 （a）系统配置框图 （b）备用电池可靠性模型 电池系统的可靠性R1在0.99左右， DC/AC逆变器的可靠性R2只有0.9（UPS整机可靠性0.99，包括了处于冗余并联的静态旁路系统） 输出静态转换开关的可靠性R3在0.99左右 则： R=0.99ⅹ0.9ⅹ0.99=0 .88 UPS供电系统备用能源直接供电配置的可靠性 能源1—主供电 电网+双变换系统 能源2电池系统备用供电 负载 （a）系统配置框图 （b）电池供电可靠性模型 电池可 靠性R1 电池系统的可靠性R1在0.99左右， 显然，备用能源在系统中的可靠性比电池设备本来具备的可靠性降低了11倍。 2、对“可预见非突发性故障”和 “不可预见突发性故障”可靠性的讨论 （1）可预见非突发性故障 例如电池 基本特点： 一是故障现象诸如：电池槽变形、电池漏液、电池容量不足、电池浮充电压均匀性差、排气阀失效等，是直观可见的，或者是很容易被测量到的； 二是所有这些故障都有发生过程长、有渐变过程、且发生故障不是突发性的的特点。对于这种类型的设备，通过维护很容易发现故障隐患，也有充裕的时间在不影响系统运行的情况下排除故障隐患，或者安排计划停电进行维护。 （2）不可预见突发性故障 例如供电系统中的UPS主机、ATS和STS开关等设备 基本特点： 一是系统管理和监控只能判定其工作状态，而硬件失效、控制电路板焊点的隐患、系统对控制电路的干扰等，却是不可预见的，也很难检测到的； 二是故障发生的时间是不可预测的，随机性的，突发性的。对于这种类型的设备，很难在故障前发现它，一但故障发生，必然使系统瘫痪。 原电池组 MTBF=10万H 维护更新等效 的可靠性环节MTBF=2.628万H 可预见非突发性故障设备的可靠性模型 电池组的可靠度， R1=0.99 平均三年一次通过维修更换部分有质量问题的电池，等效的可靠性环节的连续 工作时间是3年，26280小时，MTBF也是26280小时， 等效的可靠度根据公式： 得出：等效环节年可靠度：R2=0.66712 则系统的可靠度： 显然：与电池原可靠度相比，提高了三倍 与电池-逆变器串联相比可靠度相比，提高了33倍 3、对“可预见非突发性故障”和“不可 预见突发性故障”可用性的讨论 电池具备“可预见非突发性故障”的特点，可使系统从根本上消 除或者隔离“突发性故障”。 对于电池质量和性能的变化，使用者有充分的时间（例如十天 半月）发现它，并在不影响系统正常运行的前提下维护更换， 或者安排“计划停电时间”排除故障。这相当于把故障停电时间 缩短到0，把系统的可用性提高到1，即： 4、新的设计方案的实践基础 电信系统UPS供电系统框图 PFC整流+滤波 功率变换 20KHZ 整流滤波 输入电流波形PF=0.99，THDI≤5% DC380V 或±380V 变换器工作波形 通信设备 DC36V-72V DC42V-54V 负载电流 与传统UPS供电系统的区别： 直流48V供电； 电池组直接对负载供电，输入市电正常时，电池由直流48V直流模块电源浮充，