2019年12月10日  星期二

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    模块化UPS解决方案

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    ·应用领域:

    通信系统;

    金融系统;

    工业自动化系统;

    互联网数据中心(IDC);

    多媒体数据中心(MDC);

    其他重要负载系统。

    ·方案特点:

    ■外观设计:标准19寸黑色机柜;

    可维护性:在线热拔插,无需转旁路;

    绿色节能:高效率、低热损耗、对电网无污染;

    可扩展性:实现在线扩容在线升级在线维护;

    高性价比:降低用户初期购置及后期扩容维护运营成本;

    高可靠性:采用冗余技术,消除单点故障瓶颈,为关键负载提供可靠电源保护

    高可用性:用户可随时对系统进行维护,无须等到停电时再检修,有效降低故障隐患;

    ■高抗干扰性:保证无论来自市电或UPS供电本身的“电源干扰”尽可能地被消除,包括传导干扰与辐射干扰。

    ·模块化方案概述:

    模块化UPS采用标准的19英寸机柜结构设计,每套系统由静态开关、系统监控、功率模块、外接电池及电池柜组成。其中功率模块可并联,平均分担负载。如遇故障自动退出系统,由其它功率模块来承担负载,既能水平扩展,又能垂直扩展。独特的冗余并机技术使设备无单点故障,以确保电源的最高可用性。所有的模块可以实现热插拔,可以实现在线更换,维修是最安全的电源保护方案。

    (1)静态开关

    静态开关模块主要用于逆变输出和交流旁路电源之间的快速切换,以全面提高系统的供电安全性和可靠性,接收两组AC输入,选择一组输出,在线工作情况下,静态开关将功率模块逆变输出连接到系统输出上,如果功率模块在某一特定时间内不能够提供足够的电压,静态开关将立即切换到旁路电源。

    静态开关采用国外先进的大功率晶闸管,可以实现零切换,同时具有极强的抗冲击和抗短路能力,使系统的可靠性、稳定性大大提高。内部具备自检功能、互锁功能、系统输出异常保护功能、瞬间掉电保护功能、输出过载、短路保护功能。具备RS485接口,集成了MODBUS通讯协议,同时标配输入输出干结点卡。整个静态开关旁路支持在线热插拔,可实现在线更换不影响对负载供电。它还具备UART通信功能,可与系统监控、模块单元进行通信,随时发送和接收工作指令及各种告警信息。

    (2)系统监控

    系统监控对系统数据采集由32位高效数字信号处理器完成。显示器采用320X240的带触摸LCD,可以同时支持触摸操作和按键操作,满足不同的操作使用习惯,简便灵活。可提供RS232、RS485通讯接口,标配多路输入输出干结点卡。可选配TCP/IP扩展卡和GSM短信报警器进行远程网路监控。系统监控分为三个区域:状态指示灯区域、数据信息显示区、按键操作区。状态指示灯区通过LED的不同状态向用户提供简单的系统状态信息,LCD数据信息显示区通过LCD显示屏向用户提供详细的系统状态信息,系统监控显示:系统数据(SYSTEM)、模块数据(UPSMDULE)、历史事件记录(EVENTS)、功能设定(SETUP)四个操作界面。采用中英等多种语言显示,可随需切换。为用户提供友好的操作界面,所有操作均实现图形界面,简单明了,用户操作按键时,LCD显示屏都有相应的信息显示,使用户有极佳的操作体验。

    (3)功率模块

    功率模块采用多制式在线式双变换技术,将市电整流、滤波、稳压后变换为直流电,该直流电在为后级逆变电路供电的同时又通过独立的数字充电器对电池组进行充电和智能化管理,后级逆变电路为一高效率的三阶正弦波调制电路,再将直流电重新逆变为交流电为负载提供稳压、稳频、持续、可靠的电源。其交流输入为三相市电,输出直流为±240V为专用电池组充电,输出交流为三相正弦波交流电压。

    模块内部具有开机自检功能、交流输入过/欠压保护、交流输出过/欠压保护、输出过载保护、短路保护、过温保护、输出异常自动脱离保护、电池过放电保护等。

    模块具备完善的保护功能及智能通信接口,可与系统监控器进行通信,随时发送和接收工作指令及各种告警信息。

    模块内部具备完整的UPS功能,集整流、逆变、充电和控制于一体,不需要外接同步控制信号或其他控制手段,模块即可正常工作,减少了系统运行瓶颈,提高了可靠性。

    有效的模块防尘设计:IP防护等级为(IP30),正面防护面网和滤网可在线拆卸清洗,所有电路板均喷涂三防漆,提高系统的环境适应性,可以在恶劣的环境中使用。

    标配SNMP卡,采用HTTP协议、SNMP协议、TELNET协议等。可对UPS中市电状态、电池状态、旁路状态、逆变状态、自检状态、开机状态和输入电压、输出电压、负载百分比、输入频率、电池电压、电池容量、电池放电时间、UPS机内温度、周边环境温度等等UPS电源的运行情况一目了然,提高UPS电源保障系统的管理效率和管理品质。选用开放的Windows7、Unix、Linux操作系统平台。

    可以选配备温湿度传感器,插入多功能网卡,通过网络实现对机房环境的温湿度监控和报警。

    智能化配电系统

    该系统为UPS电源的输入和输出一体化配电集成系统,与UPS主机配套使用,内含UPS的输入开关、输出开关和维修旁路开关以及系统的总输入开关,主开关均配置辅助触点,内含电流传感系统,并与UPS主机通讯。

    该配电系统由输入配电单元、分路输出配电模块、监控模块、隔离变压器组成。输出配电单元每个配电模块配置了18个输出分路,每个分路的电流从6A-32A随需设定,并根据现场负载的配置及变化情况调整三相平衡,配电系统可安装最多6个即插式配电模块,配电模块数量可选。

    该配电系统与UPS主机同尺寸外观,同颜色。标准配置为:液晶显示器、UPS维护旁路面板(含系统总输入开关、UPS输入开关、输出开关、维修旁路开关,为带辅助触点开关)。检测电路主板,三相输入输出的电压和电流传感器组件,中线电流、地线电流传感器,外接EPO信号接口。

    可选装输入K值隔离变压器和支路电流监控器。

    该配电系统可配备网卡,能够通过网络监控该配电柜的参数、状态和历史纪录以及报警信息,能网络监控配电柜的输入输出三相电压、电流、频率、中线电流、地线电流、每相的KVA数、KW数、功率因数、支路电流等并可设定电流高低电压报警门限值,可选装输入K值隔离变压器和支路电流监控器。

    外接电池及电池柜

    电池采用免维护全封闭蓄电池,电池容量和品牌可根据需要进行配置,灵活的电池接入方式,可配置30-44节,减少电池电压和数量,提高电池组的使用寿命。电池安装可根据实际的应用灵活选择,即可以是组装式电池柜,也可以是开放式多层多列电池架,亦可以选用与UPS主机同品牌同外观同颜色的电池柜内。

    ·模块化单机可靠性分析

    评估UPS系统履行职责的可靠性,不仅要考量UPSMTBF,还要考量UPSMTTR及市电的MTBF。当UPS发生故障的同时市电也发生故障时,负载将会失去电力,也就是说UPS关键职责的失效。负载暴露在没有保护的市电之下的时间长短取决于维修时间的长短。如果维修一台UPS需一周时间,而市电的平均无故璋时间也是一周,那么,UPS发生故障时,负载将很可能失去电力。如果UPSMTTR1小时,那么市电的MTBF将不会对关键负载的失效概率产生很大影响。很显然,降低UPS MTTR将会降低对关键负载的失效概率。降低UPSMTTR最好的方法就是尽量减少可能影响UPS维修的因素 。模块化单机UPS因为具有在线热插拔的功能,自然是最好的选择。

    从设计原则上讲,承担供电任务的整个电源系统都必须采用具有高度容错功能的冗余式的供电方案,以确保无论是在市电电网出故障时或是在任何模块(包括系统控制模块)发生故障时,还是在进行日常维护/检修操作时或因故致使保险丝烧毁/断路器开关跳闸时,互联设备均应由在线式UPS”的逆变器电源来供电,而不应进入由普通的市电电源/应急备用发电机组经UPS的交流旁路来供电的状态。

    综上所述,模块化单机UPS具有最长的履行职责平均无故障时间(MTBF),最小的平均维修时间 (MTTR)及最强的抗市电干扰风险能力及高度容错功能,是最可靠的电力保证。

    ·模块化单机UPS方案图:

    运行示意图:

    供电原理图

    
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