UPS电源新技术应用Word格式文档下载.docx

UPS电源新技术应用Word格式文档下载.docx

《UPS电源新技术应用Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《UPS电源新技术应用Word格式文档下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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；

信号

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）P≥50KVA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：

按厂家分类等。

1.1.2常用静态三大类的具体容

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UPS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，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

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。

环保有两个容：

一个是电气的，比如电磁兼容的容；

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，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）国外产品的差异

国外UPS产品的差异更多地体现在小功率产品中，由于国电网供电质量较差，因此国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USB接口在UPS产品中也得到了普遍的使用。

（8）环保化的进展

如前所述，对于UPS来说，电磁兼容就是一个环保问题。

UPS对环境的污染包括两个方面：

①电气方面，如各种频率的干扰噪声等，这种噪声由于频率比较高，超出了20kHz，所以人的耳朵听不见，但可干扰其他机器的正常工作；

②物理方面，如可闻噪声，这种噪声的频率比较低，在人的听觉围之，但同样会影响人的情绪，久而久之终归对人有害。

现在大多数制造商都在两个方面有所突破：

环保化的设计与环保化的生产。

1.2.2UPS模块化

（1）模块化结构UPS产生的背景

近年来N+X冗余模块式UPS发展很快，很多UPS制造商也都看重这种结构方式，这得追溯到IT技术的发展和普及。

信息技术已深入人们的日常生活，如电信、金融、教育、交通、气象等无一不和人们的日常生活紧密相连。

除枢纽式的大型数据中心外，还有遍布城乡的小型计算中心，其用电容量不大，但很重要，比如铁道通信系统、地铁OCC监控系统、高速公路的收费站、自选商场的柜员机、银行的自动取款机等，都不允许供电的片刻中断，这就对供电电源提出了与以往不同的可靠性与可用性要求。

（2）模块化UPS优势显著

模块化UPS已被认为是UPS的发展趋势之一，高频模块化直流电源不仅在性能指标上有很大的改善，而且在可靠性、可维护性以及智能化方面更有显著的提高，同时，DSP芯片大规模商用为模块化UPS发展打下技术和物质基础。

模块化UPS与传统UPS相比，优势主要体现在以下几个方面。

　　可靠性的提高。

模块化UPS电源具有N+X的架构特性。

从系统论的角度看，应该消除系统方案的公共故障点，局部的得失不影响系统的方案才是优秀的。

以目前成熟的某厂CMS系列模块化UPS电源为例，它的系统架构是由可并联冗余的UPS电源模块，独立的监测、报警、通信模块和系统保护用的静态开关模块三部分组成，不存在集中控制单元，系统没有故障瓶颈，并且有提供多次冗余的设计考虑。

　　可用性的提高。

在线热插拔是模块UPS的又一显著特点。

因为模块的规格统一，具体的实施很简单，更换时间极短，几分钟完成。

相比之下，传统机型是修机器——换板子，从判断故障现象到更换完成、排除故障、设备正常运行，需依技术人员的水平而定，几小时至几天不等，因此传统UPS的可用性很差，这也是传统机型的主要缺陷之一。

模块化UPS提高了系统可用性，使维护更为便利，同时提升了用户对系统的维护能力，降低了设备的故障隐患，确保负载得到最佳的保护。

　　用户投资有效性的提高。

单就模块UPS和传统机型的比较，模块UPS在物理尺寸和整机重量比传统机型有绝对优势，为用户节省大量的机房投资、承重加固投资。

随着用户量的提升，传统UPS系统就必须更换一台更大容量的UPS系统来满足使用需求，但模块化UPS则不需要更换整机，只需增加模块数量即可轻松扩容，有效地降低了用户初期购置和日后的扩容成本，并且可以动态地满足业务需求的发展。

（3）模块化优点

具有多种工作制式

该产品具有多种制式可供选择，易于操作，可实现多种进出线方式：

1/1,1/3,3/1或3/3、输入频率可为50Hz也可设置输出频率60Hz、输出电压可设为220V、230V、240V。

若再配置输入、输出变压器则可满足全球围所有国家和地区的供电需求。

　　体积小，功率密度大

　　工作效率高，功率密度大，是其最大的特点。

可提供5KVA（4000W）,10KVA（8000W），15KVA（12KW）以及20KVA（16KW）的功率输出。

　　环保性

　　UPS总谐波失真（THDI）3%，线性负载下的输出总谐波失真低于2%，对电网的谐波干扰降到最低，有效减少电网负荷和电源损耗。

优良的输入参数，对市电电网表现出纯电阻特性，是理想的环保高效性UPS。

　　高效节能型

　　节能降耗，国家提倡环保节能的今天，绿色节能型模块化UPS备受关注，输入功率因数达0.999以上。

减少了线路损耗，提高了电源利用率。

其逆变效率可达98%以上，从而提高了整机工作效率，降低了损耗、节省了电能。

　　扩展性，便于安装、维护、更换、升级

　　该机型由各个模块组成，可实现热插拨功能，且各模块机架可完全分离，便于用户以后的扩容或减容，使用方便，可实现在线更换、在线维护，降低了维护难度、减少了维护时间。

且各模块尺寸均按照标准19英寸结构设计，使整机外形与标准机架一致，美化了机器外形，且模块可与标准机架通用。

　　冗余性，分散式并联逻辑控制

各模块之间的并联控制采用了分散式逻辑控制方式，没有主机与从机之分，任何一个模块拨出或插入均不会影响其它模块的正常工作，按需构成N+1，N+X冗余系统，减少了系统本身和负载的风险系数，是负载受UPS保护时间全面提升。

既增加了整机工作的可靠性，又简化了用户维护难度。

　在国家号召大力开展节能减排的大背景下，为提高能源利用效率，降耗增效，合理运用节能技术和产品，电信于2008年对业界普遍认为节能环保的模块化UPS电源系统进行了试点。

2UPS在地铁中的应用

2.1地铁需采用UPS供电的系统介绍

2.1.1地铁需采用UPS供电的各功能系统介绍

目前，在轨道交通各机电系统中，其主电源需采用交流不间断电源UPS装置来保证正常运行的功能系统有：

通信系统、信号系统、综合监控系统、BAS（Buildingautomaticsystem设备环境监控系统）、AFC（Autofarecollection自动售检票系统）、PIS（Passengerinformationsystem乘客资讯显示系统）、屏蔽门系统等。

一般来说，与此对应的是不同的功能系统在每个应用点都有不同的机房。

而地铁应用点主要在车站、控制中心、车辆段。

2.1.2UPS在地铁供电系统的应用趋势及UPS供电方案的分类

分散供电可靠性较低，而在地铁的不间断供电系统中，综合监控、BAS、PIS、AFC、FAS、列车安防等弱电系统的负载非常重要，如果UPS、电池或部模块系统等出现故障，会造成断电、运输中断等重大问题。

因此目前在新建设的地铁供电系统中采用集中供电方式已经渐渐成为趋势，即为以上各系统进行集中供电或为一个系统的各个分散负载进行集中供电，集中供电的优势如下：

1、集中供电整体成本比分散供电低，随着UPS容量的增加其单位容量的成本是降低的

2、集中供电的可靠性远远大于分散供电，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS

3、集中供电便于安装、维护和管理

在集中供电系统中，UPS系统有着不同的组网方式，可靠性从低到高，一般可分为：

单机供电系统、两台UPS组成的串联热备份系统、多台UPS组成的直接并机系统、多机UPS组成的双母线供电系统等。

以下是摘自TIA---942的不同负载保护等级的分类表：

鉴于地铁系统的重要性和特殊性，艾默生推荐为地铁行业用户提供等级3和4的高可靠性UPS供电方案，即1+1冗余并机和双母线供电系统解决方案。

UPS在地铁系统的应用趋势逐渐向集中供电方向发展，如将多台小容量UPS供电的通信系统变为由2台容量UPS1+1冗余并机的供电方式。

另外在、等新上地铁线路中，还将车站、控制中心和车辆段的多个系统相应集中起来由多套冗余并机或双母线方式的UPS系统来进行供电，从而大大提高了整个地铁供电系统的可靠性。

2.2UPS在地铁各功能系统的应用

2.2.1UPS在地铁各功能系统的应用现状

（1）通信系统：

在车站、控制中心和车辆段均设置UPS装置。

在车站设2套，一套为专用系统UPS，一套为公共设备系统UPS。

其中的专用系统UPS负责为有线传输设备、交换机设备、无线设备等供电，容量15－20KVA。

公共设备系统UPS负责为车站广播、时钟等设备供电，容量20-30kVA。

因此一套通信系统中会有多台小容量UPS为不同设备供电，非常分散。

在控制中心设1套UPS为中央级设备供电，根据控制中心服务线路的数量确定UPS容量，一般30-60KVA。

在车辆段设置1套UPS为培训、维修及交换机等设备供电，一般6-10KVA。

信号系统：

信号系统在车站、控制中心和车辆段均设置UPS装置。

车站的信号系统为列车提供相关的控制、防护、运行等功能，采用UPS供电容量较大，约20KVA，控制中心和车辆段UPS装置容量为5-10KVA。

综合监控系统：

在车站、控制中心、车辆段等处均设置UPS装置。

在车站主控设备房设置1套容量10-20KVA的UPS，为车站主控设备房和车站控制室车站级主控系统主要设备（计算机系统等）供电。

其它例如环控电控室（环控设备如FAS系统、给排水、风阀等设备的电力控制室）设置容量1-10KVA的UPS

在控制中心设置1套容量20-40KVA的UPS，为综合监控系统设备供电。

另设置1套容量20-40KVA的UPS专为大屏幕（OPS）设备供电，如某地铁的大屏幕采用81个投影单元，屏幕尺寸达到37×

3m，显示分辨率为27638×

2304，可任意位置、任意大小调整相关屏幕，全屏刷新时间<

3s

在车辆段主控设备房设置1套容量10-20KVA的UPS，供车辆段主控设备房主控系统设备使用。

在其它设备室配置容量1-10KVA的UPS

BAS、PIS、AFC系统：

在车站设置以上系统的UPS装置，在车辆段主要设置BAS的UPS装置。

在车站BAS系统主要设置1套容量10KVA的UPS，在PIS系统主要设置1套容量20-30KVA的UPS，在AFC系统主要设置1套容量10-20KVA的UPS

在车辆段BAS系统主要设置1套容量10KVA的UPS

屏蔽门系统：

在车站屏蔽门控制室设置一套UPS装置，容量10-30KVA，后备时间满足本车站站台所有屏蔽门/安全门开/关门的要求。

以上UPS容量仅作参考，实际应用过程中会根据地铁线路的长短、工程容量及设计的不同分类进行相应的调整。

目前综合来看，UPS在城市轨道中的使用大部分是一种分散供电的使用状况。

这种状况的原因如下：

建设中的系统总包导致的条块分离。

目前在城市轨道系统的建设中，基本采用的是按照不同的分系统做分系统总包的方式，诸如通信的总包，信号的总包等等。

电源的包就分散在每一个系统的总包之中。

使用的习惯的问题，长期以来电源建设习惯就是和主设备分别挂靠。

2.2.2艾默生为地铁行业提供的UPS应用方案分析

某地铁通信系统采用艾默生2台UL3360KVA1+1冗余并机系统，对通信系统的设备进行供电。

配置方案：

电池根据后备时间的要求进行相应的配置。

方案要点分析：

地铁通信系统是提供地铁行车指挥、运营管理、行政办公等有关部门和有关工作人员使用的通信设施。

为了确保通信系统的重要负载不会因为UPS、电池、部模块系统等的故障造成断电等问题，在现有技术条件下，采用“1+1”型UPS冗余并机供电系统是消除这些故障的最佳供电方案，可以达到IEC等级3的标准。

采用1＋1冗余并机供电系统为地铁通信系统中至关重要的负载提供高可靠性的供电系统，为获得“高可利用率”的电源供应奠定坚实的运行基础，该系统的高可靠性体现在以下方面：

1.确保在有一台UPS出故障时，仍然能够为所有通信系统的重要负载提供不间断的高可靠的电源。

2.冗余并机系统带来了负载用电的可靠性的显著提升，并使该类负载的供电可靠性达到99.999%甚至更高。

3．此种系统有着优秀的开放性和良好的前瞻性，系统以后的扩容和升级也会显得十分方便。

在随着地铁行业用户业务的增长，对负载设备进行扩容时，只需对现有的并机系统进行扩容即可，而无需新建一套新的UPS供电系统，从而为客户节省相应的成本，并依然保持该供电系统的高可靠性。

伴随着近年来地铁建设的蓬勃发展和广阔前景，艾默生UPS供电系统也将会用更高质量的电源和更高可靠性的解决方案作地铁大发展的守护神，贡献出自己的一份力量！

3UPS在高铁中的应用

3.1在高铁中的应用现状

改革开放以来,随着我国国民经济的迅猛发展,生活水平不断提高,人们公务外出、旅游观光、探亲访友的社会活动与日俱增,因此出现了客运繁忙的景象,各种运输方式的市场竞争也日趋激烈,而铁路运输以其安全、舒适、价廉、快速和全天候占有优势。

为了保障高速铁路运行的安全、高效、可靠,配置一套科学、合理的信号系统成为铁道部关注的重点。

我国铁路已跨入“高速时代”,计算机联锁系统和微机自动闭塞控制系统等在铁路信号新技术中的应用围不断扩大,这些新技术系统对供电质量的要求较之传统的技术系统大大提高,任何偶然、短暂