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根据您的系统建设需求选型

根据您的系统建设需求选型

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1、在线式UPS的主要作用
  ★ 电网断电后,UPS转电池供电,转换时间为0 ms。
  ★ 转电池供电后,电池具备充足的储备能量及有效的供电时间。
  ★ UPS系统核心技术是有效解决电的不良因素和电的质量问题,UPS系统97%以上的时间运行在电网供电状态。
 
2、在线式UPS区别
      在线式UPS根据电路结构,分为高频UPS和工频UPS。高频UPS载频频率较高(50kHz以上),采用高频电感、高频变压器作为变换储能元件,具有体积小、重量轻、输入功率因数高、噪音低、材料成本低的优点,但由于输入、输出没有任何隔离措施,整机环境适应性及耐冲击性能都较差,一般适合于环境较好的小型机房或办公场所等应用场合。
      工频UPS载频频率较低(8~16kHz),采用稳定耐冲击的相控整流技术及以逆变隔离变压器作为变换储能元件,输入、输出进行了良好的电气隔离,在恶劣的使用环境下工频UPS比高频UPS能提供更安全可靠的保护,并具有环境适应性好、抗冲击能力及过载能力强、使用寿命长的突出优点,所以针对项目的实际情况,多数会选择工频UPS。
 
3、线路设计
 A、高频UPS架构图
 
      高频UPS线路设计(包含模块机):UPS系统97%以上的时间运行在电网供电状态,高频UPS是外电网直接接入整流系统模块IGBT,电网的波动和谐波干扰,高频UPS较容易损坏。当电网波动和谐波干扰时,其频率约在 150KHz-30MHz,高频UPS自身工作时,其频率在20KVA-50KVA以上,也就是说交流正弦波一个周期,其整流模块开关次数约在2-5万次以上,再叠加外电网的波动和谐波频率,其整流模块的开关次数高达15-300万次,因此,在电网波动或谐波干扰的情况下,整流模块的开关次数处在过负荷工作状态,其整流模块故障率较高;其次、在电网瞬时波动和谐波干扰及后端负载设备瞬间加负载时,其输出稳定性较差,由于高频UPS线路设计没有瞬时能量补偿系统,当电网波动或谐波干扰时,整流系统不能及时得到能量补偿,只能欠能量输出;或后端加负载时,整流系统也不能及时得到能量补偿,也只能欠能量输出,其后果要么UPS输出电压瞬时波动在220V±60%(10ms以上恢复)或强行从整流系统拉动能量而导致IGBT损坏;其三、计算机系统设备使用低频,干扰信号为高频,高频UPS只能消除部分电网高频干扰,而部分电网干扰高频直接输入数据中心负载设备,较容易引起负载设备瞬时运行失常;其四、当IGBT模块损坏,IGBT模块引起短路,此时高频UPS的直流高压与后端数据中心系统设备直接接通,使高频UPS直流高压直接击穿数据中心负载设备;其五,高频UPS的并机冗余系统,当高频UPS逆变IGBT短路时,会使整个UPS并机系统因为UPS输出端短路而UPS并机系统全部停止运行。所以高频UPS的使用寿命较短,输出稳定性较差,使用风险较高,要求优质的电力环境使用。上述高频UPS现象属线路设计缺陷和使用原材料受限等原因,暂时还无法解决,所以一般中大型信息中心使用高频UPS风险较大、长期性成本投入大、运维成本高,不建议采用。
      在技术上可改进为模块化机架式,但安全性、稳定性、可靠性的技术保障依然没有得到改善。
 
 B、工频UPS架构图
 
      工频UPS线路设计:UPS系统97%以上的时间处在电网供电状态,而工频UPS是把外电网与信息中心设备物理隔离,输入的外电网直接接入输入隔离变压器,隔离后再接入整流系统模块,电网的波动和谐波干扰,其性质属高频信号,而隔离变压器只属50Hz低频使用,也就是只有低频信号才能通过隔离变压器,所有输入的高频信号全被隔离,所以当电网波动和谐波干扰时,工频UPS频率与电网频率同步,也就是说交流正弦波一个周期,其整流模块开关次数约在100次左右,外电网的波动和谐波干扰已被变压器隔离,因此,电网波动和谐波干扰对工频UPS基本不影响。其次、在电网瞬时波动和谐波干扰及后端负载设备瞬间加负载时,其输出较稳定且精密,由于工频UPS线路设计的隔离变压器还有能量补偿作用,当电网波动和谐波干扰及加载时,由隔离变压器随时提供能量补充,使整流系统和逆变系统的瞬时需求能量均已得到补偿,所以工频UPS在电网瞬时严重波动或瞬时加重负载时,其瞬时电压波动约在220V±5%左右,并且在3ms以内恢复。其三、电网高频干扰信号被工频UPS隔离,不会串入后端负载设备,负载设备不会受高频信号干扰。其四、工频UPS不论损坏程度如何,因有隔离系统均不会使直流直接灌入后端负载设备,而导致负载设备损坏。其五、工频UPS有输出隔离,工频UPS的并机冗余系统不会因为逆变IGBT短路而导致UPS并机系统全部停止运行。
      新型工频机经历了近五十年的市场使用考验,通过线路完善及原材料改进,相较高频机具有明显的优势,其完全具备保障中大规模信息中心设备有效运行的能力,建议采用。
 
 工频UPS技术设计:
 ①、主机整体架构设计:工频架构设计(保障UPS稳定性)+全数字化集成设计(保障UPS带载输出精密性)+双向隔离系统(保障UPS自身和数据中心安全性)+12脉冲整流系统(保障UPS节能性)+各项安全保障功能(保障恶劣环境中的UPS和数据中心系统运行正常)。
 ②、12脉冲或18脉冲整流:提高整机效率,降低谐波污染,相比一般UPS增加了一套整流器和一台移相主变压器,可以直接消除更多谐波(包含负载设备谐波)、降低电网污染,节约25%以上的电力能源,(以一台300KVA的UPS主机每年可节约用电量525600度)符合国家节能政策及降低用户使用成本。采用耐冲击能力的SCR整流原材料+隔离变压器。主要解决谐波、电压瞬时跌落、失电等。
 ③、输入隔离变压器:输入隔离变压器属于安全电源,安装在UPS线路的最前端,由外电网直接接入,主要作用是保护、防雷、滤波,其输入端和输出端是完全“断路”隔离的,由于当前电网的不确定性因素太多和电网中的各种负载设备错综复杂干扰及自然环境的影响,如:电压瞬时跌落、失电、浪涌谐波失真、电压瞬变等不确定性因素和大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等错综复杂负载干扰及直雷击或感应雷的冲击等自然环境的影响,当前电网的这些不良因素是无法避免的,使UPS主机和数据中心系统及设备的运行安全受到严重威胁。因此尤尼泰克新型工频机输入隔离变压器是针对上述当前电网不良因素而设计,有效解决当前电网的不良因素,从而有效保障数据中心系统及设备的运行安全,在当前UPS的种类中属最可靠的一种安全保障功能,同时多数的UPS品牌产品线路结构均不具备有此配置,其隔离高压≥6000V,隔离电流≥20KA(千安培)。主要解决电网波动因素及干扰、浪涌、雷击、谐波失真、电压瞬变等。
 ④、输出隔离变压器:输出隔离变压器属于安全电源,与输入隔离变压器功能作用及指标基本相同,安装在UPS线路的最末端,直接输出纯净的电力能源供数据中心系统设备使用,主要作用是保护、防雷、滤波,其输入端和输出端是完全:“断路”隔离的,前端输入隔离变压器有效解决电网的不良因素后,UPS主机处在稳定状态,提供给后端的整流系统和逆变系统指标稳定,部份干扰和主机内部的不良指标受到输出隔离变压器二道有效隔离,使UPS输出电力能源更加纯净、精密、稳定,输出波形失真≤0.9%,同时有效吸收并消除由于负载产生的谐 波,从而使整体数据中心系统及设备安全、稳定运行。主要解决电的质量
 ⑤、模块防爆系统:新型工频机除输出隔离变压器保护IGBT模块外还增设了模块防爆系统,确保模块瞬时冲击而被保护及模块在损坏的瞬间而截断直流电流防止模块短路引发爆炸起火事故发生。以200KVAUPS主机为例,其短路时电流近为600A,其产生的能量足以熔化钢铁更何况周边是导电线和其他电子原器件。由于高压损坏的模块大多会开路只有爆破响声也可能会引起着火,但电流损坏的模块大多会短路,必然会引起着火,模块只具备当前UPS功率需求的功能,而不具备其他功能。主要解决UPS自身安全问题,防范事故发生。
 ⑥、高温自动调节系统:在外电网停电同时空调制冷停止时,UPS转为电池供电,一般高端UPS室温在35-40℃时会过温自然保护并断电,新型工频机UPS主机内置高温自动调节系统,而此系统会使UPS主机处在室温≥40℃(环境温度+设备运行排放温度)以上均能自动调节至主机内安全运行温度,而不会因为高温而突然停机断电。主要解决电的不良因素,电网断电后的供电延续性。
 ⑦、频率自动调节系统:UPS自身大多具备稳频功能,大多数稳频范围是50Hz±5%,当频率飘移超出其稳频范围时,UPS完全失常,大多数UPS可能会转为旁路直接供应数据中心设备使用,会导致数据中心设备连带失常或转为UPS电池供电,而新型工频机在电网或发电机及电网环境其他不良因素造成频率严重飘移时,会启动频率自动调节系统稳频,稳频范围提升到50Hz±20%,均能确保UPS系统安全运行,并保障稳定的频率输出及电池使用寿命,确保数据中心系统设备运行正常。主要解决电的不良因素——频率偏移,输出精密度为50Hz±0.1%。
 ⑧、输入、输出三相不平衡调节系统:UPS主机在正常运行时,其电网输入的三相电出现电压不平衡时,会自动调节,但电压不平衡度只能约在380V±10%以内,若输入三相电不平衡度超出380V±10%或断一相时,UPS工作异常或转为电池供电,而新型工频机增设三相不平衡调节系统,当外电网出现上述情况时,主机会继续工作在市电状态,并无需电池供电,从而确保数据中心系统设备运行正常并提高电池使用寿命和电池使用的有效性。主要解决电网不良因素。
 ⑨、并机系统:当前中大功率UPS具备并机冗余功能,主要以各项参数指标完全一致,使两台UPS输出、电压、电流、频率及相位达到高度一致,然后由并机卡微调双机参数并通过并机电线形成并机冗余,但在实际使用中,许多品牌并机都不完全成功。其原因首先UPS整体是各种原器件的组合、原器件的各项指标不能完全一致,就会导致两台主机的各项参数指标不能做到完全一致,其次并机卡只能起到微调作用,而不能修正参数指标,所以会导致并机冗余环流增大(约5A左右),自身功耗太大,带载率下降,故障率上升,一般的品牌只能允许冗余并机两台,而新型工频机采用自适应并机冗余方式,并非通过并机卡进行微调,而是采用电抗和电容进行主机各项参数指标修正,使主机参数指标高度一致,通过并机连线不分主、从,可随时并机,安全并机数量可达到16台以上,且并机环流基本在1A左右。主要解决负载扩容性和使数据中心系统安全性提升一倍。
      其他安全解决事项:网络保护器(提升网络运行通道),防磁辐射和防信号干扰及冷启动功能等。
     综上所述:工频UPS的线路设计和技术设计,有效解决了电的不良因素和电的质量。即使在恶劣环境下,工频UPS也能够提供安全、稳定、可靠、不间断的供电保障。
 
4、当前电网因素
      我国是一个发展中国家,经济的大发展需要大量的电力供应,如:大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等。这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波干扰,随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用,使得电能质量的下降是必然的,而电的质量直接决定数据中心设备的使用寿命、故障率及系统正常运行。
 
      美国曾经做过这样的实验,得出一般低压配电线在14个月内在线发生超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数可达800次,每个月差不多57次,其中超过1000V的浪涌就有300多次。我国电网出现高浪涌的频率就更高了。除电网本身质量对数据中心供电造成了波动,还有相当一部分来自雷击,我国也是雷电高发地区,数据中心设备的电力线路上很容易遭受到直击雷和感应雷的冲击,这样会加剧了电网波动,当雷击中高压电力线路后,经过变压器耦合到低压侧,进而入侵到数据中心的供电设备上。                               
 
电压波动因素和波动电压变化:
 ①短暂的电压中断    0-1000V                                    
 ②谐波干扰电压波动  1000V-2500V                                    
 ③临时电压升高     2500V-4000V
 ④开关浪涌        4000V-6000V
 ⑤雷击浪涌       8000V-10000V                               
电网除了电压上的变化,还有其它因素带来的影响                              
 ①电压瞬时跌落:一般是由重负载接通启动,而电压瞬时跌落。                    
 ②失电:一般是由气候恶劣、变压器故障造成的,失电是指由于线路故障而引起的失电开关跳闸,又在很短的时间内迅速清除,这个过程往往在几个毫秒内完成,针对数据中心设备比跌落更严重。
 ③频率偏移:主要是由于过负荷和发生谐振造成的,按我国工业技术管理规定频率偏移≤50Hz±0.2Hz,国外规定频率偏移≤50Hz±0.1Hz,而频率偏移会造成数据中心精密设备使用失常或停机。
 ④浪涌:一般来自雷电,用电负载突然增加或减少、变压器抽头不恰当等,在我国当前的电网质量,这种情况几乎无法避免,浪涌随时都可能发生,而数据中心负载前端虽有各种防患措施但解决均有限,所以最后需UPS完全有效解决各种浪涌,否则数据中心设备会严重受损。
 ⑤谐波失真:一般来自整流、开关负载、开关型电源、调速驱动等,随着谐波失真的发生,往往会造成数据中心设备通信错误、过热和硬件受损。
 ⑥电压瞬变:一般来自雷击、电源线负载设备的切换,功率因数补偿电容的切换,空载电动机的断开等,电网瞬变的特点是脉冲成群出现、脉冲的重复率高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低,这种瞬变造成数据中心设备故障的几率很小,但能使设备产品误动作的情况很常见。
      当前电网存在的电的不良因素和电的质量问题是必然的。要建设一个安全稳定运行的信息中心系统机房,UPS主机是信息中心系统设备运行的首要安全保障。
 
5、建设需求选型
 ①、用户根据自己的实际需求而选型UPS主机
 ②、根据当前负载设计UPS主机功率,正常情况下,主机功率不仅满足当前负载量需求,还要考虑机房未来三至五年的扩容需求。
 ③、具备优质的使用环境,如:优质电网环境、恒温(包含市电停电后)、恒湿(包含市电停电后)、带容性负载或阻性负载(绝没有感性负载)、中小型机房或非重要性核心负载等环境下。建议考虑高频UPS。
 ④、电网环境一般或恶劣,UPS机房无精密空调、不通风、设备含有感性负载、中大型机房或有重要性核心负载等环境下。建议考虑工频UPS。