ups系统设计方案

ups系统设计方案（共6篇）

篇1：ups系统设计方案

UPS监测系统方案

监控对象：对四楼机房的2台130K Powerware 9315 UPS进行实时监测管理。监控实现：UPS自带RS232通信口，经过7520通信转换模块转换成485总线直接连接到监控主机的一个通讯口（每台UPS占用1个通讯口），通过这个连接与监控主机进行通信。监控主机可以查询UPS的各种工作状态、参数和报警信息。每台UPS使用1个通讯转换模块7520，安装在靠近UPS的地板下。

监控性能：实时显示并保存各UPS通讯协议所提供的能远程监测的运行参数和各部件状态。实时判断UPS的部件是否发生报警，当UPS的某部件发生故障或越限时，监控主系统发出报警。监控内容：

实时参数：输入电压、输入频率、输入电流、输出电压、输出频率、输出电流、输出功率、电池电压、电池充电程度（后备时间）等；

工作状态：旁路工作状态、在线状态、电池供电状态、电池充电状态等； 报警信息：输入越限报警、输出过载报警、电池异常报警、整流器故障报警、逆变器故障报警等。

注意：UPS监测的内容需根据UPS所提供的协议而略有变化，上面的内容只作参考。UPS一般不进行远程关机控制，以免发生意外。

在下图中，实时参数以具体数值显示；工作状态以LED图标显示，绿色表示该状态启动，灰色表示该状态没有启动；报警信息以LED图标显示，红色表示报警状态，绿色表示正常状态。

图3.1 UPS监控参数表示意图

图3.2 UPS监控报警参数示意图

篇2：ups系统设计方案

(1)概述：

在当今手机已经非常普及的情况下，利用手机短信或电话来实现日常工作的业务管理，这是一种先进、便捷的移动应用概念，并且存在着巨大的应用。北京凯睿优公司研发的 UPS短信报警器，是专门用于UPS监控和报警的设备，采用先进的手机短信报警方式，突破了空间的限制。短信报警器直接与UPS主机的继电器接口连接，使用外部电源，适合目前市场上大部分UPS品牌和机型，包括APC、爱克赛、科士达、GE、山顿、梅兰日兰等；对于山特UPS，需要另配AS400卡。系统结构紧凑、先进实用、功能丰富、性价比很高。设备的使用对原系统不会有任何影响。

系统功能说明

1、系统组成：短信报警器CY-SMAC6401一个，数据线一根，电源一个，手机卡一张（客户提供）；UPS短信报警器通过数据线和UPS干接点相连，由UPS供电。

2、UPS远程报警功能：

短信报警：当UPS发生以下问题时，会发短信报警（根据UPS品牌型号不同各有差别）：①市电异常，UPS转电池工作；②UPS低电量工作，电池将耗尽；③UPS通讯丢失或切断负载电源；④UPS设备需要更换新电池；⑤UPS开始转到旁路工作；⑥UPS出现不明故障

状态查询：管理员发短信“查询”可以查询UPS的当前状态。

3、其他功能：

(2)

提供6路模拟量输入，可连接温湿度、电压、电流、光照传感器，当监测的模拟量异常时，立即给管理员发短信报警。

提供4路关量输入，除监控UPS之外，还可以连接继电器、红外、震动、门磁、烟感等传感器，当监测的开关量异常时，立即给管理员发短信报警。系统特点

短信报警设备的元器件符合工业级产品设计，保证本产品内部的GSM无线收发模块和微处理器均可持续、稳定24小时不间断长年可靠地运行。

接口采用光藕隔离设计，接口端完全电隔离保证被监控的设备和本产品独立运行，互不影响。

内设超级管理员和普通管理员两级权限管理，可设置最多5个普通管理员的报警手机号码，保证报警的高可靠性。

篇3：ups系统设计方案

通信业重组、3G正式运营、电信日的临近, 促使2009年国内的通信行业加大了各类网络建设的力度, 如各类机房、基站的更新换代与全面的改扩建拉动了投资的快速增长, 使行业显现出勃勃生机。在这挑战与机遇并存的历史时刻, 如何构建“绿色、安全、稳定”的通信网络, 成为了社会各界争相关注的焦点。

中国联通于2009年在原中国网通和原中国联通的基础上合并而成, 是中国唯一一家同时在纽约、香港、上海三地上市的电信运营企业。截至2008年底, 资产规模达到5266.6亿元人民币。中国联通为能更好地利用资源、拓展商机, 在提升自身竞争力的同时, 为大众提供更周到全面的服务, 将原IDC数据机房进行了全面的改造升级, 并对机房中起保护作用的UPS不间断电源设备, 采用公开招标选购。中国联通北京分公司更要求所需产品必须性能安全稳定、“绿色”节能, 便于安装、调试、使用、维护, 更重要的是要具有方便的扩展功能, 以应对未来的业务需求。

在此次招标中, 伊顿公司成功拿下该项目, 为中国联通北京分公司提供12台300k VA 9395系列产品, 为其计算机机房书写“绿色、安全、稳定”的新篇章。

2 数据机房UPS系统设计原则

(1) 安全稳定的新型不间断电源系统

伊顿9395采用双转换在线式结构设计, 专为最关键的敏感负载提供纯净、不间断、高质量的电力保护, 以确保负载处于最安全、可靠的运行状态并有效延长它们的使用寿命, 足以确保数据中心持续稳定的电源供应。

(2) 绿色环保

伊顿9395在设计之初就引入可持续材料和高效率的制造工艺, 使产品在市场上同类产品中碳排放最低, 仅在使用维护中就能够节约大约80%的能源;而新型的无变压器设计, 通过减少钢、铜等原材料, 减少有害物质, 使产品单位重量减轻, 在运输过程中减少20%的碳排放量, 降低了运输成本;小巧的机身加上独特的模块化装配构架及智能化增容设计, 节省了宝贵的机房空间;而优异的节能设计更可以大大减少二氧化碳排放量, 节约大量电力和制冷花费。

(3) 便捷的安装与测试

简便易行是中国联通北京公司对UPS产品的重要参考标准。9395轻便小巧的机身便于运输与安装;与生俱来的负载测试功能, 避免了租用昂贵的假负载做满载测试, 简化了测试程序;冗余的逻辑控制电源与冗余的冷却风扇, 让运行人员完全不用考虑额外的布线的问题, 节约了更多的人力、物力、财力。

(4) 灵活的容量升级与扩展能力

规模庞大的工程要求灵活的扩展功能与之相适应。伊顿9395独特的模块化装配构架及智能化增容结构设计, 使UPS的N+1并机冗余及容量扩展工程变得极为简单, 充分满足了客户对未来容量升级、后备时间延长等变化的需求。同时, 独有的工厂化“预置电缆连接”并联扩容解决方案, 将未来扩容安装工程及调试时间减少为原来的1/5。

3 系统配置

在电信机房不间断供电系统设计中, 为了确保重要负载不会因为UPS、电池、输入和输出配电系统出现故障造成断电现象, 采用双总线UPS供电系统是一种最佳解决方案, 如图1所示。

双总线供电系统的高可靠性体现在以下方面:

(1) 确保在一套UPS出故障时, 仍然能够为所有负载提供不间断的高可靠的电源。

(2) 带来了负载用电可靠性的显著提升, 从输入配电到输出配电, 每个环节均采用备份冗余方式, 消除系统上的任何单独故障, 为电信的安全可靠运行提供全方位的保护, 并使对负载的供电可靠性达到99.9999%以上。

对于双输入负载, 采用双路电源供电, 每一关键设备的输入均来自两条母线配电开关。

对于单输入负载, 将双母线上的电力通过STS自动电子转换开关, 转变成单路的电源, 再向负载提供精密供电。STS完成的功能是当一路输入电力故障时, 能够在6ms内切换到另一路输入上, 保障关键设备不间断运行。

(3) 随着电信业务的不断增长, 对负载设备进行扩容时, 只需对现有的UPS系统进行扩容即可, 为客户节省二次投资成本。

为每套系统根据后备时间要求配置相应数量的免维护铅酸蓄电池, 9395 UPS系统可以定期自动对电池组进行充放电和性能检测。

在UPS输入端和输出端分别配置输入配电柜和输出配电柜, 并在配电柜中配置相应的电压、电流和其他参数检测装置。

4 产品特点

9395系列是伊顿爱克赛公司推出的第五代大功率UPS电源, 单机容量从225k VA至1100k VA。9395系列充分考虑新时代用户负载的实际使用环境和使用特点, 并且集其在电源系统设计方面40余年的先进技术与丰富经验, 全力打造出的一款为最关键负载提供高可靠供电保护的、具有创造性的不间断电源系统。可以全面满足大型数据中心、通信中心、机房、工厂自动化、大型医疗系统或大型办公等应用场所的电力保障要求。其具体特点有:

(1) 全IGBT设计, 输入功率因数大于0.99, 输入THDI小于3%

9395系列UPS采用了全IGBT结构, 即UPS的整流器和逆变器均采用IGBT作为功率开关元件。IGBT作为当今最先进的、技术成熟的功率电子元件, 已经被所有的UPS厂商用于逆变器电路, 而伊顿爱克赛更是自2000年起开始将IGBT成功用于UPS的整流器, 并成功造就了8~1100k VA的绿色电源系统。

引入IGBT整流器所带来的结果是将UPS对电网的电力谐波污染降至前所未有的水平, 9395系列UPS的输入电流谐波总失真度<3%, 输入功率因数高达0.99以上, 对电网而言UPS相当于纯阻性设备, 电压和电流之间无任何相位差, 真正实现了绿色环保电源的理念。

而伊顿爱克赛的IGBT整流器, 则是从根本上解决问题, 即从源头上抑制了谐波的产生源, 因此也无需再进一步花费用来抑制。这属于超前的主动式治理。

图2是伊顿爱克赛UPS的输入电压电流波形。

(2) 高达0.9的输出功率因数

9395系列UPS的设计完全符合当今负载的实际应用要求, 10年前的计算机和服务器负载功率因数普遍为0.7~0.8, 而当今的主流计算机和服务器功率因数均为0.9, 即新负载需要的有功功率增加了, 而需要的无功功率减少了, 如图3所示。这就要求UPS必须适应这一现实情况的改变, 必须要能够提供更多的有功功率k W。

9395系列UPS的输出功率因数高达0.9, 完全符合负载的实际要求。与传统的输出功率因数只有0.8的UPS相比, 9395可以提供更多的有功输出, 因而具有更强的带载能力。当负载功率因数降低时, 9395同样能够提供满负荷容量的输出。

(3) 全球最高的整机效率, 即使在半载时依然可达95%

在当今机房供电系统中, 80%的UPS带载率都小于50%。由于并机、双总线冗余, 系统的大量使用, 分摊到每台UPS的实际负载非常小, 几乎所有的UPS的应用现状都是大马拉小车, 因此对于用户而言, UPS在半载或更轻负载时的整机效率才真正具有实际意义。

(4) ABM (Advance Battery Management) :智能电池管理系统在充电过程中采用了三段式充电方式:

◆限流均衡充电;

◆恒压浮充;

◆电池自放电状态的停止充电。

利用“均衡充电”及时消除位于电池组中的各个单元电池可能发生的电池端电压的不平衡度, 并缩短电池的充电时间。

电池并非一直处于浮充状态, 电池充满后从直流母线上脱开, 此时注入电池的充电纹波电流为零, 消除了电池极板的“钝化”和腐蚀现象, 延长了电池50%的使用寿命。

(5) DSP数字控制技术

伊顿爱克赛9395系列UPS采用32位的DSP数字信号处理器, 比传统的CPU速度快50倍以上, 大大缩短了闭环控制时间, 提高UPS输出电压的精确性和稳定性及对故障的快速处理能力。

(6) 整流器和逆变器的一体化、通用化、模块化设计

为了使9395 UPS的制造、维修部件更加通用化和标准化, 减少器件的数量和种类, 缩短故障的分析及维修时间, 9395 UPS采用了独创性的结构设计技术, 其整流器与逆变器采用完全相同的电路原理, 完全相同的、可互换的结构设计。

(7) Hot-Sync热同步并机专利技术, 模块化冗余并联设计

爱克赛9395采用享有专利的热同步并机技术, 彻底抛弃了传统UPS并联所需要的通信线, 消除了单点故障, 提高了系统的可靠性。充分发挥了数字控制软件的功能, 控制UPS的并联运行, 将环流降到最小, 负载的均分不平衡度小于2%。

UPS在并机时, 不需要互相获取对方的实时频率、相位、电压、电流等参数信息, 就能达到同步并均匀分担负载电流。这种技术使得UPS在强大的数字处理器的直接数字合成技术和自适应调控功能的支持下, 只需要自己关注自己的输出电压、电流及相位, 就可实现输出同步并均分负载及故障UPS快速脱机等调控功能, 将UPS并机概念提高到一个崭新的高度。

(8) 风道式冷却系统, 冗余风扇, 风扇转速检测技术

风扇作为易损件, 在UPS各部件中占有非常重要的地位, 一旦风扇出了故障, UPS主机轻则因温度过高而导致元器件老化性能下降, 重则会因过热而停止工作造成负载断电。9395采用风道式冷却方式, 前进风、上出风, 风扇位于UPS中部, 向外吹风, UPS进风口设有除尘过滤网, 避免将灰尘抽入UPS机内。爱克赛9395则是利用霍尔传感器对于风扇转速进行实时检测, UPS的LCD面板可监测每个风扇故障, 并通过监控系统进行声光报警。

(9) 冗余逻辑电源设计

逻辑电源是UPS的核心控制电源, 一旦出现故障将会导致UPS整流逆变电路无法工作, 因此每台9395 UPS都采用了两块冗余的逻辑电源板, 同时采用三路取电方式, 逻辑电源板的获电来自市电输入, 旁路输入, 逆变器输出。这种冗余设计保证了主机控制电路在任何情况下都能正常工作。

(10) Easy-Load负载测试专利技术

当UPS系统安装完毕后, 通常用户需要租用昂贵的假负载对系统进行加电实验, 此时会产生大量的散热和功耗。而9395采用专利的Easy-Load负载测试技术, 这是一种完全绿色的测试, 无需外部负载箱, 无需相应的电缆安装工程, UPS自己在内部即可产生一个满负载, 可以对UPS内的所有功率部件及连接件进行满载测试, 测试UPS、旁路、电缆、开关设备上的发热现象, 并可以进行满载电池放电测试。

(11) 简洁方便的可操作维护性

9395标配上进线和下进线走线方式, 无需额外的上进线柜, 可靠墙或并排摆放。

篇4：UPS不间断电源系统优化设计

关键词：可靠性;不间断供电;优化设计

中图分类号：TQ056.8      文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）26-0003-02

1  概  述

随着综合国力的提升、人民生活水平的提高，首要任务就是保证计算机信息网络系统安全、可靠运行，信息业界乃至各行各业公认 UPS 不间断电源的重要性。

实际上，UPS经历过近四十年的发展，性能指标基本相似，不同点在于功能上的拓宽、创新及可靠性的高低。脉冲调制技术和功率晶体管及组合管、功率MOS管、IGBT等已被UPS普遍采用，从而降低了UPS的可闻噪声，提高了效率和可靠性。UPS本身就是集数字与模拟技术，数字通讯技术、电力电子技术、微处理器及软件编程等技术于一体的密集型电子产品。另外，随着位处理器和计算机的应用的普及，将其引入UPS系统。研制只能UPS是UPS发展的必然趋势。

2   UPS的分类

根据工作原理的不同，不间断电源可以分为后备式、在线式与在线互动式三种。

2.1  后备式

断电保护、自动稳压在不间断电源的应用中，是最基础最重要的功能，后备式均能达到这些功能的要求，它的结构十分简单、较高的可靠性、较低的价格，因此在外部设计、微型计算机或POS机等多个领域广泛应用。

2.2  在线式

在线式虽然结构相对复杂，但与其他两种相比，可以持续零中断地输出纯净正弦波交流电，对于所出现的浪涌、尖峰等系列电源问题，均能有效快速解决;但是由于在线式需要的资金比较大，在关键网络中心与设备等对电力要求严格的环境中才会使用。

2.3  在线互动式

在线互动式比后备式具有更加强烈的滤波能力、抵御市电干扰功能，其转换时间在4 ms以内，在网络设备（如：路由器、配备服务器）、电力工作环境相对困难的偏远地区均能够安全应用。当市电处于正常供电的情况下，通过市电滤波的回路作用之后，不间断电源 （UPS） 同时分成两个回路，一个是通过充电回路完成对电池组的充电，另一个是依次经过整流回路、逆变器的转换，最后把电力提供给计算机。

3  系统优化设计

3.1  主电路设计

本设计中整流器和充电器合二为一，这主要从功率大这个因素考虑的。为实现大功率整流和充电的需要，设计中借助于可控整流器件SCR，采用三相全控桥式整流充电电路，从而大大提高了可靠性，降低了造价。

3.1.1  整流器

UPS电源装置的重要组成之一是整流器，它具有以下两个功能：能够把市电发出的交流转变为直流电，经过滤波操作后供给负载、逆变器;整流器在设计中的作用相当于一个充电器，给蓄电池提供所需要的充电电压。根据梅兰日兰UPS不间断电源Galaxy系列整流器电路的组成部件和工作原理，控制电路采用16位INTEL96系列的单片机，控制简洁、方便可靠。主回路电路示意图，如图1所示。

3.1.2  逆变器

不间断电源的交流电源装置的核心是逆变器，穿插在负载、整流器两装置当中，利用蓄电池的输出功能，经过转换最终把直流电转变成 标准的交流电，提供给负载。逆变器的功率单元采用IGBT组成的二相桥式逆变电路，IGBT驱单元采用日本富士公司生产的EXB841驱动芯片组成的驱电路，逆变控制系统设计采用冗余设计方案，两套由INTEL公司生产的16位微处理器。

3.1.3  蓄电池

储存电能的部分就是蓄电池。当处于正常供电的情况下，直流电源就会对蓄电池充电工作，实际上就是把电能转换成化学能;当市电供电中断的时候，不间断电源就会把储存在蓄电池中的化学能量转变成电能（直流电），从而就能够使逆变器正常工作。在该设计中选用一组20节的PBG200AH 12 V蓄电池。

3.1.4  充电器

生产生活中常用的充电电路有分级式和恒压充电两种形式。在线式UPS通常采用分级式充电电路，简单来说就是在充电初期的时候，采用恒流形式充电;当蓄电池的端电压充满电压之后，再采用恒压充电形式，该系统优化设计采用 UC3842 芯片。充电器实际上作为一个开关电源，只不过这种电源具有限制电流、稳定压力的功能，只要把相关参数设置合适，就可以使蓄电池达到满意的状态充电，这样子就无形中增加了蓄电池的使用寿命。

3.2  控制电路设计

3.2.1  整流器控制电路

整流器本质是一个把将交流（AC）转变为直流（DC）的整流装置。在双变换不间断电源中，整流器既能够给逆变器供电，又能够给蓄电池进行充电，因此又可以把它叫作整流器/充电机。整流器对各部分基本要求如下：

①利用交流可以输入电流的功能，整流器/充电机限定了电路中的电流，根据有关规定交流输入的电流达到满载的1.15倍;当发电机组在供电的时候，交流输入电流与满载输入电流相平衡。

②整流器/充电机利用蓄电池充电电流限流电路，将蓄电池充电电流限制到不间断电源额定输出容量的15%;当发电机组在供电的时候，蓄电池的充电电流应限制至零。

③远端温度检测器运行的时候，整流器/充电机能够自动地进行调节蓄电池的浮充电压使其维持在一般-5 mv/只/℃左右。

目前较先进的方法是采用SPWM高频整流提高UPS的输入功率因数，也就是从提升开关频率的途径，从根本上解决不间断电源的谐波污染及无功缺额问题。

此外，另一种新兴的技术——软开关技术。这是一种可以降低开关损耗、提高开关频率、减少开关硬力、提高工作可靠性的新兴技术。目前也被部分不间断电源厂家所采用。

3.2.2  逆变器控制电路

通常希望逆变器能得到一个电压稳定的电源，但是由于种种原因的影响，比如市电电压变化频繁，有时低于380 V（三相交流电输入），甚至低达340 V;有时高于380 V，甚至高达420 V等，如果采用不可控整流电路，将使得整流器的直流输出不能保持稳定，只有采用可控整流电路，同时采用必要地负反馈环节，自动地调节脉冲相位，才能保证整流器的输出电压稳定。

3.2.3  微处理器的选择

现在市场上应用最为普遍的是8位单片机，但是在一些比较复杂的系统中，它就不得不让位于16位单片机。采用的是数字信号处理器（Digital Signal Processo动和大规模逻辑控制器CPLD对不间断电源系统中的变换、控制、量测等环节进行全息控制，从控制器性能提升的角度对整套装置的变流精度，控制准度进行提升，从而保证正弦波形的相似度非常接近同时由于这种先进的数字控制系统带来的完备的保护逻辑，能够是不间断电源系统更稳定可靠地工作。

3.3  保护电路设计

对于完整的不间断电源系统来说，应该具有过电压保护、欠电压保护、过载保护、过热保护和短路保护等一系列措施。除了以上这些保护措施之外，在重要的UPS情况下，对防止电解液面过低和蓄电池温度异常现象的发生也应该有相应的保护。当电路处于超载（即为负载的1.5倍）的情况下，电源开关就能够快速转换到旁路状态，直到负载正常时就会自动恢复到常态;当处于严重超载（即为额定负载的2倍）情况下，不间断电源就会马上控制逆变器的输出，自动切换到旁路状态，同时前面的输入空气开关也有可能跳闸;当这些问题都解决之后，重新关闭开关、再开机，不间断电源恢复到了原来的工作状态。

4  结  语

在电力系统中，电力操作电源能够为保护和控制设备提供独立电源。因而，电力系统的直流操作电源要求特别高的可靠性，包括大型枢纽变电站、中小型变电站、核电站、水火力发电厂等，均要求直流供电系统的高可靠性。通过对UPS系统进行合理的优化设计，达到各部件之间能够可靠、协同地进行工作的效果，优化冗余的配置方案，最终能够使电力系统在直流操作电源系统的操作下能够高效运行。

参考文献：

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[2] 陈文实，许立民.UPS电源现状及发展方向[J].辽宁工学院学报，

2002，22（4）：24-25.

[3] 肖化，胡广莉.智能化交流不间断电源UPS设计[J].电力电子技术，1997，

31（2）：31-34.

篇5：ups系统设计方案

技术方案

一、.技术要求

本工程UPS设备采用三进三出、在线式交流不间断电源系统，数量两台，单机容量30kVA，单机标配手动维修旁路。两台30kVA的UPS须组成冗余互备系统，系统双总线输出，系统电池后备时间单机要求为不小于1小时。

1、基本性能 1.1正常使用条件

环境温度：0℃～40℃

相对湿度≤95%（（40±2）℃，无凝露）1.2储存运输环境及机械条件

环境温度：-5℃～5℃（不含电池）

振动、冲击条件：符合GB/T14715-93中5.3.2的规定。1.3外观与结构

机箱镀层牢固，漆面均匀，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。机箱表面平整，所有标牌、标记、文字符号应清晰、正确、整齐。

1.4UPS的逆变器：输出电压：380VAC，稳态精度：±1%。

1.5整流器优选12脉冲整流器方式，其中每台UPS的12脉冲整流器应由12只晶闸管和输入移相隔离变压器组成。

2、电磁兼容

应符合IEC EN 62040-2的判断准则。

3、电气特性 3.1输入特性  额定容量：30kVA  输入电压：主电源输入 380V±25%  全数字控制技术

UPS包含有全功率整流器和逆变器的在线式双变换UPS，市电正常既电池状态时所有负载均由逆变器供电。UPS必须是数字UPS，采用全数字控制技术，整流逆变均采用全数字化控制，可靠性高。UPS内置并机功能，内置LBS,内置D级防雷器。 电流畸变：THDi＜5%  输入频率：50Hz±10%

 频率跟踪范围：50Hz±5%可调  频率跟踪速率：≤1Hz/s 3.2输出特性

 配置内置逆变输出隔离变压器  输出电压：380V±1%,三相四线/五线  输出电压稳压精度：正常状态±1%  输出频率：50Hz  输出频率稳定精度：±0.1%  总电压谐波失真度：

100%线性负载 ≤3% 相/相，≤3%相/中线 100%非线性负载 ≤5% 相/相，≤5%相/中线  动态电压瞬变范围：±5%（空载至满载） 恢复时间：≤20ms  不平衡负载电压相移：≤1°  输出功率因数为0.9  输出电流峰值系数：≥3:1 3.3切换时间

 市电电池切换时间：0ms  旁路逆变切换时间：﹤4ms（逆变器故障切换）3.4工作效率

系统效率：≥93%（包括输出变压器效率）3.5允许100%三相不平衡

由于UPS的逆变器采用三相独立逆变调节电路，可根据负载电流的大小、功率因数及每相电压反馈自动调整，故可承受100%的不平衡负载。3.6适应负载从0至100%或100%至0的跃变

UPS在负载发生100%的跃变时，输出电压的瞬间变化在±5%以内，并且在20毫秒内迅速恢复到±1%.3.7过载能力：

125%额定电流 10min 150%额定电流 60s 单相200%额定电流 30s

4、智能化电池管理

UPS应具有以下电池管理功能，以有效延长电池使用寿命，电池必须保证质量，采用一

线品牌蓄电池，并提供原厂出厂证明。 采用间隙式充电方式

 充电和放电电流的监测与控制  电池过放电的自动保护

5、UPS必须具有并机功能

 采用模块化并机，单机必须具有独立的旁路系统  扩容简便易行，可实现在线扩容（无须转旁路） 采用环形并机通讯电缆，以解决并机控制的故障瓶颈  针对双输出总线系统切换，UPS须配置同步控制器

 并机系统应可以根据实际负载自动调整UPS运行数量，以提高UPS系统运行效率。

6、防雷

UPS应具备防雷装置，能承受模拟雷击电压波形10/700μs，幅值为5kV的冲击5次，模拟雷击电流波形8/20μs，幅值为20kA的冲击5次，每闪冲击间隔时间为1min，设备应能正常工作。

7、安全要求 7.1机壳保护

UPS保护接地装置与金属外壳的接地螺钉间应具有可靠的电气连接，其电阻应不大于0.1Ω。

7.2绝缘电阻

UPS的输入端、输出端对地，施加500V直流电压，绝缘电阻应大于2MΩ。

8、监控

UPS须具备标准的SNMP通讯接口，并提供与通讯接口配套使用的通讯线缆、各种告警信号输出端子。该端口使UPS能够用TCP/IP直接与所有的以太网连接，利用网上任何一台计算机都可以通过网络管理UPS。

须提供监控软件，该管理软件可以实时的监控UPS的运行状态、各项电气参数指标，可根据实际负载的大小测定电池的实际放电时间和容量。

9、可靠性

UPS设备在正常使用环境条件下，平均无故障间隔时间MTBF应不小于20万小时。

10、质保

UPS全系统（含UPS主机、电池组、并机组件等）质保三年。

二、安全文明要求

为确保工程施工安全，在开工之前组织施工人员、专职安全员和电厂安监人员进行项目开工会议给施工方予以安全教育,施工人员经考试合格方能进入现场。

针对施工安全建立现场安全质量管理小组,设安全专责及质量专责各一名，安全专责负责安全文明巡查并负责组织本项目的内部安全相关验收工作，质量专责负责监督工程各阶段施工质量及阶段性验收。工程经过内部验收合格后，由项目部报请电厂组织专项验收。在安全质量管理小组的督导下，进行安全生产。

3.1、所有施工人员必须牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，严格执行《电业安全工作规程》，遵守电厂安全管理制度，确保施工中人身和设备安全。

3.2、所有进入现场的工作人员，包括管理人员和施工队伍都必须按要求正确着装，配戴好安全帽。3.3、施工现场严格执行“三齐”、“三净”、“三不乱”、“三不见”的规定： 三齐：设备摆放整齐；工、器具摆放整齐；材料摆放整齐。三净：开工前、施工中、完工后场地干净。三不乱：电线不乱拉；管道不乱放；杂物不乱丢。三不见：地面不见油污；不见垃圾；不见散乱的材料器具。3.4、高空作业必须系好安全带或悬挂安全网。

3.5、脚手架施工严格遵守《电业安全工作规程》要求，搭设完成并经过安全专责验收。如竹夹板必须扎牢，高处平台必须设置1.05m高的栏杆，严禁上下抛递材料或工具等。

3.6、建立持证上岗制度，对特殊工种如电焊、电工等特殊工种的操作人员必须持证上岗。3.7、禁止违章作业。凡是有人作业，每个工作面必须有监护人员巡视。禁止在施工现场单独作业，每天施工完毕离场前由现场施工负责人召集清点人数，所有人员按序离场，不得在人数不全的情况下擅自离场。

3.8凡是危险作业，必须有工作负责人在作业前进行简要的安排教育，工作负责人或监护人站守现场。专职安全员不定期抽查安全文明施工情况。

三、施工进度计划及控制措施

3.1工程计划工期：**年**月**日－**年**月**日，具体根据电厂系统运行方式而定 3.2工期控制措施

3.2.1配备业务精、技术好，事业心强、有工程施工经验的人员，组建一支由骨干成员组成的项目施工作业队。

3.2.2 在施工计划时期内争取早开工，人员、工器具、设备、材料等提前到位，以早开工促进各项工作的进程，加快项目的实施。

3.2.3严格执行施工方案及操作流程，强化施工现场管理，做到文明施工。

3.2.4强化施工安全生产管理，避免因发生安全事故而影响工程进度。

四、现场文明施工措施

4.1建立文明施工责任制，明确管理负责人，做到现场清洁整齐。4.2现场施工设备管理方面的措施：

现场使用的施工设备，要按平面固定点存放，安全装置可靠。4.3现场卫生管理的措施：

篇6：ups系统设计方案

中航太克（厦门）电力技术股份有限公司 总工程师

何春

摘要: 目前轨道交通通信信号电源系统中UPS的故障率高居不下，尤其20KVA以下的小容量段。究其原因是：在UPS的选型及系统方案上存在严重缺陷，不仅没有为用户节省成本，反而在运营中埋下了安全隐患。由于1KVA-20KVA采用了商业型UPS单机系统，这类UPS的静态旁路和整流器的输入没有分开，在实际运行中，常因为UPS自身输入开关KI的跳闸，造成UPS电池放电完成后，没有旁路电源，致使系统负载掉电，严重影响轨道交通运行的安全性和可靠性。另外，还会因为逆变器过载跳旁路后，过载解除也不能自动恢复为逆变器供电，需要人为再次启动逆变器等。本文针对这些实际问题，提出了选型和改进方案。

关键词: 轨道交通工业型UPS电源，它只少应具有：Ⅰ、高等级的抗扰度，应用于严苛的电气环境。Ⅱ、整流器与静态旁路两路市电输入KI和KP，Ⅲ、逆变器因过载跳旁路后，过载解出能自动恢复为逆变器供电。

轨道交通行业UPS用电环境概述

当前轨道交通行业里，UPS电源系统承担了全线范围内控制中心、车站、车辆段等的通信系统与监控系统的供电，以及信息管理系统在控制中心和车辆段的数据机房的供电。也正因为UPS电源主要是给通信系统、综合监控系统、信息管理系统供电，人们大量采用商业型UPS,造成UPS的故障率居高不下，为轨道交通行业安全可靠地运行，带来了极大的安全隐患。就其原因是：对轨道交通行业的电气环境认识不足，只考虑了UPS的输入绿色要求，输出的过载能力。即输入功率因数≥ 0.95，输入电流谐波＜5%，对电网没有污染。过载能力125% 10分钟，150% 1分钟。看似对电网及负载两端都有了要求。而唯独没有考虑到轨道交通行业里工业性的特征，即在轨道交通行业的电气环境中，UPS本身的适应性、可靠性。也可以说是UPS系统鲁棒性不足（鲁棒性就是系统的健壮性）。

如下图在机车进出站时，UPS输入端的电压波形实测图

从波形实测图可看出：在机车进出站时，由于大功率非线性用电设备的运行，向电网注入大量的谐波电流，导致电网电压波形畸变。根据我们的实测观察，在发生严重畸变时，电 压会出现正负半波不对称，三相电压不对称，频率也会发生变化等。

我们知道，商业型UPS的三相PWM整流器控制策略中，一般均假设三相电网电压不平衡度不超过2%，短时不超过4%，即电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值。这样一旦实际电网电压不平衡度太大时，将使三相PWM整流器直流侧电流产生6、12、18等6的整数倍的特征谐波和2、4、8、10等次数的非特征谐波，而直流电流谐波又导致产生三相PWM整流器直流电压谐波，直流电压谐波通过PWM作用反过来又会影响三相PWM整流器交流电流波形，使交流电流波形中含有奇次谐波。其中直流电压2次谐波和由其产生的交流电流3次谐波，因频率低、幅值高严重影响了三相PWM整流器的运行性能，严重时会烧坏整流器。

而工业型UPS为了在严苛的工作电气环境中的可靠性，一般三相PWM整流器控制策略，均假设三相电网电压不平衡度达40%，如电压空间矢量脉宽调制SVPWM的网侧瞬时功率控制策略，和工频三相IGBT整流技术，即全桥整流加有源滤波器，所以又叫混合式整流技术。混合式整流技术，可以在带载小于70%时，缺相工作运行。

在实测图中还可以看出电网电压波形严重畸变，这是轨道交通行业里最严重的问题。我们知道三相PWM整流器的硬件电路主要包括检测电路、锁相环电路、过流保护电路、光耦隔离电路和驱动电路。其中驱动电路，工作时是以输入电网电压正弦波形为调制波的。检测电路、锁相环电路都与电网电压正弦波形有关。检测电路要检测电网电压过零上升，锁相环电路为了实现三相的单位功率因数控制，需要找到和输入电网电压波形同步的基准量，从而获得电网电压的频率和相位。

在这里我们有必要谈谈UPS的输入特性，通常有：输入电压范围: ±20%，输入频率范围: 50Hz±10%的表述。所以，我们大都认为超出输入电压、频率范围时，UPS自身会判定为掉电，而转有电池逆变工作。这在常态的时候是对的，但在一些异常的瞬态畸变却未必，那怕你再调宽输入电压、频率范围，也不能解决问题。因为，我们在判定输入电压、频率超出范围时，通常是采用平均值法，就是说它在一个单位时间里有几个参考点要采集后才判定。举例说：我们不会把50HZ的正弦波形里的过零点，判定为掉电。这样就有个瞬态时间的问题。如果由于UPS的输入电压波形严重畸变，这时UPS的整流器会因为跟踪的正弦波形畸变率较高，IGBT驱动脉冲紊乱，驱动器功率不足或选择错误而导致故障，使整流IGBT元件烧毁。而这些问题，正是工业型UPS的抗扰性要求，已经得到很好的解决，已大量应用于电厂、电站、冶金、钢铁等电网电压波形严重畸变的行业。

一、目前轨道交通通信信号系统介绍及通信信号电源系统构成 A、轨道交通通信系统介绍

轨道交通通信系统的任务是建立一个视听链路网，提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像及文字等各种信息。系统主要由传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线通信系统、广播系统、时钟系统、视频监控系统、乘客信息系统、电源及接地系统、通信综合网络管理系统等子系统组成。B、轨道交通信号系统介绍

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。

城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统，简称ATC。ATC系统包括三个子系统：

1、列车自动监控系统，简称ATS，2、列车自动防护子系统，简称ATP，3、列车自动运行系统，简称ATO。

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。C、目前轨道交通通信信号电源系统，由于成本的原因，大都采用商业型UPS单机，构成图如下：

图1

目前轨道交通通信电源系统

图2 目前轨道交通信号电源系统

从图1和图2中可以分析出，轨道交通通信信号电源系统中，UPS现实影响轨道交通安全运行，使运营方、厂家常感头疼的故障原因：

1、在系统构成方面，两路市电经过ATS互投给稳压器（稳压器本身有旁路）输入，稳压器输出给UPS电源，UPS再输出给交流配电柜,也就是说，轨道交通通信电源系统的不间断是由UPS来完成的，可见UPS的重要性。不幸的是由于1KVA-20KVA采用了商业型UPS单机系统，这类UPS的静态旁路和整流器的输入没有分开，在实际运行中，常因为UPS自身输入开关KI的跳闸，造成UPS电池放电完成后，没有旁路电源，致使系统负载掉电，严重影响轨道交通运行的安全性和可靠性。

UPS输入开关KI的跳闸，有多方面的原因，大致分为：

1、开关本身存在质量问题。一些质量较差的开关，一旦使用时间长了，其脱口机构就会疲乏，时不时的会跳闸。

2、开关二次侧有短路现象。如：UPS整流器故障，UPS输入端子有短路现象，这种跳闸在实际运行中常出现。

3、过载原因的跳闸。即一切可能引起过流的原因。如谐波、浪涌、电压骤降、启动电流、虚接等等。

2、在系统的UPS选型方面，因为采用了商业型UPS，在实际运行中，不仅会由于UPS本身 设计的抗扰度不高而造成整流器故障频发，还会因为逆变器过载跳旁路后，过载解除也不能自动恢复为逆变器供电，需要人为再次启动逆变器，为轨道交通运行的安全带来了严重缺陷。从图

1、图2中，可以看到： UPS因过载（如通信信号电源，在输出到负载时，常用隔离变压器隔离输出，变压器有启动励磁电流，会造成逆变器过载），在转换到旁路运行时，如果过载解除也不能自动恢复为逆变器供电，那么此时任何一路市电掉电，都会造成负载的掉电。因为ATS的切换时间至少大于50ms。

所以，UPS主机应选用轨道交通专有的工业型UPS,它应具有：Ⅰ、高等级的抗扰度，应用于严苛的电气环境（抗扰度包括：1.辐射敏感度试验、2.工频磁场辐射敏感度试验、3.射频场感应的传导敏感度、4.电快速瞬态脉冲群抗扰度、5.浪涌抗扰度、6.电压跌落与中断抗扰度、7.电力线感应/接触、8.静电放电抗扰度）。Ⅱ、整流器与静态旁路两路市电输入KI和KP，Ⅲ、逆变器因过载跳旁路后，过载解除能自动恢复为逆变器供电。

二、轨道交通通信信号电源系统的工业型UPS选型和改进方案。

图3 改进后轨道交通通信电源系统

图4 改进后轨道交通信号电源系统

从图3和图4中可以看出，在轨道交通通信信号电源工业型UPS系统中，UPS的整流器与静态旁路，有两路市电输入KI和KP，杜绝了只有输入开关KI的风险。稳压器电源只给旁路供电，因为，工业型UPS的主输入，即整流器输入不需要稳压器来保护，且稳压器的响应时间通常在1秒左右，适合长时间的高电压或低电压调整，如果旁路备用电源电压时常不稳时，可用稳压器来调整，毕竟UPS跳旁路时，旁路备用电源是直接供给负载的。

另外，在这里要强调一下工业型UPS的问题，工业型UPS用一句话来总结，其实就是可 靠性比商业型UPS高。

UPS系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性,。长期以来，人们只用产品的技术性能指标作为衡量UPS质量好坏的标志，这只反映了UPS产品质量好坏的一个次要方面，还不能反映UPS产品质量的主要方面。因为，如果UPS产品不可靠，即使其技术性能再卓越也得不到发挥。从某种意义上说，可靠性可以综合反映UPS产品的质量。

首先，产品依照标准的原则，顺序为：专用产品类标准→产品类标准→通用标准。也就是说：专用产品类标准为高等级，它的适应性和可靠性最高。就UPS这类电力电子产品而言，我们通常以应用领域来分类。如下图：

工业型UPS就显性而言有三要素即：Ⅰ、高等级的抗扰度，应用于严苛的电气环境（抗扰度包括：1.辐射敏感度试验、2.工频磁场辐射敏感度试验、3.射频场感应的传导敏感度、4.电快速瞬态脉冲群抗扰度、5.浪涌抗扰度、6.电压跌落与中断抗扰度、7.电力线感应/接触、8.静电放电抗扰度）。Ⅱ、可选配的高等级IP防护等级，应用于恶劣的空间环境。Ⅲ、工频变压器的电气隔离，可再生一个TN-S系统或IT系统，即零线灵活更好的服务于用户，也可减少系统风险。在这三要素中，唯有第一条是有标准可寻的。在IEC62040-2-2005，EMC电磁兼容标准中，把UPS分为C1、C2、C3、C4类，即居民区、商业区和轻工业区、工业区、特殊定制区。

在环境方面，商业级UPS通常应用于IDC机房内，对温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体有严格的要求，不能用于严酷场合，而工业级UPS则通常应用于高温高湿多粉尘或盐雾的场合；在可靠性方面，商业级UPS设计寿命通常在5年左右，而工业级UPS则通过选用工业级甚至军用级器件、增大冗余度、强化工艺设计和提高安全性配置等技术使产品寿命达到甚至超过20年。另外，在电气环境、负载特性、机械强度、电气隔离、输入输出保护、通讯接口、旁路要求、附件选择、IP防护等级和钣金要求等方面，市场对工业级UPS的要求均远高于商业级UPS。以上所述，工业型UPS最大的特点就是安全可靠，安全可靠是工业型UPS压到一切的前提。

要铸就高可靠性的UPS，以下两点尤为重要：

1、成熟的产品设计开发。可靠性的精髓在于可靠性设计，只有做好可靠性设计才能提升产品质量。可靠性的提升主要集中在研发阶段、定型之前。就工业级UPS而言，要大量的工业电气环境资料及负载情况，来验证各种主电路的适应性、PCB板的布局合理性及样品、成品的EMC电磁兼容性。任何电磁兼容性问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这三个要素入手进行分析，查清这三个要素是什么，然后根据具体情况，采取适当的 措施消除其中的一个。这样产品的电磁干扰 EMI、电磁抗扰性EMS才能符合标准要求，在相应的电气环境中运行可靠。其次，UPS产品的使用环境日益严酷。从热带到寒带，从陆地到蓝海，从高空到宇宙空间，经受着不同的环境条件，除温度、湿度影响外，盐雾、冲击、振动等对UPS的影响，导致产品失效的可能性也会增大。因此，不仅是EMC抗扰度，单就外观上就可以看出工业型UPS的结构坚固性，从这个层面来说每一个行业都应该有相应行业的专用UPS。

2、成熟的产品制作工艺。我们知道同样的产品图纸，不同的生产厂出来的产品质量，即便是高度标准化生产的今天也显然会参差不齐。这就是成熟的制作工艺基础的问题，它需要长期经验的积累，就是说要有时间长度的工厂才具有此类特质。

任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致UPS系统发生故障。UPS系统属于典型的电力电子产品，一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管(GTO)，电力双极型晶体管(BJT)，电力场效应管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件全速发展(全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断)。使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合)为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。