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不间断电源系统
案例描述

        UPS(Uninterruptible Power System ),即不间断电源,是建筑智能化工程中的一种含有智能化储能装置,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 设备对电压过大和电压太低都提供保护。

        系统组成 
1、总控站(后台)
由监控站、工程维护站、系统接口等构成,运用管理分析软件处理接收的数据并通过Web发布。工程维护人员登录服务器可查看全厂所有在线设备的运行状态以及完善的历史、实时数据分析统计。
2、现场设备控制站(ES)
根据现场设备需要,可选择监控功能仪或设备运行状态信息采集仪(EII)。EII通过RS-232/485端口与电能表、电池采集模块、直流屏、UPS等智能设备通信,将监测数据转换为符合通信协议的数据包,接入局域网,传送至主控室服务器。独立完整的ES包括以下部分。
2.1、系统主机。由下行串口通道、数据处理器、显示器、上行串口通道组成。下行串口通道通过RS-485总线访问电池电压采集模块,采集数据,管理电压采集模块,数据处理器完成数据解压、数据计算、存储管理,将处理后的数据一部分送往显示器,另一部分由上行串口通道发送至协议处理器,或传给上一层管理系统
2.2、数据采集模块组。可根据用户需要确定采集数据要求及配置相应采集仪器,一般由电池电压采集模块、电流、温度、功率等组成,模块间隔离良好、绝缘性强,可靠性、安全性高。数据采集可分组,每个模块可对一定数量电池进行电压采集,可配备电流、温度传感器,模块间与系统主机一般采用RS-485连接。
2.3、协议处理器。具有协议处理程序的接口板,处理各种通信协议。可实现:将主机发送的电池电压、电流、温度等信息按约定协议编码、打包、发送至远程服务器;将远程服务器发出的遥控、遥调指令经过解码发给主机,实时控制。
2.4、放电模块。可快速测出电池直流内阻,瞬间测试电池性能,大功率放电模块可提供瞬间大电流冲击负荷。
2.5、远程服务器。实现局域网内计算机数据通信,通过局域岗远程访问现场的蓄电池监测系统,接收、分析数据,通过Web服务器发布数据。
       3、通信网络
       联网现场设备各分站(采集监控站),采用光纤作为数据通信主干线,组成全厂UPS和直流电源在线监控的局域网。
       UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就像接了一只大容量电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能,也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。
       在电网电压工作正常时,给负载供电如图所示,而且,同时给储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电(如虚线所示)。
        功能
        UPS( 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作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽,则表明对市电的利用能力强(减少电池放电)。输出电压、频率范围小,则表明对市电调整能力强,输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性,而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时,输出电压的稳定性。还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数,决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好,保护能力也越强,总的来说,离线式UPS对负载的保护最差,在线互动式略优之,在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。
       注意事项 
1)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。
2)切勿带感性负载,如点钞机、日光灯、空调等,以免造成损坏。
3)UPS的输出负载控制在60%左右为最佳,可靠性最高。
4)UPS带载过轻(如1000VA的UPS带100VA负载)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。
5)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UPS带负载放电一次,这样可以延长电池的使用寿命。
6)对于多数小型UPS,上班再开UPS,开机时要避免带载启动,下班时应关闭UPS;对于网络机房的UPS,由于多数网络是24小时工作的,所以UPS也必须全天候运行。
7)UPS放电后应及时充电,避免电池因过度自放电而损坏。
        蓄电池使用与维护
一、保持适宜的环境温度。影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度,一般电池生产厂家要求的最佳环境温度是在20-25之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高,但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定,环境温度一旦超过25,每升高10,电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸蓄电池,设计寿命普遍是3年,这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求,其寿命的长短就有很大的差异。另外,环境温度的提高,会导致电池内部化学活性增强,从而产生大量的热能,又会反过来促使周围环境温度升高,这种恶性循环,会加速缩短电池的寿命。
二、定期充电放电。UPS电源中的浮充电压和放电电压,在出厂时均已调试到额定值,而放电电流的大小是随着负载的增大而增加的,使用中应合理调节负载,比如控制微机等电子设备的使用台数。一般情况下,负载不宜超过UPS额定负载的60%。在这个范围内,电池的放电电流就不会出现过度放电。
        UPS因长期与市电相连,在供电质量高、很少发生市电停电的使用环境中,蓄电池会长期处于浮充电状态,日久就会导致电池化学能与电能相互转化的活性降低,加速老化而缩短使用寿命。因此,一般每隔2-3个月应完全放电一次,放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定。一次全负荷放电完毕后,按规定再充电8小时以上。
        三、利用通讯功能。目前,绝大多数大、中型UPS都具备与微机通讯和程序控制等可操作性能。在微机上安装相应的软件,通过串/并口连接UPS,运行该程序,就可以利用微机与UPS进行通讯。一般具有信息查询、参数设置、定时设定、自动关机和报警等功能。通过信息查询,可以获取市电输入电压、UPS输出电压、负载利用率、电池容量利用率、机内温度和市电频率等信息;通过参数设置,可以设定UPS基本特性、电池可维持时间和电池用完告警等。通过这些智能化的操作,大大方便了UPS电源及其蓄电池的使用管理。

四、及时更换废/坏电池。目前大中型UPS电源配备的蓄电池数量,从3只到80只不等,甚至更多。这些单个的电池通过电路连接构成电池组,以满足UPS直流供电的需要。在UPS连续不断的运行使用中,因性能和质量上的差别,个别电池性能下降、储电容量达不到要求而损坏是难免的。当电池组中某个/些电池出现损坏时,维护人员应当对每只电池进行检查测试,排除损坏的电池。更换新的电池时,应该力求购买同厂家同型号的电池,禁止防酸电池和密封电池、不同规格的电池混合使用。