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UPS电源的几种接线方式在工程中的应用

——2015.03.09


  UPS电源(静态交流不停电电源装置)是一种用于连续供电的,主要由电力变流器构成的静止型电源设备,它具有连续供电,稳压、稳频、安全、卫生、环保等特点。随着现代通信技术、计算机技术、现代控制技术和信息技术的飞速发展,其中心设备对用电的连续性和用电质量要求越来越高。UPS电源将会越来越多的应用到工程实践中。


  在工程设计中一般只考虑根据负荷大小,选择合适容量的UPS,供给UPS的交流电源和预留好UPS的安装空间。很少根据负荷性质和供电要求,合理地选择UPS电源装置,主接线方式和蓄电池容量,往往造成浪费或不足,安装空间偏小或偏大,不满足实际用电要求等现象,针对以上情况笔者认为,UPS电源的设计应用,应从以下几方面入手:

  1、认真分析用电负荷对供电质量的要求。

  2、根据用电负荷大小,合理选择UPS电源装置的容量。

  3、根据连续供电时间的要求,合理选择电池容量和数量。

  4、根据负荷性质,合理选择UPS电源的台数和主接线形式。

  5、根据UPS电源的台数和电池数量,合理预留UPS电源安装空间。


  以下就已知UPS电源总容量,结合UPS电源的主接线方案,来分析如何正确地选择UPS电源系统。民用建筑电气设计规范,TGJ/T16-92,第6、3、2、1规定:根据用电设备对供电可靠性、连续性、稳定性和电源诸参数质量的要求,不间断电源系统主要有以下几种:

  (1)单一式不间断电源系统;

  (2)并联式不间断电源系统;

  (3)冗余式不间断电源系统;

  (4)并联冗余式不问断电源系统。


  UPS电源按其工作方式可分为后备式、在线式和在线互动式,按有无旁路又分为有旁路式和无旁路式,有旁路开关时,又可分为自动旁路和手动旁路。现结合每种主接线系统分述如下。


  一、单一式不间断电源系统

  平时由电网通过UPS向负荷提供交流电源,电网电源中断时,改由蓄电池经逆变电路向负荷提供交流电源,其优点是,高质量电源输出,零中断转换。缺点是成本高,效率相对低,适用于频率和电压不稳的环境,一般用于小型高速通信设备和个人计算机的较多,许多中、小型企事业单位的网络中心设备多采用此种方式供电,蓄电池的供电时间一般在8-15min。容量一般不超过10KVA,可与用电设备设于同一空间,占地不大。


  本系统根据其运行方式的不同可分为后备式和在线互动式不停电电源系统。

  

  1、后备式UPS电源系统。本系统的主要特点是,当电网正常供电时由电网直接向负荷供电,当电网供电中断时,蓄电池才对不停电电源的逆变器供电,并由电源的逆变器向负荷提供交流电源。其特点是成本低,效率高,但输出电压和频率不稳定,转换中断,EPS即此种接线方式,不适合于高速通信和计算机应用。大量用于应急照明、供电不可靠的消防设备和电梯设备,应急时间一般为90min,容量范围也较大。当切换开关为普通自动转换开关时中断供电时间在0.4s以上。


  2、在线互动式不停电电源系统是指在电网正常供电而且其电压和频率在允许范围内,通过自动旁路开关由电网直接向负荷供电,当电网电压和频率不稳定,超过允许范围时,则市电通过UPS向负荷供电,当电网电压和频率恢复正常时,UPS又经自动旁路开关转换由市电向负荷供电。其特点是成本低,电网正常情况下效率高,输出电压稳定。缺点是输出频率不稳,存在转换时间(4ms)不适用于由发电机供电和电网不稳定环境,不适合于高速通信及计算机应用,适用于电网稳定环境和对供电质量要求不很高且允许转换时间为10ms以上的用电设备。容量范围也较大,蓄电池持续供电时间,一般为10-30min。自动旁路开关应用高速交流静态开关。互动式UPS电源系统对电压和频率参数不敏感的负荷,采用智能电源管理系统跟踪市电质量,实现逆变器回路和自动旁路的程序化动作,减少逆变器和整流器的电能转换损耗,达到节能的目的。


  3、此种接线方式通过对自动旁路开关的控制又可组成在线式有旁路UPS电源系统即正常时UPS电源向负荷供电,当UPS出现故障或检修时由电网向负荷供电,特点是UPS正常时可向负荷提供高质量的电源,UPS检修或故障时,不能保证供电质量,成本较高,效率较低,供电连续性较好,一般适用于1-15KVA的不停电电源系统。


  适用于中小型企事业单位的网络中心,和对供电连续性要求高而对供电质量要求不很高的场合。


  二、并联式不间断电源系统

  本系统在正常时由2台UPS同时向负荷供电,各供50%负荷,当一台UPS检修或故障时,经交流静态开关自动切除故障回路,而不影响系统供电,另一台UPS应承担全部用电负荷,并联UPS电源系统输出功率是一台UPS的额定功率,其特点是成本高、可靠性高、效率相对较低,一般应用于大中型UPS电源系统,适用于大型营业办公楼、中型网络中心、数据备份中心、中小型通讯基站也常用此种UPS电源系统。


  本系统与图3系统的区别是,在需要时用电负荷也可经由交流静态开关自动切换到市电旁路供电,提高了供电可靠性,但此时供电质量取决于电网质量,不适用于对供电质量要求很高的场合。


  三、冗余式不间断电源系统

  本系统最多可并联2-8台UPS,其中正常工作的UPS数量永远为N-1(N为并联UPS的总数量),其中有一台UPS在正常时处于热备状态,无输出,当工作的UPS中有一台故障或检修时,备用的UPS经交流静态开关切换至工作状态,同时故障UPS切换退出运行。其特点是:供电可靠性高,供电连续性好,效率相对较高,其输出功率应为N-1台UPS的输出功率,一般应用于大型信息中心,数据中心和网络中心,适用于大型UPS电源系统。


  四、并联冗余式不间断电源系统

  这种系统由若干可分担供电负荷的UPS单元并联组成,UPS的输出直接并联,共同向负荷供电,由于并联冗余多台UPS设备,UPS装设总容量大于负荷容量,要求UPS总容量比负荷容量至少多一个UPS单元的容量,因而可以切断其中任一故障单元,保证其余单元供电的连续性,继续保证对全部负荷供电,利于UPS的使用寿命,配置灵活,即可增容,也可冗余,有利于提高后备时间,是技术发展的趋势。


  本系统一般应用于大中型UPS电源系统,适用于对用电可靠性和用电质量要求极高的场所,如超大型信息中心,数据中心和网络中心,通信中心机房等。


  目前国际上大的UPS电源厂商都在推出一种阵列式布置的中心机房机柜,机柜的外形尺寸为标准尺寸,每一列机柜的头一个或几个机柜为UPS单元,使用单位可根据业务发展灵活地选择UPS电源的容量,所采用的接线系统大多采用并联冗余接线。


  应当注意,无论是并联UPS电源系统还是并联或备用冗余UPS电源系统,所选UPS单元的容量及各种参数应一致,以避免环流的发生。且以上系统均采用了智能能源管理系统,按事先设置的程序,实现顺序软启动,达到整流器启动延时,并按顺序进行,同时该系统能将负荷均匀地分配到每台UPS上,并限制环流的产生。并联及并联冗余UPS电源系统的蓄电池组可以共享,可大大节约成本和安装空间,UPS可共享一组或几组电池,此时要牺牲一些测试功能。UPS电源系统的选用,尚有许多其它因素,本文仅就其主接线方式提出一些粗浅的看法。


(资料转载自其它网络)


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