大型数据中心中压型UPS系统应用研究课件
UPS电源系统在数据中心应用分析
UPS技术培训资料
2021年4月23日
N°3
前言：IDC背景与前景
前景资料：
> 随着我国信息化的深入推进，信息产业蓬勃发展和互联网用户的急剧增加 ，互联网信息平台和数据通信业务得到了广泛使用与快速增长，推动了数 据中心（IDC）建设和运营的发展高潮。
> 数据机房能源需求和能源成本的急剧增大，引起了业界的高度重视。为此 ，在规划设计数据中心（IDC）不断加大功能的同时，如何提高设备或系 统的可用性、效率、以及节约能耗，如何保障系统设备以及客户信息数据 的安全性，成为规划设计者、建设维护者和终端用户共同考虑的问题。
2021年4月23日
2000 W/m2 250Kcal/m2.h
1000 W/m2 500 W/m2
125Kcal/m2.h
N°18
参考指南：服务
维护人员
Tier I
工作时间现场 响应，其它时间按
照客户要求
预防性维护
无
设备培训计划
无
维修、维护 基础设施停机
集中的电源和场
地监测和控制系
No
统 (PEMCS)
第1 节 UPS电源系统 在数据中心的应用
UP
目录
数据中心UPS电源系统的技术规范： > 《ANSI-TIA 942》标准的规范 > 《GB 50174》标准的规范
数据中心UPS电源系统的应用案例
UPS技术培训资料
2021年4月23日
N°2
前言：IDC背景与前景
背景资料：
> IDC的发展史可追朔到1997年，美国和欧洲先后开始了数据中心的建设， 最初称之为Server Farm；
电源系统 UPS + 发电机
UPS系统培训课件
ups系统在电信行业的应用
电信行业对UPS系统的要求也很高，因为电信数据中心承 载着大量的数据交换和数据处理任务，需要保证电源的稳 定可靠。
UPS系统在电信行业的应用场景包括：数据中心、基站、 传输设备等。
ups系统在工业领域的应用
工业领域对UPS系统的要求也很高，特别是在自动化生产线 和智能制造领域，需要保证电源的稳定可靠和应急时间的延 长。
3
保护设备免受电力污染
UPS能够隔离市电和设备之间的电源污染，保 护设备免受电力污染的影响，提高设备的可靠 性。
ups系统的历史与发展
早期UPS
早期的UPS主要采用旋转式发电机和蓄电池相结合的方式，具有较大的体积和噪音，使用 不太方便。
现代UPS
现代UPS主要采用逆变技术和数字控制技术，具有体积小、重量轻、效率高、噪音低等优 点，同时能够实现智能化管理和远程监控。
01
在选择UPS系统时，需要考虑负载大小、后备时间、输入电压范围、噪音、体 积大小、重量等因素。
02
UPS系统的选型方案包括：在线式UPS、后备式UPS、在线互动式UPS等，不同 类型的UPS系统的特点和适用场景也不同。
03
在选择UPS系统时，需要根据负载情况和使用场景进行综合考虑，选择最合适 的UPS系统方案。
主要设备
输入配电柜主要包括断路器、接触器、热继电器、滤波器等设备。
数据采集与监控系统
功能概述
数据采集与监控系统主要功能是实时监测UPS系统的运行状 态、收集数据、存储数据，并对异常情况进行报警提示。
主要设备
数据采集与监控系统主要包括数据采集模块、监控模块、报 警模块等设备。
03
ups系统的运行和维护
05
UPS培训课件
保证数据安全
03
在断电情况下，UPS可提供一定时间内的电力支持，确保计算
机网络中的重要数据得以保存。
ups系统在数据中心的应用
保障数据中心的可用性
UPS可确保数据中心服务器、存储等设备的稳定运行，降低因电源故障引发的数据中心停 机风险。
提高数据中心电源质量
UPS可有效滤除电源中的谐波干扰，降低电源质量对数据中心服务器等设备的影响。
检查电源插座、主机开机按钮等， 更换故障部件
ups电源故障排除方法
故障现象
UPS电源输出电压不稳定或过压 报警
故障原因
主机故障、电路板故障、断路 器故障等
处理方法
检查主机和电路板，更换断路 器
ups蓄电池故障排除方法
01
02
03
故障现象
蓄电池无法充电或充电不 足
故障原因
蓄电池组连接故障、充电 器故障、电池老化等
节能减排
UPS可根据数据中心的负载情况智能调节自身运行状态，减少能源浪费，降低数据中心运 营成本。
ups系统的可靠性设计与分析
可靠性设计原则
关键元器件选型
采用模块化、热插拔等设计方法，提高UPS 系统的可靠性和可维护性。
选用高品质的元器件，降低因元器件故障引 发的UPS系统故障风险。
容错与冗余设计
ups电池的分类与选型
总结词
了解ups电池的分类和选型方法，能够更好地满足 不同的应用场景和需求。
镍镉电池
镍镉电池具有较高的能量密度和较快的充电速度 ，同时具有较长的使用寿命，因此在部分ups系统 中得到应用。
密封铅酸电池
密封铅酸电池具有较高的安全性和可靠性，同时 具有较低的价格，因此在中小型ups系统中得到广 泛应用。
UPS系统使用介绍-22页PPT精选文档
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1.删除某一单UPS快件资料 对于 要删除货运明细中的 某一 单UPS快件资料,可直 接点击 “取消(V)”即可删除 某一单资料, 处理后,在货 运记录内的状态栏就会显示 “已取消”的记录
World ship 6.0系统介绍---货运处理
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World ship 6.0系统介绍---货运处理
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点击“确定”后每 日所有出货的正常 货运记录数据都将 上载到UPS IE网上 与此同时UPS系统 也将会把全天的出 口清单打制出来.
系統介紹完畢，謝謝各位！
谢谢！
World ship 6.0系统介绍---货运处理
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World ship 6.0系统介绍---货运处理
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World ship 6.0系统介绍---货运处理
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在此信息栏中,显示的就 是所有待处理的货件信 息,如需更改某一单的具 体资料,选定后双击即可 进入某一票件的货运处 理页中.从而也就完成了 以某一票件的修改.
《UPS系统设计》课件
通过在备用设备上提前加载数据和配置，实现设备的快速切换和持续运行。
3 并联运行技术
将多个UPS系统并联运行，提高系统的容量和可靠性，实现负载均衡。
UPS系统的可维护性设计
1 可测试性设计
设计UPS系统时考虑到易于测试和故障诊断，以快速定位和修复故障。
2 可扩展性设计
通过模块化设计，方便系统的扩展和升级，以满足日益增长的电力需求。
2 UPS的作用
UPS的主要作用是保护关键设备免受电力故障的影响，确保电力的连续和稳定供应。
3 UPS的分类
根据工作原理和应用场景，UPS可分为离线式、在线式和线交互式等不同类型。
UPS系统组成
UPS的组成
UPS系统由电源输入模块、 逆变器模块、电池组、控 制器等多个组件组成。
UPS的原理
UPS通过将电能转换成蓄电 池供电，在电力故障时提 供持续电力，保障设备正 常工作。
3 故障诊断问题
UPS系统应具备故障诊断功能，通过错误码和报警系统，及时发现和解决故障。
UPS系统的应用
1 电子设备
UPS系统广泛应用于计算机、通信、医疗等领域，保护关键设备免受电力故障的影响。
2 能源市场
UPS系统在能源市场中用于维持电网的稳定运行，提供连续的电力供应。
3 加强架构
在重要基础设施和建筑物中，UPS系统用于支持生命安全系统和紧急设备运行。
UPS系统的输入输出
UPS系统的输入电源可以是 交流电或直流电，输出电 源提供稳定的交流电力。
UPS系统设计原则
1 UPS容量的选择
根据负载需求和备用 时间，选择适当的 UPS容量来满足设备 的电力需求。
2 可靠性设计
通过冗余设计和热备 份技术，提高UPS系 统的可靠性，减少电 力中断的风险。
2024版UPS培训PPT课件
UPS培训PPT课件目录•UPS基础知识•UPS产品介绍•UPS安装与调试•UPS运行与维护•UPS在数据中心应用案例分析•UPS培训总结与展望01UPS基础知识PartUPS定义及工作原理定义UPS（Uninterruptible Power Supply），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。
工作原理市电正常时，UPS将市电整流成直流电，对电池充电，同时向负载提供交流电；市电异常时，UPS将电池的直流电通过逆变器转换为交流电，继续向负载供电。
UPS 分类与特点分类根据工作原理和结构，UPS可分为后备式、在线式和在线互动式三种类型。
在线互动式UPS具有后备式和在线式的优点，同时价格适中。
后备式UPS结构简单、价格便宜，但切换时间较长，输出电压波动大。
在线式UPS输出稳定、切换时间短，但价格较高。
应用场景与市场需求应用场景数据中心、通信系统、工业自动化、医疗设备、金融系统、交通系统等。
市场需求随着信息化和数字化的加速发展，UPS市场需求不断增长。
未来，高效能、高可靠性、绿色环保的UPS产品将成为市场主流。
同时，随着5G、物联网等新技术的广泛应用，UPS 的应用场景将进一步拓展。
02UPS产品介绍Part高效能高功率密度，高效率高可靠性热插拔技术，N+1冗余•易于管理：智能网络化管理，远程监控稳定性好采用先进的控制技术，输出稳定高适应性宽输入电压范围，适应恶劣电网环境•智能化：LCD显示，可编程接口性价比高优质性能与适中价格的完美结合强大保护功能过载、短路、过压等保护功能齐全操作简便人性化设计，易于操作和维护技术参数与性能指标解读输入电压范围UPS可接受的市电电压输入范围效率UPS将市电转换为有用功的百分比，高效率意味着更低的运行成本输出电压范围UPS输出的电压范围，应稳定且符合设备要求功率因数反映UPS带载能力的重要参数，数值越高越好频率范围UPS输出的频率范围，应与市电频率一致选型原则及建议根据负载类型选择不同负载类型对UPS的需求不同，如计算机负载、工业负载等考虑可扩展性和可维护性选择具有良好可扩展性和可维护性的UPS，以便未来升级和维护根据后备时间选择根据业务需求确定所需的后备时间，从而选择合适的电池容量和配置根据场地环境选择考虑放置UPS的场所环境，如温度、湿度、灰尘等因素03UPS安装与调试Part142 3安装前准备工作及注意事项确认UPS型号、规格及配件是否齐全检查安装场地是否符合UPS安装要求准备安装工具及测试仪器了解UPS工作原理及操作流程确定UPS安装位置及固定方式连接输入、输出电缆及接地线安装电池组及连接线接通电源，检查UPS工作状态01020304安装步骤详解010204调试过程及验收标准检查UPS输入输出电压、电流是否正常测试UPS带载能力及转换时间检查UPS告警功能是否正常确认UPS符合设计要求及使用标准0304UPS运行与维护Part正常运行状态监测方法观察法通过直接观察UPS面板指示灯、显示屏等信息，判断UPS是否处于正常运行状态。
大中型UPS原理分析
大中型UPS原理分析1 大中型UPS中的逆变控制技术大、中型UPS逆变器控制电路，除采用三相正弦脉宽调制技术外，波形叠加技术也得到了广泛应用，波形叠加技术有叠加式阶梯波、离散型阶梯波、脉宽阶梯混合波等多种。
这里对应用较多的脉宽阶梯混合波作一介绍。
这种逆变器是结合阶梯波的高效率和脉宽调制的低价格而采取的一种折衷方案，由于混合式的逆变频率较低，因而噪声较大。
它的体积略大于脉宽调制图1三相输出混合波的情况(a)电路图〔b〕波形图〔变压器初级〕图2三相桥式逆变电路图3三相桥式逆变电路主要波形式而小于阶梯式，多用于中大容量的UPS。
脉宽阶梯混合波的波形如下图。
图〔a)为电路原理图，图中S1,S2,S3,和S4分别组成半桥电路，两个半桥产生相同的调宽波UA和UD，这里取输出电压，Uout=UA－UD由图〔b〕可以看出UA和UD均反映出正弦波的规律。
当两组脉冲同相时，Uout=UA－UD=0当两组脉冲反相时，Uout=UA－UD=2E当UA和UD的相位差在0－180°之间变化时,其幅度就在0－2E之间变化。
如果输出为单相交流电压，有这样一个“开关对〞[图〔a〕的简称]似乎就够了，但在中大功率UPS中多半需要三相输出，在实用中每一个调宽波〔UA或UD〕都用一个全桥逆变器给出，而三相就需要6个这样的全桥逆变器，如下图。
图〔a〕是它的电路图，而〔b〕是线电压〔两相电压相差120°时的叠加)。
由图〔b〕的波形可以看出：正弦波的轮廓很明显，这种电压经变压器滤波后输出正弦波。
这种变压器绕制时成心做成有一定的漏感，以便和变压器输出端的电容形成LC滤波器，从而省去了体积庞大的滤波电感，而且输出的正弦波电压失真度很小〔小于3％〕。
这是因为输出变压器初级接成△型，次级接成Y型，这种经△/Y变换的波形，3次及3的倍数次谐波都被抑制了，而5次和7次谐波为零，故不需要多大的滤波器即可。
2 大中型UPS逆变电路三相桥式逆变电路是中、大容量UPS逆变器的根本电路，这里以三相桥式逆变电路为例，如下图，它是由直流电源E，3块两单元晶体管模块S1～S6，输出变压器T组成。
高压直流UPS在数据中心机房建设的应用研究
不间断电源是保障数据中心供电系统可靠性和稳定性的重要设备。
传统数据中心不间断电源一般采用交流UPS,由于其在可靠性、安全性、经济性及设备维护等方面显现出越来越多的问题，因而高压直流UPS作为新型的不间断电源设备逐渐被应用于大型数据中心。
目前针对数据中心高压直流UPS的研究较少，尤其是在与交流UPS在可靠性、维护性、兼容性以及不同供电架构占地和经济性的比较分析方面。
本文通过对高压直流UPS在数据中心的应用进行分析与研究，期望为数据中心供电系统规划设计提供理论基础和参考数据。
一、高压直流技术高压直流UPS（以下简称“高压直流”）技术是由整流模块将交流电变换成直流电后为IT负载供电，同时对蓄电池组进行充电，在市电停电后，由蓄电池组直接为IT负载供电。
高压直流系统一般由交流柜、整流柜和直流柜组成，如图1所示。
图1高压直流系统框架高压直流将转换成的直流电直接对服务器供电，而交流UPS设备则是将整流的直流电经逆变器转换成交流电后为服务器供电。
与交流UPS相比，高压直流无需逆变器，串联部件少，故障点减少，效率提高，并且备用蓄电池直接挂在负载上，可靠性提高。
从整个供电架构来看，高压直流供电架构由交流输入配电柜、高压直流电源柜、直流总输出柜、直流列头柜、服务器机柜内直流PDU和备用蓄电池组等环节组成，与交流UPS基本相同。
二、技术分析1.可靠性交流UPS采用整流和逆变的双变换模式，交流电需要分别经过整流和逆变过程后才能为负载供电。
而高压直流系统只需经过整流后直接给负载供电。
从设备内部元器件来看，高压直流设备串联器件比交流UPS少，故障点减少，可靠性提高。
高压直流系统采用模块化设计，可灵活组成集中式供电系统或分布式供电系统，并且具有智能模块休眠技术，根据负载启用模块数量，形成N+M冗余系统，通过模块冗余方式提高供电系统的可靠性。
高压直流的控制模块采用双控制模块冗余设置，保证高压直流系统的可靠性。
高压直流在并机方面没有频率、相位和幅值同步的问题，只需要负荷均分，因而并机技术相对简单，稳定性和可靠性相应提高。
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Critical load
2、发电机组+蓄电池组
Filter
Output
PureWave UPS System
Critical load
3、市电切换油机停机
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
中压UPS不间断电源
例如在美国，中压不间断电源最初用于半导体等高附加值企业， 保障其设备连续安全生产;近十年来，逐渐在政府，金融，航 空航天以及数据中心领域得到得以应用。
BBaatttteerryy Charger Inverter
Utility
Transfer switch
Input
Static Switch Bypass
Filter
Output
PureWave UPS System
Filter
Output
PureWave UPS SystemΒιβλιοθήκη Critical load
投资浪费严重 电池充电及负载冗余都必须要求低压配电系统的配置容量加大；每套 系统的冗余度都会带来设备投资、母线投资和机房空间浪费的情况。
影响机房可使用面积，增加建筑成本 对于大型数据中心，分区配置变压器、低压配电室、UPS电源室，相应 电源区域要预留40%左右的空间，高压分散进机房，高低配至少占用 15%空间；低压配电结构冗余度越大占机房面积越大（比如2N系统）。
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
目录
目录
1 数据中心供配电现状与问题 2 低压配电系统减配可行性与必要性 3 中压不间断电源系统方案1 4 中压不间断电源系统方案2
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
必要性
5合适
1安全—层级
2节约—建设
减配 目标
4简洁—维护
3节能—运营
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
大型数据中心采用高压油机是趋势
大型数据中心已推广高压油机，带来很多优 势：电缆、上下游开关及电缆建设投资节省， 运行节能；配电结构简化提升可靠性；更适合 高压冷水机组供电。
高压油机集中布置，可以根据功耗发展情况 分期、逐台投资，而低压油机则只能是与低配 模块化相匹配而无论油机的实际负载率，造成 油机投资浪费；推广使用高压油机可规避低压 方式中ATS的容量和体积瓶颈。
户外机型
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
户内机型 （PCS）
中压UPS不间断电源-户内机型组
成部分 系统开关柜： 电力电子开关柜： 变压器： PCS： 电池：
输入输出以及旁路功能柜 市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为电池输出 双向变流器（PCS）输出升压至所需电压等级 双向变流器用于电池充放电 储能器件
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
必要性
结论 低压配电系统中的主要计量、补偿、ATS柜基本都可以通过
集中设置在高压侧，来简化低压系统，为低压侧分散进入负荷 中心创造条件；低压侧的分散也为机房利用率提升、维护便捷 性，运营节能带来益处；也为中压UPS引入奠定基础。
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
Engine G Back-up generator
Transfer switch
Battery Charger Inverter
Input
Static Switch Bypass
Battery Charger Inverter
Input
Static Switch Bypass
Engine G Back-up generator
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
中压UPS不间断电源-户外机型组 成部分
系统开关柜： 电力电子开关柜： 储能箱：
输入输出以及旁路功能柜 市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为电池输出 集成充电器，逆变器，变压器以及电池
低压补偿功能改为高压补偿与负荷中心就近补偿
目前大部分低压电容器柜设置为低压侧集中补偿，实际运行方式为人工投入， 而数据中心感性负载和容性负载同时存在，相互补充，导致补偿属于后补偿不 能起到有效作用；应针对具体机房谐波环境和无功负荷情况采用高压补偿与就 近补偿。
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
必要性
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
数据中心供配电系统现 状与问题
供配电等级多，安全隐患大 从供电安全性考虑，配电系统的等级越简单越安全；前后级开关越少越 安全、配电等级越少越可靠性；接近负荷中心的电压等级越高越节能。 大型数据中心一般经历35KV开关站—10KV高压配电柜—10KV配电 柜—变压器—低压配电柜—密集母线—配电柜—UPS系统，8层级的配 电结构，每多1个层级则增加一个故障隐患点。
NASA 用于保护卫星追踪系统
政府部门 用于保护数据中心
Phoenix Nap 数据中心
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
中压UPS不间断电源-特 点
中压系统 2.0 MW — 20 MW 离线式的结构— 2-4ms切换 高效率 (98.5% ) 模块化 占地面积小 可用户保护空调等机械类负载 户外机型与户内机型
•大型数据中心中压型UPS系统应用研究
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
目录
目录
1 数据中心供配电现状与问题 2 低压配电系统减配可行性与必要性 3 中压不间断电源系统方案1 4 中压不间断电源系统方案2
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
数据中心供配电系统现 状与问题
数据中心常规的供配电结构一般是市电（35kV、10kV） 到高压配电，之后通过变压器与低压配电系统成套；再 通过密集母线或电缆分配到楼层，由楼层配电向UPS系 统供电；更大容量采用模块化、分区供电
必要性
低压配电中的计量采用高压端计量 传统数据中心往往在低压侧计量，即“高供低计”；随着数据中心规模
越来越大，很多大型数据中心已有10套以上的低压配电系统，且分为 生活用电、办公用电、空调用电等，将计量放在高压将成为一种趋势 和必要，将简化低压侧的配置。
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
必要性
目录
目录
1 数据中心供配电现状与问题 2 低压配电系统减配可行性与必要性 3 中压不间断电源系统方案1 4 中压不间断电源系统方案2
大型数据中心中压型UPS系统应用研究
中压UPS不间断电源-工 作原理
Utility
Utility
Engine G Back-up generator
Transfer switch