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机房通信电源技术有这篇文章就够了(四)!
作者:管理员    发布于:2017-05-01 09:13:15    文字:【】【】【

UPS工作原理

UPS主要是由:整流滤波电路、充电器、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、蓄电池组和控制、监测、显示告警及保护电路组成。

市电正常时,输入电压经过整流滤波电路,一路给逆变器提供电压,一路送入充电器给蓄电池充电。此时,静态开关切换到逆变器端,由逆变器完成稳压和频率跟踪功能。

当市电出现故障,UPS工作在后备状态,静态开关仍然切换在逆变器端,由逆变器将蓄电池的直流电压转换成交流电压,通过静态开关输出到负载。

当市电正常、逆变器出现故障或输出过载时,UPS工作在旁路状态,静态开关切换到市电端,由市电直接给负载供电。

UPS的4个要素

高可用性的UPS的4个要素:可靠性、功能性、可用性、和故障容限。

可靠性:UPS模块、静态开关和配电设备必须非常可靠,以MTBF衡量,此外系统设备应尽量简单,将单点故障减到最小。

功能性:应能保护负载免受所有市电电源干扰的影响,不同技术的UPS所能保护的干扰是不同的。

可用性:必须允许系统中所有的电源设备同时维护。当系统一些元件维护时,系统仍能为负载正常供电。真正的可维性与系统的冗余度有关,但系统应有内部或外部维修旁路。

故障容限:系统必须具有故障容限以处理系统元件的故障而不影响负载设备的供电。

可靠性和功能性主要取决于UPS的内部技术,即采用备用(passivestandby)、互动(line interactive)、双变换(double onversion)等技术。

可用性和故障容限主要取决于UPS的冗余方式和配电电路方案

UPS分类

常用的UPS系统一般分为两大类:备用冗余系统和并联冗余系统。

备份冗余系统中,一台电源装置供电,另外几台备用,一旦正在运行的电源装置发生故障,备用电源装置立即投入工作。

并联冗余系统中,多台电源装置并联供电,在正常工作状态下,每台电源装置的输出功率都低于它的额定输出功率。

UPS工作方式

单机工作方式

串联备份工作方式

并联冗余工作方式

UPS单机工作方式

单机工作方式是UPS最常见的和最基本的工作方式,它一般使用在不停电的一般负载场合,其可靠性较差。

UPS单机系统没有容量的冗余,不能保护内部模块本身的故障。也不能保护设备的故障。因此,UPS内部模块、系统和配电均不能同时维护;内部模块和配电均无故障容限。所以,单机系统仅适用于允许UPS停机2~4小时进行维护,在此期间可以由带有各种干扰的市电电源直接供电的负载。对于要求更高的可用度的应用场合,双变换UPS单机系统就不适用了。

UPS串联备份工作方式

双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性,它和双机并联一样,也是使用在特别重要的场合。

其工作方式是:UPS2的输出作为UPS1的旁路输入,正常时UPS1处于主用状态,承担100%的负载,UPS2处于热备份状态;UPS1故障,则由UPS2转为主用,承担全部负载;UPS1、UPS2均故障,则由市电经静态旁路开关直接对负载供电。

缺点:主备机老化程度不一,易造成切换失败。或需要定期倒换。

UPS并联冗余工作方式

两台UPS并联的必要条件时同频、同相、等幅,因此必须有一个并联控制器,它主要完成同步锁相、均流及并联管理等功能。

UPS并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性,它往往使用在特别重要的场合,如通信、卫星发射中心、石油、化工、电力、钢铁、金融和广播电视等系统中,这些系统停电会造成巨大的经济损失,因此要求供电系统的绝对可靠。

其运行模式是:两台UPS均正常时,各承担50%的负载;当其中某一台UPS故障,由另外一台承担100%的负载;当两台UPS均故障时,市电经静态旁路开关直接对负载供电。

并联冗余UPS-单母线供电系统

并联冗余UPS-双母线供电系统

并联冗余台数

厂家一般承诺可以6台(8台)UPS并联。但是,当并联的单机UPS系统的数目增大时,并联冗余系统的可用度的提高的幅度会减小。N很大时,并联冗余系统可用度的提高并不明显。而且,在实际应用中,N较大的N+1并联冗余系统的故障率较高。所以,在投资允许的情况下应尽量采用1+1并联冗余UPS系统。如果系统容量很大,必须采用N+1并联冗余UPS系统时,应注意并联的单机台数不宜太多,一般建议N≤3。

新能源供电系统

太阳能供电系统组成

太阳能电池方阵

储能装置:一般为阀控密封铅酸蓄电池。

配电装置:即太阳能控制器,用来控制太阳能电池对蓄电池的充电和蓄电池对通信设备的放电,系统控制器还具有温度传感器、烟雾传感器、蓄电池回路熔断器辅助触点、太阳能电池方阵辅助触点和门禁触点等

通信设备

电压变换装置(个别):只在供给不同电压的通信设备时才使用

太阳能供电系统-运行方式

在有光照时,太阳能电池控制器控制太阳能电池对蓄电池的充电,充满电的蓄电池经过太阳能电池控制器对通信设备放电供电,一般情况下,设计的蓄电池容量较大,不等蓄电池放电电压低到预定值,翌日太阳能电池就会又对蓄电池充电,如此充、放循环维持供电不间断,如果连续数日无太阳,蓄电池得不到及时充电,其放电电压低到预定值时,太阳能电池控制器会及时断开负载,以保护蓄电池不过放电。

太阳能供电系统-安装方式

太阳能电池方阵的安装地点与容量有关,安装地点不同,安装设计要考虑的问题也不同。

小型独立光伏发电系统的太阳能电池方阵可以安装在室外杆上或塔架上,太阳能电池方阵以固定在杆塔上的铁架支撑

中型光伏发电系统不论是独立的还是混合的,其太阳能电池方阵多放在建筑物的屋顶平台上或水泥柱支撑的铁梁上,少数安装在地面上

大型光伏发电系统的太阳能电池方阵占地较多,宜安装在地面上

太阳能供电系统-容量计算

●P:太阳能电池方阵总容量(W)

Up:一个太阳能电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压(V)

I:负载电流(A)

ηb:蓄电池充电安时效率,铅酸蓄电池取0.84

T:当地每年日照时数(h)

Uo:每只蓄电池的浮充电压(V)

Nb:每组蓄电池只数

U1 :串入太阳能电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充充电式引起的压降(V)

Fc :影响太阳能电池发电量的综合修正系数,一般取1.2-1.5

η :根据当地平均每天日照数折合成标准测试条件光照时数所取得的光强矫正系数,一般取0.6-2.3

α :一个太阳能电池组中单体电池的电压温度系数,其值为-0.002— -0.0022V/°C

t1 :太阳能电池组件工作温度( °C )

t2 :太阳能电池标准测试温度( °C )

Nm :一个太阳能电池组件中单体太阳能电池串联只数

8760:平均每年小时数( h )

太阳能基站

风力发电系统组成

风力发电机

风机控制器

风力发电机假负载

配电装置

储能装置:一般为阀控式铅酸蓄电池

通信设备

电压变换装置:在同时供给不同电压的通信设备时才使用

风力发电机-原理

风力发电机主要由风能收集装置、传动机构和发电机组成,风能收集装置及传动机构因发电容量不同而各不相同,我国通信用风力发电机容量为小型机,多用常规的桨叶式风轮作为风能收集装置,并将发电机固定在同一转轴上,从而省略传动机构,桨叶式风轮的旋转,有阻力型、升力型、阻力升力结合型三种

风力发电机发电受气候条件的影响,只有风力大于风力机起动风速时才能转动发电,为充分利用风力,当风向改变时,风轮也要随之调向对风,小型或微型风力机可以采用尾翼调向,中型和大型风力机多采用辅助风轮调向

风力发电机在大于起动风速的情况下运行时,在一定的风速范围内,风速越大,发电就越多,为了使风轮在风速变化时转速不出现大的波动,也为了使大风时不致超速造成损坏,风轮一般都有调速装置。调速系统有两种类型:

一种是叶片浆距固定,当风速增加时,通过辅助侧翼或倾斜铰接的尾翼及其他气动机构,使风轮绕垂直轴回转,偏离风向,减少迎风面,达到调速的目的

一种是叶片浆距可以变换,当风速变化时,利用气动压力或风轮旋转引起的离心力改变浆距,实现调速,当风速超过极限值时,风力机可以实现“折尾”保护,使风轮平面与风向平行,停止发电

通信用风力发电机,通常采用无刷的三相永磁交流发电机(也有采用永磁式直流发电机的),绕组固定在非铁磁合成材料制成的独立定子上,由于没有铁心,永久磁铁不会锁住运转的风力涡轮,因而消除了铁损,且能使风力发电机在常见的低风速情况下以最高的效率工作

风力发电机-分类

通信局(站)一般使用小型水平轴式三相交流风力发电机及其配套的风机假负载,还有整流、控制、配电设备。

按发电容量不同,分为大型(50kW以上)、中型(10-50kW) 、小型(1-10kW) 、微型(1kW以下)。

按风机的形式可分为:垂直轴式、水平轴式(常见)和自由式(容量较小)三种。

按发电机额定电源不同,可分为交流和直流,交流又有单相、三相之分,三相交流风力发电机较为常见。

风力发电机-风机控制器

风机控制器包含整理器和控制器两部分。

整流器是利用半导体整流原理,在通信设备需要时将风力发电机发出的交流电变成直流电。

控制器采用单片机接收主控机发出的指令信号,对风力发电机控制。

控制风力发电机投入或撤除对通信设备的供电。撤除供电时提前投向风机假负载,以确保风机避免在开路状态下运行而造成飞车。

风力发电机-风机假负载

风机假负载就是一个电阻箱,利用电流通过电阻产生热量的原理和散热的方法,把风力发电机产生的多余的电能转化为热能,并散发到空气中,从而保证风力发电机始终运行在带载状态。

风机假负载是根据风力发电机的要求生产的专用设备,其使用电压、功率和使用寿命都与风力发电机相匹配。由于工作时不断有热量散出,在安全和通风方面都有考虑。

脚注信息
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