UPS设计方案.docx

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UPS设计方案

一、UPS设计方案

1、项目概述

UPS作为重要外部设备，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定，改进电网交流进行稳压、稳频、滤波、抗电磁射频干扰、防止电压的浪涌和下陷，防止瞬时停电和事故停电，对信息中心造成的危害等是非常重要的。

2、UPS系统配置方案

根据用户方的要求考虑用户负载的重要性，我方建议配置壹台科华FR-UK3130-GUPS后备2小时。

主机：

1台科华FR-UK3130-G30KVA纯工频UPS。

蓄电池：

UPS2H后备，配备1组120AH电池，每组58节。

池柜：

UPS配2个A30电池架；

主机尺寸：

600*860*1400mm（宽×深×高）

设备放置间隙：

主机与电池柜间间隔、电池柜互相之间间隔为50cm，设备与墙体间为50cm

市电输入线径（R、S、T）：

16mm

UPS输出线径（R、S、T）：

16mm

市电输入输出中线径（N）25mm

PE线径：

10mm

电池组连线（C1，D1）：

25mm

UPS重量（Kg）：

528Kg，总共528×1=528Kg

电池柜（Kg）：

60Kg/个，总共60×1=60Kg

电池重量（Kg）：

40Kg/个，总共40×30=1200Kg

UPS系统总重量约：

1788Kg。

二、UL33系列UPS产品介绍

1、产品简介：

FR-UK3130-G系列UPS系统是连接在输入电源和负载之间，为重要负载提供不受电网干扰、稳压、稳频的电力供应的电源设备，在市电掉电后，UPS可继续给负载提供一段时间的供电。

UL33系列UPS采用高频双变换结构和先进的全数字控制技术，带输出隔离变压器，能提供稳定、洁净、不间断的电源，并具备完备的网络管理功能。

2、产品特点

1）全面提升系统可靠性的专业设计

Ÿ采用第四代绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率器件和多重保护技术

Ÿ先进的双DSP全数字技术，整机不需任何可调电阻，抗干扰能力强，无老化漂移问题

Ÿ先进的分散式直接并联技术保证了在线扩容和系统冗余

Ÿ瞬时值数字均流技术显著降低并机系统环流（<1A），电流不平衡度＜1%

Ÿ优良的电磁兼容性设计

Ÿ采用高裕量的功率器件，增强电网的适应能力

Ÿ业内独有的UPS防雷技术，内置D级防雷

2）优异的输入特性

Ÿ超宽输入电压范围（-45％～+15％），可适应恶劣电网条件

Ÿ宽频率输入范围（50Hz±10%），保证了发电机供电时UPS稳定运行

Ÿ先进的六管IGBT高频整流技术，无须附加外界设备，输入功率因数可达到以上

Ÿ应用瞬时值波形控制技术，大幅降低输入电流谐波（iTHD<3%）

Ÿ低直流母线纹波，延长电池寿命

3）优异的输出特性

Ÿ逆变器采用高精度矢量控制技术，输出电压稳压精度高，动态响应快，且畸变率低

Ÿ逆变器具有带100%不平衡负载的能力

Ÿ逆变器具有很强的过载能力及抗冲击能力

Ÿ输出采用⊿/Z0隔离变压器，有效抑制输出电压的三次谐波畸变

Ÿ单机在线、单机ECO、主/从热备份及冗余、扩容并机等多种运行模式下软、硬件完全兼容

Ÿ可靠的数字控制、分散式智能并机技术

4）智能化电池管理

Ÿ根据电池放电曲线自动调节放电终止电压，避免固定设置导致的电池过度放电

Ÿ基于温度补偿的智能化充放电电池管理，大幅延长电池使用寿命50%以上

Ÿ定期自动进行电池自检，确保电池可靠工作

Ÿ精确预测电池的后备时间

Ÿ全自动的电池管理，减少维护工作

5）完备的本机监控管理

Ÿ独创的自适应UPS并机层通讯，无需任何附加设备，可以通过任意一台UPS监测并机UPS系统信息

Ÿ单机提供8路输出及6路输入继电器接点

Ÿ支持RS232、RS485、SNMP、MODEM多种后台通讯方式

6）超强的网络管理功能

Ÿ系统具有电池放电预告警和自动安全关机功能

Ÿ先进的SNMP卡及其相关软件，兼容10M/100M以太网，支持SNMP、HTTP、TFTP、TELNET、TTYP等协议，监控软件具备电源事件记录和分析功能，灵活多样的组网方案，可实现在Internet/Intranet上的远程监控

ŸUPS系统具备自诊断、自保护功能，可以实现自动声光报警、E-mail和BP机报警

Ÿ通过网络可以同时监控高达6万多台UPS，支持广域网解决方案

7）人机界面友好，便于操作和维护

Ÿ全中文大屏幕液晶显示，中英文可选操作界面

Ÿ操作简单，"一键开机"

Ÿ支持远程、自动开机，实现无人值守

3、FR-UK3130-G产品介绍

基本组成

FR-UK3130-G系列UPS系统主要包括由整流模块（REC）和逆变模块（INV）组成的AC-DC-AC变换主回路、由反向并联的可控硅组成的旁路静态开关、维修旁路空开Q3BP、输出隔离变压器和逆变静态开关、蓄电池组以及输入Q1/输出空开Q5等。

系统组成如图1-1所示，其中，空气断路器Q1控制主路交流电源输入，整流模块将交流电源变成直流电源，逆变模块进行DC/AC变换，将整流模块和蓄电池提供的直流电源变换成交流电源，经过隔离变压器输出。

蓄电池组在交流停电时通过逆变向负载供电。

输入电源也可以通过旁路静态开关从旁路回路向负载供电。

另外，要求对负载供电不间断而对UPS内部进行维修时，可使用维修旁路开关Q3BP。

图1-1UPS原理框图

工作原理

FR-UK3130-G系列UPS单机系统主电路如图1-2所示。

图1-2UL33系列UPS单机主电路原理图

主路输入电源从空气断路器Q1输入，通过熔断器，经自耦变压器降压，通过输入电感进入高频六管整流单元，高频整流将三相交流电变换为稳定的直流电源，实现功率因数校正，整流器同时具有充电器的功能；该部分电路采用延时软启动和DSP实时处理的全数字控制技术，提高了系统的抗冲击能力和直流母线电压的稳定性，可减小蓄电池充电纹波，延长蓄电池的寿命。

蓄电池通过接触器接入，只有在直流母线电压达到一定阀值时接触器才能将蓄电池组与直流母线并联接通，蓄电池通过直流滤波电路向逆变器提供直流电源。

逆变器采用DSP实时处理的全数字矢量控制技术，通过SVPWM调制六只IGBT功率开关器件，把直流母线电源变换成三相交流。

输出经过△/Z0变压器、静态开关、快速熔断器、空气断路器等功能单元，实现负载端与输入侧的隔离。

旁路输入电源从空气断路器Q2输入，通过旁路静态开关的控制后输出。

双DSP和单片MCU组成全数字控制系统，为本机强大的功能提供了可靠保证。

通过控制旁路静态开关和逆变器输出静态开关的通断状态可实现多种工作模式的切换，先进的电池管理可延长电池寿命，多种通信接口和管理软件为管理个性化提供了可能。

FR-UK3130-G系列UPS并机系统采用全数字、分散式在线并联技术。

各台UPS由并机板引入并机逻辑信号和环流检测信号，可实现最多8台同型号UPS的直接并联。

FR-UK3130-G系列UPS电源能够实现N+X冗余并联、扩容并联及串联热备份等多种工作方式。

在线并机不需增加任何辅助设备，可缩短停电时间甚至无需断电，从而提高系统可靠性。

结构布局

如图1-3所示，FR-UK3130-G系列UPS系统主要由整流模块、逆变模块、辅助电源、输入输出配电、监控系统、并机控制、防雷和EMI系统、风扇制冷系统、输入输出隔离滤波系统等组成。

1：

风扇2：

整流模块3：

两块辅助电源板ULW2L61M5

4：

交流接触器5：

电池输入接线端子6：

手动维修空气断路器Q3BP

7：

逆变模块8：

配电板ULK2L61R19：

D级防雷器SPD12Z

10：

输出空气断路器Q511：

主路输入空气断路器Q112：

旁路电源输入空气断路器Q2

13：

操作键盘板ULW2L61K114：

液晶显示屏15：

并机板ULW2L61M3

16：

监控板ULW2L61U217：

机柜地脚螺钉（M20）四个

图1-320/30kVAUPS元器件布局图

工作模式

正常工作模式

在主路市电正常时，UPS一方面通过整流器、逆变器给负载提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将能量储存在电池中。

原理框图见图1-5。

图1-5正常工作模式

电池工作模式

当主路市电异常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池通过逆变器输出交流电向负载供电。

市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式。

原理框图见图1-6。

图1-6电池工作模式

旁路工作模式

旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。

在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。

过载消除后，系统自动恢复正常供电方式。

当用户关机，或主路市电异常且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会切换并停留在旁路工作模式。

此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机。

原理框图见图1-7。

图1-7旁路工作模式

ECO工作模式

如果负载对电源的质量要求不是很高，而对系统的效率要求较高时，可通过设置让系统工作在“ECO工作方式”。

这种方式下，旁路电源正常时系统通过静态旁路给负载供电，主路通过整流器给电池充电；当旁路电源断电或超出允许范围时，UPS会自动将负载切换到由主路或电池逆变器供电。

当旁路电源恢复正常后（在允许范围内），系统会自动地切回到旁路供电，从而大大提高了系统的效率。

原理框图见图1-8。

图1-8ECO工作模式

维修工作模式

对UPS系统及电池进行全面检修或设备故障维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对负载不停电维护。

维修时需要断开UPS内部的主路输入开关Q1、旁路输入开关Q2和电池输入开关QF1以及输出开关Q5，实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式。

原理框图见图1-9。

图1-9维修工作模式

智能发电机模式

当市电无法供电，柴油发电机组输出功率又不满足负荷需求时，蓄电池会自动辅助供电，实现柴油发电机组与蓄电池联合供电。

联合供电时间应当服从电池管理系统的设置。

原理框图见图1-10。

图1-10智能发电机模式

并机工作模式

多台UPS（最多8台）在冗余并机或扩容并联的工作方式时，各台UPS之间自动均分负载，如果其中一台UPS出现故障，该台UPS自动退出运行，剩余UPS均分负载；如果系统过载，则整个UPS系统转旁路运行。

并机工作又有正常工作模式、电池工作模式、旁路供电模式、维修工作模式和联合供电模式等多种工作模式。

多种电源输入方式

UPS系统主路输入和旁路输入可以是同一路电源也可以是两路不同的电源。

输入连接方式见图1-11和图1-12。

图1-11一路电源输入方式

图1-12两路电源输入方式

基本功能

【电池管理功能】FR-UK3130-GUL33系列UPS系统具有先进的电池管理功能，主要包括电池故障检测、电池放电后备时间预测及其它多种常规功能。

【延时软启动功能】FR-UK3130-G系列UPS系统有完备的延时软启动功能，能大大减小系统启动过程中对设备和电网的冲击。

【告警和保护功能】FR-UK3130-G系列UPS系统具有多种告警方式，可通过声、光、LCD、输入输出接点以及网络传输方式对当前发生的告警进行及时、准确和详细的提示，在提高系统可靠性的同时，帮助维护人员准确快速地定位及排除故障。

【冷启动功能】FR-UK3130-G系列UPS系统在没有交流电源输入但蓄电池组一直并联在直流母线的情况下，可直接启动UPS。

【市电恢复自启动功能】市电恢复自启动功能是专门针对UPS设备接有后备电池的应用场合设计的，可以在后备电池实施欠压保护以后，输入交流电恢复正常时，UPS电源自启动，按照预先设定好的工作模式选择供电方式。

该功能与网络监控一起实现无人值守场合的UPS自动启机。

【监控系统功能】FR-UK3130-G系列UPS的监控系统具有优异的本机监控功能和并机控制方法，支持灵活的网络化监控，可以充分满足不同用户的应用需求。

【紧急关机功能】通过“紧急关机”按钮可以关闭整流器、逆变器，封锁输出（包括旁路和逆变器），同时将电池连接断开。

特性参数

FR-UK3130-G系列UPS系统具有优良的特性参数，如下表所示。

FR-UK3130-G系列UPS电源特性参数指标

容量

30kVA

型号

FR-UK3130-G

主路输入

输入电压

380V（线电压）

输入方式

三相三线

功率因数

>

谐波电流

<3%

电压范围

+15%~-45%，-20%~-45%之间降额使用，-45%带载50%

频率范围

50Hz±10%

旁路输入

输入电压

380V（线电压）

输入电压范围

±10%

输入方式

三相四线

频率范围

50Hz±10%

整流器输出指标

额定电压

405V

稳压精度

±%

电压范围

×180~×180）VDC

输

出

稳态电压精度（平衡负载）

±1%

动态电压瞬变范围

±1%（50%~100%~50%负载变化）

输出

动态瞬变恢复时间

0

0ms

电压畸变（线性负载）

THD<1%

电压畸变（非线性负载）

THD<3%

功率因数

（滞后）

频率跟踪范围

50Hz±2Hz

频率精度（电池逆变）

±%

三相相位差

120±°（平衡或不平衡负载）

100%不平衡负载电压时稳压精度

±1%

频率跟踪速率

<1Hz/s

逆变器过载能力

105%Po<负载<125%时，10±后转旁路输出；

125%Po<负载<150%时，1分钟后转旁路输出；

负载>150%时，200ms后立即转旁路输出

旁路过载能力

135%额定电流以下可长期过载

1000%额定电流20ms

输出电流峰值比

3：

1

切换时间（正常模式）

0

系统

系统效率（线性负载）

90%

电池逆变效率（线性负载）

93%

显示

LCD（320×240Piexl，12cm×9cm）+LED

EMC/EMI

传导

EN50091-2

辐射

EN50091-2CLASS-A

谐波电流

IEC1000-3-4

抗扰性

IEC61000-4-2.3.4..LevelIII，

IEC61000-4-5LevelⅣ

系

统

MTBF（单机系统）

50万小时（MTTR=4小时）

安规要求

CCEE

噪音（1m）

＜55dB

空载环流

＜1A

电流不平衡度（1+1）

＜1%

绝缘电阻

>2M（500VDC）

绝缘强度

（输入、输出对地）2820Vdc，1min无飞弧

电涌保护

达到IEC60664-1规定的Ⅳ类安装位置要求，即承受50μs+8/20μs混合波能力不低于6kV/3kA

防护等级

IP21

电池节数

12V电池30节

物理尺寸（W×H×D）mm

600*1400*860

重量（kg）

528

电气参数

在进行UPS电源成套供电系统设计中，动力电源、制冷设备、输入配电、输出配电、电缆选择等方面的工作可以参照下表。

型号

FR-UK3130-G

UPS额定功率

30kVA

交流输入

主路为380V+15%～－45%（3φ3W），旁路为380V±10%（3φ4W）

额定损耗

通风量（m3/小时）

800

主路输入电流

66A

旁路输入电流

56A

UPS输出电流

56A

电池输入电流

84A

4、监控软件简述

SNMP卡及其软件

UPS电源SNMP卡组件UF-SNMP111，安装在UPS的SNMP卡插槽内，提供通过网络远程管理UPS的功能。

SNMP卡兼容10M/100M以太网，支持SNMP、HTTP、TFTP、TELNET、TTY等协议。

抗干扰性满足IEC1000-4-2.3.4LEVERIII标准。

辐射干扰满足CISPR22CLASSA标准。

热插拔方式的设计，可以快速方便的进行直接替换维修。

通过MIB库接入网管系统、通过IE等浏览器对UPS进行监控，同时也是我司网络集中监控系统中组成部分。

产品结构和接口

图9-5SNMP卡结构图

SNMP卡各端口的名称及其功能

序号

名称

功能

1

RJ45接口

连接网线。

2

卡状态灯（绿）

指示SNMP卡运行状态

3

网络状态灯（黄）

指示网络连接和通讯状态

4

SNMP卡插口

插入UPS，于UPS相连

技术特点

兼容10/100M以太网络。

SNMP卡自动适应10和100M以太网络，可以实现10M到100M无缝平滑过渡；

支持SNMP、HTTP、TFTP、Telnet等协议。

支持SNMP、HTTP、TFTP、Telnet等协议，可通过UPS网络集中监控软件（UPSiteCenter）、网络管理工作站（NMS）、Web浏览器（IE、Netscape等）对UPS进行监控，并具有在线升级SNMP卡固件的功能；

提供计算机安全保护功能。

随SNMP卡提供Windows、UNIX、Linux等系列操作系统下的计算机安全关机软件。

在产生市电异常、电池即将放空等告警时，SNMP卡主动通知安全关机软件，安全关机软件将根据设定的条件，对计算机实行安全关机等操作，保护计算机系统的运行安全；

安装维护简单。

热插拔方式的设计，毋需对UPS进行停机，就可以在线快速方便地进行安装或直接替换维修。

网络软件

FR-UK3130-G电源网络集中监控软件通过网络可以同时监控高达6万多台UPS，对UPS进行分层集中管理。

并提供以下功能：

1．实时数据显示；

2．历史记录（包括历史数据、历史事件和历史控制）的查询和打印；

3．遥控、遥调和遥测；计划任务处理；用户管理；安全管理；

4．BP机、EMAIL事件告警通知。

集中监控软件需要SNMP卡的支持。

进行网络集中监控，首先需要在每台UPS上安装SNMP卡，使UPS成为网络上的一个节点，这样就可以通过广域网来实现监控。