UPS基本知识分享精讲

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,APC,公司,UPS,基本知识培训,一个从事,UPS,产品生,产销售公司的员工应,该知道些什么知识,1,，,学习基本知识的必要性 ：与公司产品有关，与公司销售有关，,掌握了一定的基本知识才能领会,APC,公司的先进技术和先进,的设计理念,2，基本知识内容的变化：要适应,UPS,和供电系统新的发展趋势,2,，,下面讲的是基本知识范围，公司各类人员应该掌握的知识范围,是一样的，只是掌握的深度不同而已,不学也可以工作,写在前面,1,，,10,分钟,2，10%调整,3，无需功率补偿设备,4,工程师见用户时的尴尬,1,.5,小时,33小时,2030小时,举例,一个系统要求市电掉电后维持10分钟，保证数据储存和安全关机,可靠性要求高，,可用性要求高,，加油机，加长延时,2,Silcon,输入功率因数0.99，,无需,外加,功率,因数,校正设备,无需功率调整设备,Silcon,机正常工作时用20%的功率强度调整100%的功率，所以效率高，,输出能力强,Silcon,机,只调整20%的功率,，所以效率高，输出能力强,供电系统新的发展趋势,1,单台设备向整个供电系统的变化,2,系统可靠性向可用性变化,3,供电系统向,NCPI,的变化,4,维护管理工作向智能通讯化变化,5,产品研发生产维护工作向市场应用变化,目录,为什么在供电系统中要用,UPS,设备,UPS,的基本功能,当前,UPS,电源的种类,UPS,与供电系统,用户选用和配置,UPS,时存在的问题,基本知识第一部分,为什么在供电系统中,要用,UPS,设备,（用,UPS,干什么）,电的社会,电是一种能源商品，,具有商品生产、运输、经销、消费等,全过程的特点和存在的问题,发电厂,发电量不足,限电,发电机可靠性,-故障停电,发电质量,-不能用,运输,输电线路损耗,-电压降低,输电设备故障,-停电,自然灾害,-停电,交通、施工、战,争、人为破坏,-停电,电的社会,一次降压,二次降压,终端用户,电力不足,-停电,电网质量不好,-不能用,-增加设备,设备质量问题,-故障,-成本,设备之间相互影响,-干扰，,IT,设备不能正常工作,使用维护问题,Delta,变换在线式,终端配电,电网电压存在的问题,电网电压低,电网电压高,电网故障掉电,Motors,电网电压存在的问题,尖峰干扰,综和干扰,谐波干扰,供电设备,电源故障种类,1,电网预安排停电：,限电，电源系统改造和维护；,2,电网故障停电；,超负荷、供电线路和设备故障；,3,自然原因停电：,火灾、雷电、水灾、施工等；,4,电源质量故障：,电涌,、,高压尖脉冲,、,瞬态高压干扰,、,电压下陷,、,电线噪声,、,频率偏移,、,闪变,、,电压不平衡,、,谐波畸变,、,暂态停电,、,持,续欠电压或过电压,、系统,接地,故障和,和泄漏电流,形成的安,全性故障、谐波电流与零地电压差问题。,质量问题产生的原因和危害,国内外供电质量的问题与比较,配电网运行，管理,国内现状,国际先进水平,供电可靠率（,RS-1）,99.897,%(99,年)，电力部要求,东京,20,分钟,法国,94,分钟,美国,用户平均年停电时间,99.96%,9.77,小时,58,分钟，纽约,10,分钟，荷兰,10,分钟，香港、新加坡,20,分钟,配电线路,架空线为主,，少量电缆，存在大量低压配电线路,城市主要用电缆，低压线路短，或局限在建筑物内,供电网络结构,简单辐射式，少数双回线， 缺少规划,主干线，自动化环网结构（,N-1），,网络式结构（,N-2）,配电设备,少油，真空，少量,SF6,定期维护、检测,完成,“,无油化,”,改造，全部为真空或,SF6,免维护，极少检修,自动化程度,手动，自动兼有，手动操作为主,自动，远动，可实现自动故障识别，隔离，网络重构,故障停电时间,几个小时,小于1分钟,维护、管理,维护计划执行,AM/FM/GIS,技术,线路损耗,8.6%,5,6%,可用性平均水平-0.998,建立,UPS,供电系统的目的,不停电供电,全面改善供电质量,基本知识第二部分,什么叫,UPS,有嗅觉、有感觉、会喊救命、会打电话、会上网、发短信-,输,入,配,电,输,出,配,电,机房,环境,负,载,已经被,污染了,的终端,电网,身体健康可靠性高,可迅速修复，可用性高,系统,配置,能力,强,适应电网,环境，不,污染电网,满足负,载对供,电质量,的要求,对,UPS,的性能要求,物理概念、定义、测试方法、负载要,求、当前水平、应用中的问题,UPS,对电网的适应能力,容许电网电压幅值变化的范围,输入功率因数,输入电流的谐波成分,允许电网电压频率的变化范围频率跟踪范围,频率跟踪速率,输入功率因数和输入电流的谐波成分,污染电网,污染系统本身,输入功率因数和输入电,流的谐波成分的定义,1,2,2,1,UPS,的常规输出性能指标,输出电压稳定精度,输出电压波形失真度,输出电压频率稳定精度,输出电压幅值的三相不平衡度,三相负载不平衡能力,市电掉电时输出电压的切换时间,输出电压的动态响应特性,双向抗干扰能力,负载要求不高,所有的,UPS,都能满足要求,UPS,的输出能力和可靠性指标,接近真实的电网能力,ACAC,效率,输出电流峰值系数,输出电流浪涌系数(启动),输出过载能力,输出负载功率因数,三相负载不平衡能力,可靠性的量化指标,是,UPS,与负载之间的特殊约定，是,UPS,负载的限制,UPS,对物理环境的适应能力,环境温度,环境湿度,振动冲击,海拔高度,环境抗雷击能力,使用、安装的物理环境,UPS,的系统配置能力,UPS,系统,冗余并机,功能,为什么要并机运行,什么样的,UPS,可以并机运行,并机,负载均流度,长延时供电功能,热设计和充电功能,可,扩充,功能,故障,在线维护,功能,UPS,的智能管理和通讯功能,1，,UPS,应具备,RS232,或,RS485/422,等,标准通讯,接口,。,2，提供能支持业界流行的大多数,操做系统,、网管软件、应用程序和标准的,UPS,软件和附件。,3，,自检,功能：,UPS,及其软件、附件能提供定期的自检功能，以防患于未然，,4，,UPS,远程诊断与维护,功能：远程检查,UPS,的状态、查询,UPS,的预警信息、,做电池校正试验等。要检查的,UPS,工作,状态和故等信息。,5，,自动关机,功能：当,UPS,发生故障或电池能量将要耗尽时，,UPS,执行定制,化的数椐保护功能。,6，,自动报警,功能：,UPS,系统故障时，可通过电子邮件,、,寻呼,、,弹出式信息,等方式实时通知系统管理员。,应用落后于技术,UPS,的工作方式,这里讲的工作方式是指,UPS,的工作状态，,而非电路结构形式,1 正常工作方式,输入电压、负载在其允许范围内工作时，它的输出电压性,能、转旁路功能、同步锁相功能、电池充电功能均正常。,2 电池逆变工作方式,其输入电压断开或超出允许范围，进入电池放电状态，输,出电压正常。,3 旁路工作方式,UPS,通过旁路为负载供电。,在线式,UPS,在线工作式是,UPS,的一种功能的定义，而非电路结构的定义,在线工作方式确切的定义是：,逆变器一直都在工作，随时在监视并参与对输出电压,的控制调整,。,在线工作方式最根本的表征是：,在市电故障（掉电、电压过高或过低等）和恢复正常,的过程中,输出电压切换时间为零。,常规输出电性能指标高,具有,在线工作方式的电路结构有多种形式，而且随着技术的进步，,这些电路结构形式本身也是在不断变化和改进的,Delta,变换为什么是在线式,UPS,的可靠性与可用性,对不停电供电概念的修正,市电停电后延时供电10分钟，保证计算机系统,安全关机,市电掉电后保证系统持续长时间供电,可靠性,可用性,UPS,的,可靠性与可用性,失效率,：,式中：,n,s,试验开始时正常工作的样品数;,n,在运行（,t,1,-t,2,）,时间间隔内出现故障的样品数；,可靠度,：,平均无故障时间：,平均维护时间,：,可用性,：,可用性与可靠性的关系,可用性定义,：,在规定的时间段内，系统正常运行的时间与整个时,间段的比例,可靠性定义,：,在规定的时间段内，系统正常运行（不发生故障）,的概率，用可靠度,R(t),或,MTBF,表示,可维护性定义：,故障后的平均维护时间，用,MTTR,表示,可用性概括了可靠性和可维护性,当系统可维护时，可用性可靠性,当系统不可维护时，可用性=可靠性,可用性-供电系统最高的、综合性的 、最根,本的、最有价值的可靠性指标,举例,系统可用性的科学论述,（1）,提高系统薄弱环节可用性,可靠性差的环节,维护难度大的环节,可靠性,薄弱环节,可用性,薄弱环节,提高薄弱环节可用性的基本措施,1,，,提高设备的额可靠性-,MTBF,先进电路技术,可靠性电路设计,智能管理功能,可靠性热设计,电磁兼容性设计,生产工艺,生产管理,2,降低故障维护时间-,MTTR,模块化插拔维护-电路板、功能电路、功能模块,模块化冗余热插拔维护,智能管理与通讯功能,可维护性-提高维护水平,提高设备的可用性,提高设备的,MTBF,-,1,提高功率器件的规格和档次（,IGBT,等）,2 改进控制技术，提高逻辑控制电路规格和档次（,CPU,DSP）,采用更先进的主电路结构（,Delta,变换技术）,严格生产工艺，加强质量管理（,ISO9000）,此方法有效，但是困难大，效果有限,因为：组成,UPS,主机的上千个元器件和几千个接点，在可靠性等效图上是串连的，整个系统的可用性是这上千个元器件和几千个接点可用性的乘积,受其它元部件工艺和技术革新和发展的限制,冗余配置对可用性的影响,（空间状态图）,系统运行总时间 1,系统可用时间比例,A,系统不可用时间比例,两个系统串联,两个系统冗余并联,不可用性,不可用性,会建模型，会计算,提高,MTBF,对可用性的影响,提高,MTBF,对提高可用性,A,并不是总有效的,MTTR=1h,MTTR=8h,MTTR=4h,MTTR=2h,MTTR=1h,MTTR=0.5h,模块化对可用性的影响,MTTR,的降低与可用性,A,的提高成线性关系,MTBF=5,万小时,MTBF=10,万小时,MTBF=20,万小时,MTBF=30,万小时,当前我国,UPS,技术与市场现状,六个基本事实代表着,UPS,技术发展的市场背景和方向,结论：,UPS,市场的,六个基本事实,：,使用,UPS,以便提高供电系统的可用性的,观念已被用户接受,，预示着,UPS,市,场已趋于成熟；,各种,UPS,的电性能指标基本上都能满足对负载供电的要求,用户开始注意,UPS,的系统配置功能-,可用性、可维护性、可扩展性、冗余并机功能,；,3,安全性,是整个,UPS,供电系统的主要矛盾；,用户对,UPS,系统最大的不满意度是什么？,4 在供电系统中,UPS,产品仅仅是供电系统安全性的环节之一,，,5 在安全性各项指标中，,可用性是最根本的、最终的、对用户最有价值的指标,。,能适应不断变化的需要(功率密度、重量密度、安装要求、单电源设备与双电源设备、交,流设备与直流设备)，,可边成长边投资，,基本知识第三部分,当前,UPS,电源的种类,按技术结构分类,后备式,在线互动式,传统双变换在线式,Delta,变换在线式,结构原理、性能特点、与竞争对手的比较,按应用分类,单进单出 220,V,三进三出 220,V/380V,三进单出 220,V/380V-220V,按系统配置分类,单机配置,模块化阵列配置,集成系统配置,为什么代表技术发展方向,各种技术结构,UPS,的区别,后备式,简单,经济,可靠,小功率,性能一,般,能满,足要求,在线互,动式,比后备式:,充电能,力强点；,转换时,间短点；,输出功,率高点；,传统双变换在线式,输出指标高；,切换时间为零；,抗干扰能力强；,输出功率大；,价格昂贵；,Delta,在线式,对电网无污,染；,输出能力强；,输出指标高；,切换时间为,零；,抗干扰能力,强；,输出功率大；,模块化,阵列,缩短故,障维护,时间；,提高可,用性、,可扩展,性,集成化,UPS,系统,提高整个,供电系统,适应性，,可用性，,扩展性，,维护性，,机架,智能管理模块,功率转换模块,电池模块,单机功能,模块化,单机模块化,UPS,有效的,降低维,护时间,输入,配电,并机旁路,并机控制,输出电压,转换,输出配电,变压器,集成模块冗余,把,UPS,整机做为一个模块冗余,可在线维护,整机模块,系统可用性的科学论述 -（2）,系统的可用性即子系统的可用性,Lusser,定率：,A,=,A,1,A,2,A,3, ,A,N,系统的可用性即子系统的可用性的乘积,一个,UPS,供电系统中，除了,UPS,系统外，还有变压器 、,瞬态,电压浪涌,抑制器,(,TVSS),、,电,网进线开关柜、,负载,配电开关柜、,柴油,发电机、交,流稳压器、变压器、电池系统、各种开关、断路器、保险、转插，上百,乃 至几百个级连接点和相应的传输线,所有这些都会形成单路径故障点,于是,：,系统可用性大幅度降低；,已经冗余配置的,UPS,系统故障率明显增加；,系统管理维护难度大；,人为故障增加；,故障原因不明，责任不清，相互推诿，严重增大修复时间。,UPS,设备在系统中的连接,系统中的设备和连接时用的断路器、转接,接点形成串联的单路经故障点,UPS,1,UPS,1,主,开,关,一个典型的双机并联系统,接触器：43路,（其中有12个与,UPS,一起冗余）,接线端子：77个,（其中有18个与,UPS,一起冗余）,输入,配电,输出,配电,集成化,UPS,供电系统结构框图,机房基础实施与供电环境：,强电系统配电、温、湿度调节、防静电功能、防雷系统、新风净化、安全系统、消防系统；环境监测系统。,ATS,1,柴油发电机,ATS,2,市电,1,市电,2,模块热,插拔冗余,n,+1,UPS,模块热,插拔冗余,n,+1,UPS,STS,变,压,器,变,压,器,输出,配电,输出,配电,服务器,服务器,单电源负载,ATS,PDU,输入,配电,ATS,输入,配电,ATS,STS,双电源负载,PDU,PqwerStruXure,-,集成化,UPS,供电系统,双总线,UPS,供电系统,高可用,UPS,供电系统与数据中心机架式一体化结构,集成化,UPS,供电系统结构特点,供电设备制造,和供应的统一,化和标准化,系统中供电设备（包括,负载机架）结构的一体,化和连接的规范化,系统中各供电设备和环,节（包括负载机架中的,PDU）,电源状态管理的,集中化,系统中各供电设备和环节结,构的模块化和连接的,热插拔功能,InfraStruXure,-,集成化,UPS,供电系统功能,有利于解决当前数据中心机房迫切需要解决的问题,1,有效的利用机房,空间,，降低,运营成本,；,2,降低供电系统的,复杂性,，加快建设,速度,（无工具装配），降低服务,费用,；,3 系统基础设施,标准化、组件化，便于组装、改装、搬运和重装，,机动灵活，,因此，可降低设计的复杂性、资源配备上的风险和简化现场施工的工程量；,4,能适应不断变化的需要,，包括功率密度的变化、重量密度不同、安装要求不同、,单电源设备与双电源设备不匹配,、,交流设备与直流设备不匹配等,，可边成长边,投资，提高供电设备利用率，降低投资风险；,减少系统中的断路器和转接接点数目,，,把故障点减至最少,，可有效的防止大面,积断电事件的发生；,系统和设备结构集成化，减少维护工作量，可有效地,减少人为原因故障；,系统和设备结构集成化，线路传输短且规范，,提高了系统抗干扰能力,和供电质量；,功能齐全的智能管理和直观的指示，,可管理性强，,有预测故障的功能；,可改变以往那种数据电缆和电力电缆（越来越严重）的混乱状况；,备件的标准化、减少带电操作、维护的简单化，以及可热插拔模块化等，都有,利于降低平均维护时间,MTTR ,系统可用性可达到7个9,；,11,对负载机架微环境的管理, ,要了如指掌，讲出道理,基本知识第四部分,UPS,与供电系统,当前计算机供电系统设计和配置中,存在的问题,(1) 当前我国各种供电系统存在的普遍问题,机房建设不规范、设备和环节串联、设备输入输出阻抗不匹配、系统中,因配置了输入谐波电流大和启动冲击电流大的设备、电力传输线与数据,传输线过长和布局零乱、设备的供应商过多、品牌杂乱。,(2) 投资风险、空间、容量配置等,生命周期成本问题,(3),UPS,系统的可适应性及可扩展性,(4) 系统可用性问题,(5),UPS,和供电系统的可管理性问题,(6),UPS,系统的可维护性和,可服务性的问题,用户对,UPS,系统最大的不满意度是什么？,安装、维护、电池、噪声、空间、承重-,可靠性、故障宕机、厂商反映速度、修复时间-,总之，是可用性问题,要了如指掌,关注硬件,关注业务可用性,关注业务对环境变化的适应性,关注数据,2005,1995,2000,1990,1985,1980,UPS,供电系统功能的变化,People,(,人员),工作态度 专业知识 操作技能等,Environment,(,环境),电力供应系统 空气调节/制冷系统,IT,设备机械支撑系统,安全系统,智,能楼宇系统 基建,Information Technology,(,信息系统),数据 应用程序 操作系统 服务器 网络设备等,Process,(,流程),设备操作流程 组织结构 管理流程等,空气调节,电力,机架,服务,管理,N C P I,计算机机房配电系统内容,配电系统,机房动力、,UPS,电源、机房照明、应急照明、机房地网系统、,防雷系统、消防联动系统。,空调新风及漏水检测系统,新风系统、排风系统、空调机及其水管设置、漏水检测系统。,门禁监控系统,设置不同的进入等级的保安监控系统，摄像接头和监控设备，,消防报警及自动灭火系统,采用消防及自动灭火系统，设置烟感、温感探测器,中心设备监控系统,结构化布线系统,机架设置、网络设备布线、服务器监控设备布线、电话设备,布线。,计算机系统对供电系统的要求,线制与额定电压,三相四线制，三相额定线电压为380,V，,单相额定相电压为220,V，,50,Hz，,进口的计算机有的也是三相四线制，但三相额定线电压为200,V，,单相额定,相电压为100,V。,有的则要,三相五线制，三根相线（,X、Y、Z）、,一根中线（,N）,和一根地线（,G）。,允许电压波动,幅度变化、频率变化、波形失真度等,接地质量,各种接地系统的电阻值规定如下：,直流地接地电阻不应1,；,交流工作地的接地电阻值不应4,；,安全保护地的接地电阻值不应4,；,防雷保护地的接地电阻值不应10,。,主要物理环境要求,温度、相对湿度、,空气含尘量,IT,机房供电方式分类,分布式供电方案,又称“点”式方案，其特点是在一个机房中，多个,UPS,（,多为中小,功率,UPS,）,分别地对各自的,IT,设备提供保护，通常一台,UPS,只供,给,1,台或几台负载设备，而在一个机房中存在有多台,UPS,。,集中式供电方案,集中式供电方案通常只使用一台,UPS,（,或一套,UPS,并机系统），,通常是大功率,UPS,供电系统为整个机房供电。通常,UPS,被放置在,一个专用的电源房间中，配电盘（柜）则被分布于机房中的总进,线处。,区域式供电方案,区域式供电方案在布局上是分布式与集中式的折中。在区域式,方案中，整个机房被划分为若干区域，每个区域由一台,UPS,（,或,UPS,并机系统）集中地供电。,各种供电方式的比较,可用性,分布式,区域式,集中式。,发生大面积停电的几率,集中式,区域式,分布式。,UPS,的易管理性,集中式,区域式,分布式。,UPS,的可扩展性,对,UPS,的扩容： 分布式,区域式,集中式,对,UPS,输入供电系统扩容：集中式,区域式,分布式,对,UPS,输出供电系统扩容：分布式,区域式,集中式,供电系统的易维护性,集中式,区域式,分布式。,供电系统的成本,一次性购置成本：,分布式,区域式,集中式。,扩容成本：集中式,区域式,分布式。,要了如指掌,供电系统的基本类型区分方法,对各种供电系统，要掌握的基本问题包括：,系统结构形式,对关键负载是否是不停电系统,对非关键负载是否是不停电系统,系统的可靠性水平,系统的可用性水平,供电系统类型与可用性级别,（关键负载）,1,电网直接供电系统,（非不停电系统）,0.,99,879504473 / 10.555小时,2,电网+柴油发电机系统,（非不停电系统）,0.,999,33135275 / 5.857小时,3,电网+单机,UPS,电系统,0.,9999,3797077 / 0.54小时,4,电网+,模块化冗余,UPS,系统,0.,99999,442998,/0.04879,小时,5,电网+,单机,UPS,1+1,冗余系统,0.,99999,722647/ 0.024小时,6,电网+柴油发电机+,单机,UPS,供电系统,0.,9999,3795159/ 0.5435小时,7,电网+柴油发电机,+,模块化,UPS,系统,0.,99999,443908/ 0.0487小时,8,电网+柴油发电机,+,单机,UPS,1+1,冗余系统,0.,99999,723557/ 0.0242小时,9,电网+油机,+双总线,UPS,供电系统（单机,UPS）,0.,999999,28987/ 0.0062小时,10,电网+油机,+双总线,UPS,系统（模块化,UPS）,0.,999999,29371/ 0.00618小时,11,电网+油机,+双总线,UPS,系统（单机,UPS,1+1,）,0.,999999,29371/ 0.00618小时,12,电网+油机,+双总线,UPS（,单机,UPS）,对双电源负载供电,0.,9999999,5654/ 0.00038小时,要能建模型，能计算,供电系统类型与可用性级别,（非关键负载）,1,电网直接供电系统,非不停电系统,0.,99,879504473 / 10.555小时,2 电网+柴油发电机系统,0.,9999,4094487/0.517,3,电网+单机,UPS,电系统,非不停电系统,0.,99,879504473 / 10.555,4,电网+,模块化冗余,UPS,系统,非不停电系统,0.,99,87954487,/10.555,小时,5,电网+,单机,UPS,1+1,冗余系统,非不停电系统,0.,99,87954487,/10.555,小时,6,电网+柴油发电机+,单机,UPS,供电系统,0.,9999,4094487/0.517,7,电网+柴油发电机,+,模块化,UPS,系统,0.,9999,4094487/0.517,8,电网+柴油发电机,+,单机,UPS,1+1,冗余系统,0.,9999,4094487/0.517,9,电网+油机,+双总线,UPS,供电系统（单机,UPS）,0.,9999,4094487/0.517,10,电网+油机,+双总线,UPS,系统（模块化,UPS）,0.,9999,4094487/0.517,11,电网+油机,+双总线,UPS,系统（单机,UPS,1+1,）,0.,9999,4094487/0.517,12,电网+油机,+双总线,UPS（,单机,UPS）,基本知识第五部分,用户选用和配置,UPS,时存在的问题,基本知识大比拼,（1）脱离负载的实际需要，过分地追求某些电性能的高指标,（2）以,UPS,的功率等级确定电性能指标,（3）以电路结构形式的不同确定不同的电性能指标,（4）,认为,UPS,的输出频率必须是稳定的,（5）认为,UPS,的输入电压范围越大越好,（6）认为,UPS,对电网的污染与自己无关,（,7,）,忽视对,UPS,输出能力和可靠性指标的考察,对,UPS,各项性能指标的误解和错误认识,必须从原理上搞清楚,（1）什么是在线式,UPS，,它的功能和判定方法是什么,（2）有输入或输出变压器的,UPS,抗干扰能力就强,（3）输入有整流滤波电路的,UPS,抗干扰能力就强,（4）只有在线式,UPS,才需要静态旁路开关,对各种,UPS,电路结构形式的误解和错误认识,必须从原理上搞清楚,（1）在系统中，忽视对非关键性负载的保护,（2）忽视系统中的设备对电网的污染问题,（3）忽视对,IT,设备微环境的设计和管理,（4）系统配置时要尽可能降低对零地电压差的影响,（5）,在电网双路电网供电时,应该如何配置,UPS,供电系统,（6）长延时,UPS,备用油机各有什么功能。,对,UPS,系统选用和配置方法的错误认识,必须从原理上搞清楚,谢 谢,