描述:
UPS是针对中国电网环境和网络监控和网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求,克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题,以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS。直流电源,是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。UPSUPS和直流电源是企业重要的供电保障设备,传统的维护管理包括:①日常巡检外观,定期更换电池、滤波电容、风机等易损件,大修时做电池活化等;②改造或采用换代设备,使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高,维护人员工作量大,不易实时掌握设备运行状态和关键数据,设备事故预防能力低。实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处,获得良好效益。
UPS的中文意思为“不间断电源”,是英语“Uninterruptible Power Supply”的缩写,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。
系统组成
1、总控站(后台)
由监控站、工程维护站、系统接口等构成,运用管理分析软件处理接收的数据并通过Web发布。工程维护人员登录服务器可查看全厂所有在线设备的运行状态以及完善的历史、实时数据分析统计。
2、现场设备控制站(ES)
根据现场设备需要,可选择监控功能仪或设备运行状态信息采集仪(EII)。EII通过RS-232/485端口与电能表、电池采集模块、直流屏、UPS等智能设备通信,将监测数据转换为符合通信协议的数据包,接入局域网,传送至主控室服务器。独立完整的ES包括以下部分。
2.1、系统主机。由下行串口通道、数据处理器、显示器、上行串口通道组成。下行串口通道通过RS-485总线访问电池电压采集模块,采集数据,管理电压采集模块,数据处理器完成数据解压、数据计算、存储管理,将处理后的数据一部分送往显示器,另一部分由上行串口通道发送至协议处理器,或传给上一层管理系统。
2.2、数据采集模块组。可根据用户需要确定采集数据要求及配置相应采集仪器,一般由电池电压采集模块、电流、温度、功率等组成,模块间隔离良好、绝缘性强,可靠性、安全性高。数据采集可分组,每个模块可对一定数量电池进行电压采集,可配备电流、温度传感器,模块间与系统主机一般采用RS-485连接。
2.3、协议处理器。具有协议处理程序的接口板,处理各种通信协议。可实现:①将主机发送的电池电压、电流、温度等信息按约定协议编码、打包、发送至远程服务器;②将远程服务器发出的遥控、遥调指令经过解码发给主机,实时控制。
2.4、放电模块。可快速测出电池直流内阻,瞬间测试电池性能,大功率放电模块可提供瞬间大电流冲击负荷。
2.5、远程服务器。实现局域网内计算机数据通信,通过局域岗远程访问现场的蓄电池监测系统,接收、分析数据,通过Web服务器发布数据。
3、通信网络
联网现场设备各分站(采集监控站),采用光纤作为数据通信主干线,组成全厂UPS和直流电源在线监控的局域网。
组成
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量电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能,也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检UPS故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。
在电网电压工作正常时,给负载供电如图所示,而且,同时给储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电(如虚线所示)。
行业发展前景
2013年9月,在高端UPS市场取得巨大成功的国际品牌艾默生,经久投入研发成功的GXE小机产品重磅推出上市,抢滩小功率市场。一场改变UPS市场竞争格局的硝烟之战即将在2013年下半年打响。前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国不间断电源(UPS)行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析认为,2013年,UPS市场注定是不平凡的一年,国内国际厂商原有的既定格局有可能在这一年被打破。
2013年9月,在高端UPS市场取得巨大成功的国际品牌艾默生,经久投入研发成功的GXE小机产品重磅推出上市,抢滩小功率市场。一场改变UPS市场竞争格局的硝烟之战即将在2013年下半年打响。
前瞻产业研究院发布的《中国不间断电源(UPS)行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》分析认为,2013年,UPS市场注定是不平凡的一年,国内国际厂商原有的既定格局有可能在这一年被打破。从产品本身来说,低功率市场的产品同质化日趋严重,一些国内厂商将研发重点转向大功率UPS,以实现差异化竞争。从市场需求来说,由单一UPS向整体解决方案转型已迫在眉睫,既不再单纯依靠UPS,而是为客户提供包括制冷、机柜、布线、PDU、软件管理等一体化的解决方案。
从目前国内市场上销售的品牌和厂家来看,销售排名前列的UPS制造商主要有国际品牌施耐德、艾默生、山特、伊顿,大陆本土品牌科华恒盛、冠军、科士达以及台商品牌中达电通。而销售前三名分别是伊顿、施耐德和艾默生,这三家的市场份额超过60%,市场集中度高。虽然本土UPS厂家科华恒盛、科士达等不断采取调整产品结构等策略,并且华为于2012年进入UPS行业,但是三大国际品牌在中国市场上的份额短期内很难打破。
基本参数
UPS不间断电源的基本参数:
(1)负载
负载可分三类,10kV·A以下为小负载,10~60kV·A为中负载,60kV·A以上为大负载;
(2)输出电压的谐波含量(失真)
谐波电压对电路中的参考电压及低电压工作的逻辑电路会造成噪声;
(3)阶跃负载
当一部分负载接通或断开时,都会使负载产生阶跃变化。由于UPS不能瞬时更正这种突然变化的电流9输出电压就会产生相应的变化。小负载由于只接很少的设各,有时会出现100%的阶跃负载。中等负载出现的阶跃不超过50%。而大负载只有在不正常的运行状态下才可能出现超过z5%的阶跃负载。一般的逆变器设计都能满足小于25%的阶跃负载;
(4)非线性负载
指电感性负载或电容性负载。在计算机系统中,非线性负载主要是主机、打印机(特别是激光打印机)和显示终端等;线性负载主要是磁盘和磁带设各。一般小负载是非线性负载;中负载是线性与非线性负载相近或其中一种稍大;而大负载一般是线性负载,因为大负载由多台设备构成,运行中此起彼伏,宏观看起来总负载比较稳定;
(5)效率
对于一个大系统来说,效率必须足够高。比如一个125kV·A的UPS,若只有85%的效率,那么每年多消耗的费用相当于初始投资的30%;
(6)体积
中小型UPS要求体积要尽可能小;
(7)噪声
UPS不间断电源的噪声水平不应超过它所在环境要求的噪声水平。
电源工作过程
当市电正常380Vac时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输UPS出稳定的220V或380Vac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。
常用词汇
(1)安时数(AH)
反映电池容量大小的指标之一,其定义是按规定的电流进行放电的时间。相同电压的电池,安时数大的容量大;相同安时数的电池,电压高的容量大。通常以电压和安时数共同表示电池的容量,如12V/7AH、12V24AH、12V/65AH、12V/100AH。
(2)避雷器
用来吸收雷击波的器件,工作原理是,雷击产生瞬间高电压进入电路,引起避雷器导通吸收雷击电流,将电路电压箝位在安全范围之内。可做为避雷器件的元件有多种,如压敏电阻、放电管等。 注:雷击电压是大气与大地之间的高压放电,因此,避雷器要有良好的接地才能起作用。
(3)保险丝
一种过热熔断型的小型器件,超载或负载短路时引起电流过大会烧断保险丝,保护电子设备不受过电流的伤害,也可避免电子设备因内部故障所引起的严重伤害。因此,每个保险丝上皆有额定规格,当电流超过额定规格时保险丝将会熔断。
注:如使用的不是原厂所规定的同规格保险丝有可能造成机器故障,或是引起线路起火,危害自身的安全。最好是使用原厂所规定的同规格保险丝,既可保护设备也可保护确保人身安全。
(4)变压器
利用电磁感应原理,由铁芯和线圈构成,可分为一次侧线圈与二次侧线圈两个部分,一次侧输入电压,二次侧就有感应电压输出,从而进行电能传递。二次侧可提供多种电压输出,有升压,降压功能,因此变压器在电路中可以满足多种不同电压的电力需求。
(5)稳压精度
指输出端电压的相对变化量,为一百分数,越小越好。当输入电压或负载发生变化时,UPS的输出电压也会升高或降低,变化越小说明稳压精度越高。
(6)不间断电源
UPS[Uninterruptible Power System (or Supply)]:是由电池组、逆变器和其他电路组成,能在电网停电时提供交流电力的电源设备。
电网异常情况
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1UPS0%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)
针对以上各种电力问题,有几种不同解决方式,见下表
后备式 | 在线互动式 | 纯在线式 | |
电涌 | × | ×/△ | ○ |
高压突波 | × | ×/△ | ○ |
暂态过电压 | × | ×/△ | ○ |
电压下陷 | × | ×/△ | ○ |
噪声干扰 | × | ×/△ | ○ |
频率飘移 | × | ×/△ | ○ |
谐波 | × | ×/△ | ○ |
电压过低 | × | ×/△ | ○ |
市电中断 | ○ | ○ | ○ |
○代表有较佳保护△代表有限或视状况保护 ×代表没有保护 |
发展
飞轮式
在使用电池的时代之前,不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应,这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。飞轮式不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机(或汽油机)及发电机等组成。在电网供电的情况下,由整流器提供的直流电驱动电动机UPS带动飞轮旋转,并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用,发电机转速可以保持均衡,此时不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后,飞轮继续带动发电机的转子旋转,同时启动柴油机带动发电机发电,替代原有电网为负载供电。
由于飞轮式不间断电源使用内燃机提供电力,会产生较大的噪音同时体积也较大,因此目前一般仅被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合,通常情况下不间断电源会使用蓄电池来提供电力。