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UPS电源在广电行业中的应用

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fhy2211 发表于 2015-5-13 11:11:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
UPS系统在广电行业中的应用
摘要: 本文简要探讨了UPS系统的基础知识和选型时的几个主意点,以为我们在规划设计广电机房,或采购UPS设备时提供依据。
关键词: UPS电源  数字化  模式
一、前言
电行业向信息化、数字化、网络化发经过几十年的发展,我国的广播电视事业得到了长足的发展,加速了广展的步伐,机房内各类制作、播出、前端设备已经由大量的服务器、数据交换器等数字设备构成。大量计算机技术应用于广电设备中,广播电视传送播出的设备已进入数字化时代,对供电的要广播电视事业求越来越高,因为敏感的数字用电设备对10ms的供电中断都会影响到它的正常工作,所以我们的广播电视播出系统都使用了大型的UPS电源,有效保证了播出设备的正常工作。传统的由单纯的一台UPS电源、几块蓄电池所组成的UPS系统已经不能满足广电设备机房的需求,采用高可靠性的N+1UPS冗余供电模式,才能满足现代广电行业设备机房对电源高可靠要求。
二、UPS的工作原理和简单分类
UPS电源(Uninterruptible Power System ),即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。
目前,UPS一般均指静止式UPS,按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。
1) 后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电,当市电超出其工作范围或停电时,通过转换开关转为电池逆变供电。没有稳压,有切换时间,且输出波形一般为方波
2) 在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电,当市电偏低或偏高时,通过UPS内部稳压线路稳压后输出,当市电异常或停电时,通过转换开关转为电池逆变供电。同后备式UPS相比,在线互动UPS的保护功能较强,有较宽的输入电压范围,噪音低,体积小等特点,但同样存在切换时间。逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,而其最大的优点是具有较强的软件功能,可以方便的上网进行UPS的远程控制和智能化管理。
3) 在线式UPS在市电正常时,由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作,由逆变器向负载提供交流电,在市电异常时,逆变器由电池提供能量,逆变器始终处于工作状态,保证无间断输出。在线式特点是,有极宽的输入电压范围,无切换时间且输出电压稳定精度高,输出完全由变流器来供应,不论市电电力质量如何,其输出均是稳定且纯净的正弦波电源。特别适合对电源要求较高的场合,但是成本较高。目前,功率大于3KVAUPS几乎都是在线式UPS
根据后备时间,UPS还可分为标准机和长效机。标准机用内置电池,后备供电时间较短,一般在5~15分钟。长效机则可根据用户需要,增大电池容量配置,延长后备时间。
根据输出功率来分UPS可分为大型、中型和小型UPS。小型UPS输出功率一般小于5KVA,配电采用单相供电方式;大型UPS输出功率一般大于30KVA,配电采用三相供电方式。输出功率界于5KVA30KVA之间的UPS称为中型UPS
三、UPS在广电系统信息中心的选型方法
.UPS系统容量的确定
UPS系统容量的确定实际上就是对机房电子设备用电负荷的确定。确定的方法一般是依靠经验统计,先确定UPS电源所需供的负载,负载为服务器,网络通信设备,事故照明等,按照单台设备机柜3kw考虑,统计机房最终设备机柜布置数量,累加得出负载容量。
UPS容量选择不宜过小,避免长期处于重载运行状态,且机房面积较大,负载有不断分期增加的情况,我台中心机房建设时一次性配置230kVAUPS电源系统。并且考虑以后系统扩容要求,预留远期的相应的进线配电柜以及UPS输入开关和输出配电柜的负荷开关,方便后期扩容。
.UPS前级供电系统的要求
一般来说UPS系统需要两路来自不同电源点的可靠电源供电,且要求两路电源上不要带频繁启动的负载,如电梯,空调。UPS可以向负载提供稳压精度高、稳频、波形失真度小的高质量电源,并且在与静态旁路切换时可以做到供电无间断。为保证电子设备的安全稳定运行,UPS前级供电系统电压及频率应稳定在正常范围。一般地讲,大容量UPS主机输人电压范围应为380V±15%。否则不满足工业UPS运行要求。如果前级供电系统中有自备发电机组,容量选择因不小于UPS系统的1.5~2倍,以保证发电机输出电压、频率正常,并改善其波形失真度。我中心机房供电由二路母线槽自总配电房引入,并自备一台500KVA发电机组,为UPS前级供电提供可靠电源。
. UPS后备蓄电池的选择与布置原则
为保证主供电源停电时,也能利用UPS电源继续向计算机提供高质量供电,后备电池的配置尤为重要。首先是后备时间数的选择,后备时间不宜太短,太短则不能保障重要负荷在停电时间内的供电;后备时间太长则导致电池数量增大,增加投资而且也增加楼面荷载,增大了施工安装的难度以及运行维护的工作量。我台根据实际情况选用二组100AH电池,按4小时备用考虑。考虑到机房空间和对楼层承重因素,电池组安置在机房电视墙后,尽量减少设备占用空间。蓄电池选用阀控式密封铅酸蓄电池,这样可以减少运行维护成本。
4 UPS系统配电模式的选择
4.1单机组UPS系统的基本组成结构及其参数特性(如图1):
在图1中,标示了单机组UPS的系统结构及其各器件的功能和参数特性。从图示我们可知UPS工作有如下几个状态:
1) 当市电正常时,UPS设备通过“滤波——整流——直流(电池充电)——逆变”的过程为计算机设备进行供电;
2) 当市电异常(中断)时,UPS设备通过“直流(电池放电)——逆变”的过程为计算机负载供电,从而实现不中断供电;
3) 当市电正常而UPS主回路中器件故障时,UPS设备通过静态旁路开关实现不中断输出的旁路方式供电(切换过程小于10ms),同时也可通过人工维修旁路实现维修状态下的旁路供电;
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps958F.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps9590.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95A0.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95A1.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95A2.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95B3.tmp.png图1:单机组UPS系统的基本组成结构
4.2多机组(n+1)并机的UPS系统(如图2:以1+1冗余模式为例):
通过单机组结构的分析可知,虽然在不同状态下在一定程度上都可满足计算机负载的不间断供电需求,但由于单机下器件的唯一性,在UPS故障时仍会造成负载的供电中断,为此,人们往往在技术上通过多机冗余的方式提高供电的可靠性(见图2:以1+1的冗余方式为例)。
在多机组冗余并机输出时,从理论上讲UPS系统具有1/N的冗余量,在某个机组故障时,负载由其他机组分摊,在一定程度上提高了系统的可靠性。
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95B4.tmp.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps95C5.tmp.png
2n+1冗余并机UPS系统的组成结构图(1+1为例)
4.3我台于20086月根据实际情况,选用二台科华公司的UPS,型号为:FR-UK/B3130MT,功率30KAV,三相供电,单相220V输出,直流输入电压为348V.,系统以1+1冗余模式组合,配电柜预留UPS输入和输出负荷开关,方便后期扩容。至今UPS已正常运行四年,现输出负载为39%,电池、主机运行良好。
四、UPS电源日常维护要点
UPS是使用简单但自身又比较娇气的设备,科学的使用和维护将会延长UPS的寿命。
l UPS的使用环境应注意通风良好,利于散热,并保持环境的清洁。
l 切勿带感性负载,如点钞机、激光打印机、日光灯、空调等,以免造成损坏。不宜接吹风机、电热器之类的电器设备,以确保机器的安全。
l UPS的输出负载控制在65%85%为最佳,可靠性最高。
l UPS带载过轻有可能造成电池的深度放电会降低电池的使用寿命,应尽量避免。
l 请明确所负载设备的功率,切勿超载使用UPS
l 适当的放电,有助于电池的激活,如长期不停市电,每隔三个月应人为断掉市电用别UPS带负载放电一次,这样可以延长电池的使用寿命。
l UPS放电后应及时充电,避免电池因过度自放电而损坏。
五、UPS系统的发展趋势
随着新技术不断开发和在实践中的逐步应用,可以预见:今后UPS将向着高频化、智能化、数字化和大容量单机冗余化的方向发展。
1. 高频化:虽然传统在线式UPS的技术已经非常成熟,由于它本身带有许多无法突破的问题,供其发展前途受限。高频化概念的引入,给UPS的发展带来了许多新的思路和空间。高频化对于减小体积、降低成本以及对曲线性负载有更好的响应上起着重要的作用。
2. 智能化:微处理器在上UPS的应用,近年来已逐渐向小型、微型UPS方面发展,其带来的结果是UPS的智能化发展,包括控制、检测和通信。UPS逐渐由计算机来进行管理,并且计算机及外设能“自主”应付一些可能预见到的问题,能进行自动管理和调整,将有关信号通过网络传递给操作系统或网络管理员,便于进行远程管理。
3. 数字化:数字控制已成为新型UPS控制技术发展的主流,数字控制器具有精度高,抗干扰能力强,易于实现对UPS的检测、故障诊断和隔离,易于实现遥控遥测,实现多台UPS的并联和热插拔,易于实现对蓄电池的监控和管理。采用数字控制技术、数据采集技术、信号处理技术、电源管理技术、网络通信技术、计算机硬件及软件技术来实现的电源实现了完美的人一机结合。
4. 冗余并机技术。通过开发新的应用技术,可实现UPS内的多模块冗余并机运行,不需另外加设中央控制部件,负载均分,某一模块出现问题时,负载自动转移,维修可带电热插拔,大大提高单台UPS的供电可靠性。再加上多台UPS组成的系统冗余运行,如果某一台UPS单机发生故障,则被立刻关闭,其他的UPS系统会自动承担全部负载,对负载不会产生任何影响。
六、结束语
UPS供电方案的好坏,决定了广播电视机房各重要设备的安全、可靠运行。只有对UPS电源进行科学的设计、正确地使用、认真的维护,才能延长其使用寿命,并为广电机房设备提供有效的保障。

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zhangzhengbin 发表于 2015-6-4 16:54:34 | 显示全部楼层
传统的由单纯的一台UPS电源、几块蓄电池所组成的UPS系统已经不能满足广电设备机房的需求,采用高可靠性的N+1UPS冗余供电模式,才能满足现代广电行业设备机房对电源高可靠要求。
燕飞鹰 发表于 2015-12-26 08:41:43 | 显示全部楼层
:victory::victory::victory:
小李123456 发表于 2017-4-7 15:07:18 | 显示全部楼层
学习了
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