UPS电源新技术应用资料讲解.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。UPS电源新技术应用-UPS电源应用新技术学生姓名:王一乐学号:1132337专业班级:铁道通信信号311614班指导教师:陈艳华-摘要UPS是UninterruptiblePowerSupply的缩写,在电源发生故障时,UPS能够给计算机继续供电。连接在计算机和电源之间以保证电流不受干扰的设备。UPS设备使用电池保持计算机在断电之后仍能正常运行一段时间。UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。不间断电源(UPS),在停电时,为计算机或其它设备继续提供电源。UPS可以是下面的一种:电池系统。不间断
2、电源设备(UPS)是一种电子电源系统,其基本功能是当市电电源发生故障时,不间断地为用户设备提供符合规定的交流电源。当市电电源停电时,UPS将转换为由蓄电池供电的工作方式,在规定时间内向用户设备供电。当市电电源较长时间停电时,UPS需要由备用发电机组供电,继续不间断地为负载供电。此外,在市电正常的情况下,UPS将市电电源进行适当的变换和调节,从而抑制市电电源的各种干扰;为负载提供高质量的交流电源。因此,UPS还具有改善市电质量的功能。当购买电池后援系统时,需要对下面设备有些了解:这个UPS电池可以提供电力的时间。当UPS是在后缓电力操作时,UPS是否向服务器提供警告系统。这个UPS有无消除外来瞬
3、变嗓音的电力调节功能。电池的寿命和它随着时间如何降级。电池不再提供后援电力时,这个设备能否警告你。这些电池是否可换。还需知道准备安装UPS的设备电力需求情况。对于服务器,可能安装CPU(和其它附加设备)、监视器、外部路由器、集线器和布线中心。可以通过查看这些设备的后板来发现它们的电力需求。UPS的性能主要用伏安(VA)来衡量,它是指线路的电压乘以电流(安培)。需要把所有连接到这个UPS的设备的电力需求加在一起,然后购买一个可以处理负载的UPS。首先查得这个设备后板上的安培数,并乘以电压值(在美国通常是120伏特),然后将每个设备的这个数字加在一起,并选择一个合适的UPS。关键词:UPS;铁路;
4、信号目录摘要I引言11UPS的种类与发展21.1按不同方式的分类及特点21.1.1分类及特性21.1.2常用静态三大类的具体内容21.2发展概况51.2.1UPS的发展趋势51.2.2UPS模块化62UPS在地铁中的应用92.1地铁需采用UPS供电的系统介绍92.1.1地铁需采用UPS供电的各功能系统介绍92.1.2UPS在地铁供电系统的应用趋势及UPS供电方案的分类92.2UPS在地铁各功能系统的应用102.2.1UPS在地铁各功能系统的应用现状102.2.2艾默生为地铁行业提供的UPS应用方案分析113UPS在高铁中的应用133.1在高铁中的应用现状133.2在高铁中的发展133.2.1高
5、速铁路信号电源系统解决方案133.2.2典型车站信号系统UPS电源配置方案143.2.3信号电源UPS电源供电系统分析153.2.4信号电源UPS电源设备性能特点分析164UPS系统的监控及维修194.1UPS监控系统的种类194.2UPS的检测204.3UPS的日常维护与维修21结论23致谢24参考文献25引言UPS(不间断电源)主要承担负载供电,使通信网、互联网运行数据得以安全、高速、可靠和连续地被处理、存储和转送。目前通信网络中应用了大量的UPS系统,其应用形式主要以在线式N+1并联供电系统为主,该系统解决单机供电没有冗余的缺陷,各UPS电源厂商通过在传统电路的基础上增加均流电路和同步控
6、制器,组成N+1冗余并联的供电系统。传统系统从理论上可以解决单机供电没有冗余的缺点,但在长期的使用过程中依然存在一些问题。这主要体现在以下两个方面。一方面,扩容和维护的风险较大:传统UPS电源在扩容或维护时必须考虑多个因素,如因元器件使用年限不同而造成参数漂移的影响;系统比较复杂而能否准确查找故障点;维修人员所携带的备品、备件和测试仪器能否满足要求;维修人员的技术水平等诸多人为因素,所以风险较大。另一方面,冗余少、运行效率较低:目前通信行业UPS电源的运行方式,主要是1+1或2+1的并联结构,这意味者该方案的容错率或冗余只有一次;同时由于并联数量少,以1+1方式为例,每个单机的输出功率不能超过
7、其额定功率的50%,如果再考虑冗余和维护时的因素,实际只能运行在其额定功率的30%左右,而传统UPS电源的运行效率只有达到额定功率的50%80%为最佳,再考虑2台设备的并联工作方式,其实际的运行效率从90%左右已降低到70%80%。1UPS的种类与发展1.1按不同方式的分类及特点UPS的分类方法很多,有的按照工作原理分类,有的按照性能分类,有的按照应用领域分类等等。本节主要描述了按照原理的分类及特性。1.1.1分类及特性(1)按工作原理分,有动态式和静态式(目前,UPS电源一般均指静止式UPS电源,又可分为后备式、在线互动式及在线式三大类)。(2)按照UPS功率大小分类:UPS电源系统按其应用
8、的功率可分为:大、中、小三个分区类别。小功率UPS电源系统定义为:功率小于3kVA的UPS电源产品;中等功率UPS电源系统定义为:大于等于3kVA同时小于10kVA的UPS电源产品;大功率UPS电源系统定义为:大于或等于10kVA的UPS电源产品。从不同的功率段划分UPS产品与技术情况都有:功率(P)3KVA产品;3KVA功率(P)10KVA产品;10KVA功率(P)50KVA产品;功率(P)P50KVA产品。(3)按照UPS应用领域分类:第一类信息设备用UPS电源系统设备,主要应用于:信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的安全保护问题。第
9、二类工业动力用UPS电源系统设备,主要应用于:工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域。(4)按性能分类:UPS按性能分类,可分为三类,用代码表示为:VFI(UPS的输出与市电电源的电压和频率无关)。VFD(UPS的输出电压和频率取决于与市电电源的电压和频率)。VI(UPS的输出频率取决于市电电源的频率变化,输出电压与市电电压无关)。然而,实际上,UPS按性能分类的VFI、VI、VFD与按UPS内部电路结构分类的双变换、市电交互、冷备用单机UPS系统是密切相关的。以上分类是目前为学界人士普通公认的,当然也还存在着其他一些不是很重要的分类方式,如:
10、按厂家分类等。1.1.2常用静态三大类的具体内容在线式和后备式UPS的区分人们习惯将UPS分成在线式、后备式和互动式,但现在有的标准就不主张分在线式和后备式,由于多年习惯的存在,在线式和后备式的叫法一时还难以取消。如图1.1所示为UPS的基本原理框图,从图中可以看出,任何一个UPS电路都存在两个变换器环节:一个是将交流变成直流的环节,另一个是将直流变成交流的环节,由此就可以从两方面来区分在线式和后备式UPS的概念。图1.1UPS的基本原理框图从电路结构上看:只有和额定输出功率相当的整流器和逆变器环节电路的就是在线式UPS;只有充电器和逆变器环节电路的就是后备式UPS,后备式UPS的充电器比UP
11、S的额定输出功率小得多。从工作原理上看:在市电正常供电时,两个逆变器同时工作的电路就是在线式UPS,比如在市电正常供电时,在线式UPS的整流器和逆变器同时工作,而只有一个变换器工作的就是后备式UPS。在线互动式UPS在线互动式UPS在一些标准上多称互动式(interactive)UPS,它是介于在线式和后备式的一种产品,其原理电路如图1.2所示,这种电路的原形只有一个既能充电又能逆变的双向变换器。在市电供电时,双向变换器一方面向电池充电,一方面产生一个稳定的补偿电压来对输入电压的变化进行补偿,以使输出电压稳定在一定的范围。那么互动的含义又何在呢?所谓互动式是两个电压以上的互动,一个电压无法互动
12、,所以在这里是市电输入电压Uin和补偿电压Ub的互动,其互动关系是:Uo=Uin+Ub双向转换器转换开关转换开关市电输入Uin市电输出Uo补偿电压Ub二次侧Uo1LNNL图1.2在线互动原来的含义是除图所示电路由双向变换器产生出稳定的补偿电压外,这个电压还必须是正弦波,而且转换开关的动作时间非常短,一般为2ms。因此初期这种电路虽然是后备工作的方式,但具有在线的效果,所以称为在线互动式。1.2发展概况1.2.1UPS的发展趋势UPS发展的方向是高频化、小型化、智能化、自动化、网络化和环保化。随着新技术、新器件和新材料的不断出现,UPS电路高频化有了可能。(1)高频数字化、小型化和环保化高频化的
13、目的是为了数字化和小型化,高频化是数字化和小型化的基础,为了小型化就必须首先取消影响小型化的电磁变压器。环保有两个内容:一个是电气的,比如电磁兼容的内容;一个是物理的,比如可闻噪声和汞之类对空气的污染等,严重影响了工作人员的身心健康。为此国际上对电气的和物理的污染都早已提出了限制标准。(2)网络化合智能化网络时代的UPS产品已经由独立的外部设备产品发展成为整个计算机和网络系统不可分割的一部分,除了要求UPS产品可方便的接入网络和计算机系统,有的还要求能够实现与网络和计算机间的双向数据通信。为实现网络连接,目前大多数的UPS产品都提供了RS-232,RS-485通信接口,对于要求能执行计算机网络
14、控制管理功能的UPS来说,还配置了简单网络管理协议卡,实现了UPS设备接入网络和计算机系统中。由于微处理器技术的应用,UPS产品实现了智能化。智能化的UPS一方面实现了设备运行过程中自我状态的监控,对一些故障现象进行预处理,使UPS始终平稳可靠地运行。智能化的另一个作用是自动化,意思是说UPS电源可以自动完成一些自我检测、开关机控制、故障保护后的自动恢复,无须过多的人工干预。UPS的自动化是实现网络化和保证系统可用性的重要因素。(3)监控软件多平台与监控远程化未来网络的广泛化和全球化必然带来网络的复杂化,多种形式的网络系统会连接在一起。作为网络系统的一部分,要求UPS电源能够实现在各种网络平台
15、上的监控,因此目前许多国外公司的UPS监控软件都提供了多平台支持。实现远程化监控是UPS产品发展的另一趋势,由于因特网的普及,所有网络最终将接入因特网。因此目前许多厂商的产品尤其是中大功率产品,除了能够实现网络化的本地监控外,还可实现Web远程监控。(4)DSP技术和高频技术随着数字化技术的发展,DPS(digitalsignalprocess,数字信号处理)技术开始被一些UPS厂商在产品中使用。DPS技术的使用提高了UPS产品输出电压的稳定性和纯净程度,同时也提高了UPS产品自身的可靠性。而IGBT技术和高频技术的应用大大提高了电源效率,降低了系统噪声和电源自身的功率损耗,也提高了系统的可靠
16、性。(5)电压串并联调整技术使用电压串并联调整技术(也称Delta变换技术)在保持了传统双变换在线式UPS全部高性能输出指标的同时,在对电网适应能力和输出能力两个方面有了重大的改进和突破,真正实现了零转换时间和高输入端功率因数,有效降低了前配发电机的容量并大大降低了对电网形成污染的程度。(6)并机运行和冗余技术以往的UPS多为单机运行,随着包括计算机在内的电子设备应用数量的增加和应用场合的重要,几百千伏安的容量已经不能支持众多的设备用电,一次性购置昂贵的大功率产品有时不是最经济的方案。因此模块化功率产品的出现被认为是UPS系统发展的一个重要方向,有时多个小功率模块采用并联技术连接后实现并机运行
17、,可以方便灵活地配置整个电源系统容量。但并联不一定是冗余的,有时是为了增容,而冗余是为了提高可靠性,为了保证系统的高稳定和高可用,通过多台UPS设备并机运行实现电源容量的冗余也是UPS系统配置的一种趋势。(7)国内外产品的差异国内外UPS产品的差异更多地体现在小功率产品中,由于国内电网供电质量较差,因此国内的小功率产品更多地注重电气性能指标的设计,一些先进的数字化技术并没有在小功率产品中得到应用,外形设计虽然有所改观,但与国外产品还有较大的差距。只有个别厂商可以和国外产品抗衡,和国外一样,其面向PC的小功率产品已经真正实现了桌面化设计,与桌面PC融为一体。而在其他外部设备产品中得到广泛使用的U
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