UPS電源雙總線方案 核心數據機房UPS電源系統解決方案武漢源迅科技發展有限公司201113907177032雙UPS電源雙總線解決方案1 概述雙UPS電源組成雙總線供電系統，即采用2臺UPS電源各自獨立給重要負載（如服務器、核心交換機等）提供電源，而對于這些負載均具有至少2路電源輸入，通過這些負載的實現冗余供電雙電源總線。如圖1示。市電柜UPS輸出柜1#UPS2#UPS圖1 雙總線電源供電系統圖負載1負載n市電1市電22 建議解決方案及預算2.1 解決方案2.1.1 UPS電源l 根據用戶需求，目前采用4臺6KVA 逆變器供電，未來需增加一倍的用電需求，為此估算需配置2臺60或80KVA UPS；l 每套UPS配置2小時后備延時，雙機冗余下后備達4小時。l 采用2臺UPS電源，提供雙路各自獨立的UPS電源，由安裝在機柜內雙電源設備（服務器、交換機等）實現冗余互備。l 對于機房單電源設備采用STS自動轉換開關，實現雙電源冗余供電。為此為保證UPS供電系統的系統的運行安全和可靠性，考慮在電力系統大量選用并得到用戶良好評價，UPS推薦選用APC by Schneider Galaxy 系列UPS； 綜合用戶要求，推薦選用 Galaxy 5000 60KVA UPS ，采用2臺獨立供電，構成黃石供電縣調自動化機房雙總線供電方式。 APC/MGE GALAXY 系列UPS性能簡介 GALAXY 5000 20KVA - 200KVAa) 單機UPS的組成單機UPS的基本組成如下:圖: Galaxy 5000系列UPS的單機框圖1).整流充電器(Rectifier - Charger )： 由可控硅三相全控整流橋功率電路和相應的控制電路組成。它將 電源1( Mains 1)輸入的交流電變換成直流電，供給電池組充電及逆變器的輸入。 2).逆變器(Inverter): 由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵型雙極晶體管)逆變功率電路和相應的控制電路組成。它將整流充電器輸 入的直流電變換為正弦交流電供給負載。3).旁路靜態開關(Static Switch for Bypass): 由正反并聯的可控硅功率電路和相應的控制電路組成。它實現負載在逆變器與旁路電源2(Mains 2)之間的不間斷切換。4).電池電路(Battery Circuit ): 由可充電的電池組組成。將直流能量貯存在電池組中，當電源1 停電或超限時，向逆變器電路釋放能量，以對負載進行后備式(Back up)的供電。5).各種隔離保護裝置a. Q1：整流器輸入開關；b. QF1：電池電路保護開關；c. Q4S：電源2或靜態旁路輸入開關；d. Q5N：逆變器輸出開關;e. Q3BP：手動維修旁路開關。6).MTBF指標部件名稱代號MTBF(小時)整流器MtbfR150,000電池MtbfB150,000逆變器MtbfI100,000靜態旁路開關MtbfS1,000,000高質量旁路電源MtbfPH100低質量旁路電源MtbfPL50沒有靜態旁路開關的UPSMtbfCU43,000b) GALAXY 5000 UPS特點介紹 GALAXY 5000 UPS是最新一代智能型UPS融合了當今世界上最先進的IGBT技術，全數字多微機控制系統，現代智能控制原理和多項技術專利，已成為中大型UPS市場上的佼佼者，被廣泛應用于電力、石化、銀行、電信、廠礦企業，并成為UPS更新換代的理想選擇。 帶非線性性質負載的高品質電壓源 在計算機、DCS、自動化生產系統中，其設備都是非線性性質負載，這些設備將產 生大量的諧波電流。GALAXY 5000 UPS是專門為這類負載設計的。其逆變器控制采用了電流自適應控制技術，用最先進的電流采樣器件（HALL效應電流互感器）以及多CPU總線技術，將采樣到的負載電流波形與標準正弦波直接比較所產生的誤差，直接控制每個脈寬，并且可根據負載的大小、性質來實時調整其輸出電壓波形，經過了十多年的市場考驗。因此GALAXY 5000 UPS 輸出指標高，在100非線性性質負載的情況下，它的電壓畸變2%,從而保證設備的正常運行。 適應負載從0至100或100至0的躍變GALAXY 5000 UPS在負載發生100的躍變時，輸出電壓的瞬間變化在2以內， 并且在20毫秒內迅速恢復到1。 過載能力強GALAXY 5000UPS過載能力：1102小時；12510分鐘15060秒；2331秒 峰值因素高達4.66:1 普通線性負載，負載電流為正弦波，電流的峰值為有效值的2倍，即峰值因數為 1.414：1。但計算機負載為非線性負載，負載電流為非正弦波，其中含有大量諧波，峰值因數將增加到2.8：1左右，為保證UPS輸出電壓穩定性，UPS的峰值因數必需大于 2.8:1，GALAXY 5000 UPS的峰值因數可達4.66：1。 先進的網絡通信功能（選件） 每臺GALAXY 5000 UPS具有擴展通訊口，并提供兩種通訊接口卡與各種網絡聯 接 ， 可實現對UPS進行計算機集中控制，監控UPS運行狀況。* 集成的SNMP 接口這塊電路板可安裝在UPS主機內，使UPS能夠用TCP/IP直接與所有的以太網 連接。然后，網上任何一臺計算機可以通過網絡管理UPS。 * 兩通道網絡接口這塊電路板可安裝在UPS主機內,由兩部分組成。一部份為RS232接口，可與 PC機連接，實現對UPS的監控；也可與UMLINK（由梅蘭日蘭提供連接，用TC/PIP直接與以太網連接。然后，網上任何一臺計算機可以通過網絡管理UPS，每個UMLINK可以連接4臺UPS。另一部分為繼電器接點，繼電器接點可以用于特殊的網絡應用(IBM AS400,Novell，等等)。 豐富的UPS管理功能 監控軟件SOLUTION-PAC可以適用于如NETWARE, WINDOS NT, SCO UNIX, OS2,和LAN SERVER等大部分網絡環境。SOLUTION-PAC管理軟件可以實時監控UPS 的運行狀況，各項電參數指標的變化?？筛鶕嶋H負載的大小測定電池的放電時間和容量,實施遙控開機或關機。 技術特點1.電壓精度：380V1輸入電壓范圍大 ：323477V輸入頻率范圍寬：45HZ65HZ為負載通過高精度的電壓源（電網兼容性好，適用于各種等級市電以及油機發電場合）2. 效率高達9193效率高意味著UPS本身耗電省，發熱少，提高了可靠性，在其負載為25時，仍能保持其90以上的效率。3.無污染UPS已通過的國際標準檢測證書有：IEC801.4LEVEL 4（無污染標準）IEC801.2LEVEL 4（靜電放電標準）IEC950/EN60950（建筑安全標準）PCCA級（無線電頻率干擾抑制能力標準）4.電池的監控功能增強。最大限度地延長電池的壽命。主要功能有： a、充電和放電電流的監測與控制b、電池過放電的自動保護，當電池電壓低于終止電壓時，逆變器自動停機，切換至旁路供電；同時為了避免電池長時間小電流放電， 造成電池永久 性損壞， UPS可以設定時間T，在電池給逆變器供電達 2 倍T時間 時，UPS會顯示 “電池低電壓停機”的預報警， 當電池給逆變器供電達3倍T時間時，逆變器自動停機切換至旁路供電。（此項保護功能也可以取消 c、計算電池實際后備時間根據預先設定的由電池供應商提供的電池參數，以及實際檢測的放電電流，通過數學模型的計算， 可以模擬出電池 的實際放電曲線，就可以預報在 當時的實際負載情況下，電池的實際剩余后 備時間。d、溫度補償式充電和 電池的壽命計算（梅蘭日蘭專利）環境溫度對電池的使用影響很大，電池溫度上升，意味著化學反應增強， 電池的放電能力也增強，但電池壽命會降低。因此GALAXY 5000中專門設置了電池溫度傳感器，用以控制浮充電壓和電流，同時還設置了計算電池壽命的計算，根據電池溫度和使用時間自動修正電池壽命，到電池壽命終止時，產生更換電池的報警提示信號。 e、 UPS具有自動電池檢測功能，自動對電池進行定期放電，定期時間可以調整，一般為90天。也可以由用戶手動完成對電池進行定期放電，一 般建議90天做一次。（ 此項功能也可以根據用戶要求取消）5.高度的可靠性UPS獲國際的最高質量ISO 9001認證。平均無故障時間MTBF20萬小時。6.UPS“輸入電流限流”和“軟啟動延時”：GALAXY UPS 具有輸入電流限流控制功能及軟起動延時功能。主要用于防止對電網及發電機產生電流沖擊。（如：市電停電、電池放電后、市電又恢復時會產生電流沖擊，需延時平滑）。7.模塊化、數字化、智能化設計模塊化、數字化設計在1986年率先在其UPS中采用，帶來了UPS界的一次技術革命。將 UPS的整流器、逆變器、充電器及各種控制電路按不同的功能分別由幾個模塊組成，各模塊內有獨立的供電、監測及保護電路。 70以上采用數字電路并配有多片Intel 80196單板完成自監、自控。其好處在于板件的參數一致性好，可靠性高。并且故障易判斷，維修方便。8.粗大的中線在大多數情況下，負載會產生三次諧波，三次諧波會使中線電流過大，使導線的溫度升高。GALAXY 5000 PS采用粗大中線（包括UPS內部及輸出端）。解決了中線高次諧波的溫升效應。9.100的不平衡負載能力由于GALAXY 5000 UPS的逆變及輸出變壓器采用三相獨立逆變電路，可根據負載大小及功率因數，每相電壓自動調整，故可承受100不平衡負載。10. 最新功率變換技術（IGBT技術）IGBT是一種新型功率器件，該器件具有MOSFET的高速開關特性和柵極電壓可控及雙極晶體管的大電流處理能力和低飽和壓降特點。目前在新一代UPS中已開始廣泛采用IGBT作為功率器件。APC/MGE作為全球最大的UPS制造商在大功率IGBT UPS中遙遙領先同行一步，94年推出單機容量為800KVA的IGBT UPS。 技術指標及環境負載功率因數：0.8交流輸入（市電）：輸入電壓3Pn380V適應電壓范圍323477V輸入頻率50Hz適應頻率范圍50Hz10交流輸出（負載）：輸出電壓三相380V電壓偏差1%輸出頻率50Hz頻率偏差0.05%（本機振蕩時）同步跟蹤范圍0.5%4%可調諧波失真1.5%（線性負載）2%（非線性負載）峰值因數=3：1時動態反應2過載能力1102小時；12510分鐘15060秒種；2331秒不平衡負載能力 允許100三相不平衡散熱方式 本機自帶強迫風冷，后排風 運行溫度-540C儲藏溫度-20C +45C 電池最佳溫度范圍：+15C 到25C，超過這個范 圍溫度每升高10C ，電池的使用壽命減半相對濕度095通風要求每小時1100立方米噪聲水平按ISO 3748測量 58db 接地接地電阻小于2歐姆國際標準ISO 9001（425號證書），IEC、EN、ULVDE、BS、UTE、TUV、IP20其它不須配備其他工具和儀表c) GALAXY 5000 60KVA UPS 主要性能指標常用旁路電壓容限：+/-10% settable from +/-4/6/8 and 10% 最大旁路輸入電流：101A 輸出輸出功率容量：54kW /60 kVA 最大可配置功率 ：54kW /60 kVA 額定輸出電壓：400V 3PH,480V 3PH 輸出電壓可調范圍：可配置用于 380、400 或 415 V 3 相額定輸出電壓 滿負載效率：92% 輸出電壓失真：低于 2% 輸出頻率(與主頻率同步)：50 Hz,60 Hz 波峰因數：3 : 1 波形類型：正弦波 輸出連接 :(1) Hard Wire 4-wire (3PH + G)輸出電壓容差：+/-1% static and +/- 5% at 100% load step 輸出電壓 THD： 1% linear load and 2.5% nonlinear load 過載工作：10 minutes 125% and 60 seconds 150% 半負載效率：90% 所需的輸出電流保護：87A 旁路:內部旁路 (自動會人工),外置分路器 可選 輸入額定輸入電壓:400V 3PH,480V 3PH 輸入頻率:45 - 65 Hz 輸入端子類型 : Hard Wire 4-wire (3PH + G)工作電壓范圍 :340 - 460 (400V),408 - 538V 其他輸入電壓:380,400,415 最大輸入電流:115A 輸入斷路器容量:125.0A 輸入總諧波失真:Less than 5% for full load 電池與運行時間電池型號 沒有內部電池 - 使用外部電池系統 額定電池電壓 432V 放電結束時最大電池電流 135 通訊與管理可用的智能插槽數量 3 控制面板 多功能液晶顯示器狀態管理控制臺。 緊急關斷 可選 物理指標高 :1900.00mm 寬 :712.00mm 深 :848.00mm 凈重:400.00KG 運輸重量:420.00KG 運輸高度: 2030.00mm 運輸寬度：980.00mm 運輸長度：960.00mm 顏色：木炭 環境工作環境 ：0 - 40C 工作相對濕度：0 - 95% 操作高度 ：0-999.9米 存儲溫度：-20 - 45C 存儲相對濕度：0 - 95% 存儲高度：0-12000米 聽覺噪音距設備表面 1 m 處 ：65.00dBA 在線運行發散熱量 ：13872.00BTU/hr 相符性管理機構認證 UL Listed,CE,EN/IEC 62040-3,FCC 15 部分 A 級,IEC 60950,IEC 61000-3-2,IEC 61000-3-3,ISO 14001,ISO 9001,LCIE,TUV,UL 1778 具體參數參考：d) GALAXY 5000 UPS其它性能介紹 A，高效率：Galaxy 5000 系列UPS設計具有平滑的效率曲線，見下圖：高效率的UPS對于并聯冗余的配置極為有利，原因是在系統正常運行時每臺UPS都是運行在低負載率的狀態；而UPS又是成年累月地連續運行在這種狀態，由此而造成的電費，空調方面的開支將是一個可觀的數字。下表是一個效率每提高1%、3%和5%產生的不同經濟費用的節省：節省費用/效率的差別（萬元人民幣）負載kW1%3%5%1年5年1年5年1年5年25001050302150.650.3251.8150063018.190.630.2151.1500210630.21050.31000.421.26210注意：計算是按市電收費率為0.36元人民幣/kWh，熱損耗所需空調費為0.10元人民幣/kWh。以上數字僅是估計。真正的節省根據各地電費的不同來決定。5%的效率差實際上相當于新的UPS 5年的折舊費用。而新的MGE UPS的效率往往超過其它UPS的5%以上。B， 與柴油發電機的兼容UPS在市電停電時為了獲得長延時的供電，往往不能只憑借內部的電池組放電，供電系統往往配有柴油發電機組，作為應急供電設備，這就要求發電機為UPS供電。如前所述，UPS整流器是一個非線性負載，為了能使UPS在發電機組上順利啟動和安全運行，Galaxy 5000 UPS還具有如下的功能： 整流器的可調整斜坡啟動整流器的斜坡起動功能(見下圖)可防止整流器啟動瞬間產生的沖擊電流對電網或發電機的影響。啟動前的延時(0-255秒)可防止多臺UPS在發電機上同時啟動造成的沖擊，有利于發電機的運行。 UPS輸入功率限制當發電機輸出功率不足時，可通過外部干接點信號產生“UPS輸入功率限制”功能，使得部分UPS的功率由電池組提供，從而保護發電機組的運行。當市電恢復后，該功能可隨發電機的停止而自動取消。 電池的兩級充電限流當發電機組輸出功率有限時，還可以通過外部干接點信號產生“電池組不充電”的功能，以防止發電機過載。當市電恢復后，該功能可隨發電機的停止而自動取消。2.1.2 UPS電源輸出配電柜l 設計一臺智能化UPS電源分配柜，以滿足2臺UPS電源輸出分別供電，2臺UPS輸出采用各自獨立母排饋電，智能配電柜選用APC/MGE PDU柜具有：a) 柜體：前后網孔門，2000*600*800（H*W*D）b) 每臺UPS輸出，各自設計21路單相/三相32A空開。采用ABB S261/3微型斷路器，具有分合指示、過載保護 。并預留2*21路擴展位（可用于市電、UPS輸出）；c) 帶LCD顯示，可以實時監控輸出總電流、電壓、每相有功功率、頻率，以及每一分路輸出電流（選件）；參考圖d) 具備RJ-45、RS232/485接口，可以通過網絡實現遠程管理（包括遠程的故障診斷、狀態查詢、參數設置等）；本方案最大優點在于： 雙回路獨立供電，有效避免單鏈路單點故障導致關鍵設備宕機。主配電盤UPS1UPS2并