科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹2012-12-20資料.doc

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科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹 第一章 概述 隨著信息技術(shù)的發(fā)展與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速擴大,尤其是高功率密度設(shè)備的大量應用,使得“建設(shè)節(jié)約又安全的通信供電系統(tǒng)”成為了各大通信運營企業(yè)關(guān)注的焦點,對通信電源也提出了新的運用要求? 240V高壓直流電源系統(tǒng)是配合通信行業(yè)動力系統(tǒng)方案升級而推出的一款新型的大功率,高效?節(jié)能?環(huán)保的新型智能化電源系統(tǒng),符合國家節(jié)能?降耗?減排的產(chǎn)業(yè)政策;降低通信系統(tǒng)運行能耗,提高可靠性的最佳動力系統(tǒng)方案? 圖1是IT設(shè)備的電源工作原理, 由上圖可見,雖然IT設(shè)備輸入是交流電源,但核心部分還是DC/DC變換電路,我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路,就同樣能安全滿足IT設(shè)備工作?因為輸入端沒有工頻變壓器,所以輸入直流不會產(chǎn)生短路阻抗,就沒有必要非得交流輸入,不用交流也就沒有必要用UPS,由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了?如果我們輸入的直流合理配上蓄電池,輔以遠程監(jiān)控,構(gòu)成一個可靠的直流供電系統(tǒng),就可取代UPS交流供電系統(tǒng) 高壓直流電源系統(tǒng)的的工作原理框圖如圖2所示: 240V高壓直流電源系統(tǒng)包括PFC AC/DC市電整流升壓電路?DC/DC變換電路?輸出濾波電路?監(jiān)控器?電池組等部分?在市電正常時,輸入通過PFC升壓成穩(wěn)定直流電壓,供給DC/DC變換器,輸出穩(wěn)定的240V直流,同時完成對電池的充電?當市電異常時,電池通過直接給負載供電?由于采用世界領(lǐng)先的“三相三線功率因數(shù)校正技術(shù)”?“諧振電壓型雙環(huán)控制的諧振開關(guān)電源技術(shù)”,具有體積小?重量輕?效率高?功率因數(shù)高?輸入電流波形失真度(THD)低?高可靠等優(yōu)點? 240V高壓直流電源系統(tǒng)主要由整流柜(整流模塊?監(jiān)控模塊)?交流配電柜?直流配電柜(列頭柜),電池柜(含電池管理)四大部分構(gòu)成,如圖3所示? 圖3 直流電源系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)采用模塊化進行設(shè)計,在提高電能使用效率,降低本身損耗,提高可靠性有了很大提高?同時,根據(jù)負載大小可以調(diào)整模塊工作的數(shù)量,使系統(tǒng)能夠工作較高的轉(zhuǎn)換效率?再者,系統(tǒng)的割接改造更為方便,直流電源只要做到電壓和極性相同就可以連到一起? 240V高壓直流電源系統(tǒng)優(yōu)點: l 一次能源變換,效率高 l PFC變換,諧波小,功率因數(shù)高 l 電池直接供給負載使用率高 第二章 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)采用全數(shù)字控制技術(shù)?系統(tǒng)智能化監(jiān)控理念進行研制的大功率?高智能?高可靠?節(jié)能?環(huán)保的綠色電源系統(tǒng);主核心模塊采用CAN接口,配件以及選件模塊采用RS485接口,系統(tǒng)可靈活配置,易于擴展? 以下簡述各部分的組成?功能?基本配置?擴容等?為了滿足不同客戶需求,減少非標產(chǎn)品的制作難度,整個系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化方式,即整流模塊?配電監(jiān)控模塊?系統(tǒng)監(jiān)控模塊?電池管理模塊四大功能模塊,靈活組合各種不同配置,不同容量的系統(tǒng)?高壓直流電源系統(tǒng)應用框圖如圖4所示; 圖4 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)應用框圖 機柜采用標準的800 * 800 * 2000機柜,系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊(觸摸屏)?配電監(jiān)控模塊?整流模塊(5+1模式)?絕緣監(jiān)察模塊?模擬量監(jiān)測模塊(選件)?開關(guān)量監(jiān)測模塊(選件)?電池巡檢模塊以及電池組,各個模塊的主要功能如下: 1. 監(jiān)控模塊:主要功能為完成系統(tǒng)運行參數(shù)顯示?系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置?歷史記錄存儲?與上位機監(jiān)控平臺信息交互;RS485信息交互接口? 2. 配電監(jiān)控模塊:主要功能為交流配電?直流配電監(jiān)控,配電模塊開關(guān)量監(jiān)測,配電模塊絕緣監(jiān)察,與整流模塊信息交互實現(xiàn)整流模塊的數(shù)字化均流,系統(tǒng)智能調(diào)度;CAN?RS485信息交互接口,CAN接口實現(xiàn)與整流模塊的信息交互,RS485實現(xiàn)與顯示模塊?配件或選件模塊的信息交互? 3. 整流模塊:整流模塊是系統(tǒng)的核心部分,它將交流變換成直流(AC/DC),給負載供電,同時對電池充電,實現(xiàn)模塊數(shù)字化三電平三相APFC輸入功率因數(shù)校正,數(shù)字化三電平DC/DC變換,可由配電模塊DSP進行智能調(diào)度,額定輸出240VDC/40A,最大功率12KW;CAN以及RS485信息交互接口? 4. 絕緣監(jiān)察模塊:實現(xiàn)直流配電柜各支路絕緣監(jiān)察,RS485信息交互接口? 5. 模擬量監(jiān)測模塊:實現(xiàn)直流配電柜個各支路模擬量(支路電流)監(jiān)測,RS485信息交互接口? 6. 開關(guān)量監(jiān)測模塊:實現(xiàn)各支路開關(guān)量監(jiān)測以及遠程輔助控制,RS485信息交互接口? 7. 電池巡檢模塊:實現(xiàn)對電池端電壓檢測?電池內(nèi)阻檢測(預留)?電池電壓均衡性監(jiān)測?電池溫度監(jiān)測等,對于電池內(nèi)阻監(jiān)測功能本次設(shè)計先不考慮,后續(xù)進行完善? 8. 電池組:電池組是保證不間斷供電的關(guān)鍵,在交流停電時,由蓄電池給負載供電 科華240V高壓直流電源外觀如圖5 圖5 科華240V高壓直流電源外觀圖 2.1 產(chǎn)品特點 本產(chǎn)品為新一代的數(shù)字化模塊化產(chǎn)品,將具有以下特點: 1)系統(tǒng)監(jiān)控功能完善,高智能化; 2)智能化系統(tǒng)具有高效節(jié)能模式(由配電監(jiān)控模塊智能調(diào)度)?電池溫度補償?shù)裙δ? 3)整流模塊數(shù)字化均流,不均流度將優(yōu)于3%; 4)模塊化設(shè)計,系統(tǒng)N+1冗余模式,易于擴容,具有高可靠?高效節(jié)能等優(yōu)點; 5)由于模塊采用了全數(shù)字化設(shè)計,大大提高了系統(tǒng)的智能化控制程度,可方便實現(xiàn)模塊智能調(diào)度?輸出電壓智能調(diào)節(jié)?輸出電流智能調(diào)節(jié)?模塊功率限制等; 6)模塊的熱插拔設(shè)計,方便維護; 7)顯示觸摸屏設(shè)計,人機交互界面友好; 8)整流模塊與配電模塊采用CAN總線設(shè)計,其余模塊采用RS485總線擴展設(shè)計方案, 系統(tǒng)可根據(jù)實際需求靈活配置? 2.2產(chǎn)品應用范圍 本產(chǎn)品為一種新型的不間斷電源產(chǎn)品,主要專門為通信用的IDC機房等應用場所而設(shè)計?240V高壓直流系統(tǒng)輸出的是240V的直流電,用直流電給交流負載供電必須確保所接負載是開關(guān)整流型負載(如普通PC機?網(wǎng)絡(luò)交換機?光纖收發(fā)器? 服務(wù)器?磁盤陣列等IT設(shè)備),非開關(guān)整流型的交流負載(如照明?空調(diào)?消防以及所有感性負載等)不能用此系統(tǒng)供電,否則會損壞負載)此外,還有以下幾點要注意: l 服務(wù)器若是含有頻率檢測功能,則直流系統(tǒng)不能使用,需要經(jīng)過上電后測試確認 l 小型機由于是早些年購買的,上電前要檢測輸入電阻,若為幾十至幾百歐姆則不可使用直流系統(tǒng)? l 取消保護接地就近接地的習慣,直流供電系統(tǒng)范圍內(nèi)全部采用三芯線 第三章 240V高壓直流電源系統(tǒng)性能指標 3.1基本電氣環(huán)境要求 型號 指標 240V高壓直流電源系統(tǒng) 輸入 特性 電壓范圍 380V(-30%~+40%) 電壓諧波含量 ≤5% 電流諧波含量 100%負載 ≤5% 50%負載 ≤10% 功率因數(shù) 100%負載 ≥0.99 50%負載 ≥0.98 缺相工作情況 缺相保護 頻率范圍 (Hz) 40-66 接入方式 三相三線?地線 電池電壓(Vdc) 240 適用電池容量 100AH~2000AH(可任意配置) 輸出 特性 功率(kW) 72(可擴展,最多480KW) 額定輸出電壓(V) 240 輸出電壓范圍 180V~300V 連續(xù)可調(diào) 輸出電流等級(A) 40 * N(N為模塊數(shù)量) 輸出限流 額定電流(20% ~110% ) 動態(tài)響應(μs) 在20%負載躍變道80%負載時恢復時間≤200μS,超調(diào)≤5% 穩(wěn)壓精度 ≤0.5% 穩(wěn)流精度 ≤1.0% 紋波系數(shù) ≤0.5% 效率 100%負載 ≥93% 50%負載 ≥92.5% 并機性能 ≤1%(監(jiān)控系統(tǒng)失效可正常工作,不均流度≤1%) 充電方式 均充/浮充(具有手動和自動模式) 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測 直流母線以及直流支路均設(shè)置絕緣監(jiān)測 其 它 特 性 絕緣電阻 ≥10M 絕緣強度 輸出對地?輸入對地?輸入對輸出施加2.5KVAC, 1min無飛弧無閃絡(luò) 報警功能 電池異常?絕緣異常?市電異常?輸出異常?模塊異常?系統(tǒng)故障 防護等級 ≥IP20 面板顯示 友好的LCD觸摸屏人機互動界面 音頻噪聲 (dBA) ≤65dB 保護功能 交流輸入過壓欠壓保護?直流輸出過壓欠保護?輸入缺相保護 過載保護?直流輸出過流保護?短路保護?過溫保護 防雷等級 交流配電C級,直流配電C/D級(選配) 冷卻方式 風冷(風扇調(diào)速) 輸出要求 正?負極均不得接地,采用懸浮方式供電 尺寸 (mm) (寬深高) 8008002000 重量 (Kg) 表1 科華240V高壓直流電源主要技術(shù)指標 3.2環(huán)境條件 裝置在以下環(huán)境條件下可正常工作: 項 目 參 數(shù) 備 注 工作溫度 -5 ℃~+40 ℃; 電信標準 儲藏溫度 -40 ℃~+70 ℃; 電信標準 工作相對濕度 ≤90%; 402C,無冷凝 儲藏相對濕度 ≤95%; 402C,無冷凝 大氣壓力 86 KPa~106 KPa? 噪 音 <65dB (在1 m處測量) 抗震性能 系統(tǒng)能承受頻率為10Hz~55Hz?振幅為0.35mm的正弦波振動 滿足標準 YD 5096-2005 海 拔 海拔高度≤1000m 海拔高度>1000m時,應按GB/T 3859.2-93規(guī)定降容使用 表2 科華240V高壓直流電源工作環(huán)境指標 第四章 240V高壓直流電源系統(tǒng)智能監(jiān)控管理介紹 4.1系統(tǒng)具有模塊智能調(diào)度功能,提高系統(tǒng)效率以及系統(tǒng)最大利用率? 1) 模塊休眠:當每個模塊的負載低于70%時,系統(tǒng)監(jiān)控模塊根據(jù)算法,可以任意關(guān)閉一個模塊,使其處于待機狀態(tài),實現(xiàn)系統(tǒng)最佳節(jié)能運行? (系統(tǒng)模塊至少有3個處于正常工作狀態(tài)) 2) 模塊輪休:監(jiān)控模塊可以讓休眠模塊啟動運行,而讓在運行的模塊進入休眠狀態(tài),實現(xiàn)輪流休眠,提高系統(tǒng)模塊的可靠性? 4.2系統(tǒng)具有智能管理控制功能,用以適應不同應用場合的需求,靈活配置? 1) 模塊調(diào)壓:根據(jù)監(jiān)控平臺可設(shè)置,模塊輸出電壓可以自動?連續(xù)調(diào)節(jié)? 2) 模塊運行模式控制:模塊既可以恒壓(浮充)方式運行,也可以恒流(限流)方式運行? 3) 模塊限流調(diào)節(jié):系統(tǒng)可根據(jù)實際需求,設(shè)置調(diào)節(jié)模塊的限流點? 4) 模塊監(jiān)測:監(jiān)控模塊可以隨時調(diào)取模塊的所有狀態(tài)參數(shù)? 5) 遠程控制:監(jiān)控模塊上傳系統(tǒng)運行參數(shù),接收遠端控制中心命令,控制系統(tǒng)運行? 4.3系統(tǒng)具有電池智能管理功能,延長系統(tǒng)電池組的應用壽命? 1) 均浮充控制:系統(tǒng)可根據(jù)電池組電壓以及充電電流自動管理控制電池均充或電池浮充? 2) 定時充放電:系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)置要求,可自動完成對電池進行定期充電,定期放電管理? 3) 電池智能放電測試:系統(tǒng)電池測試時,可自動調(diào)低系統(tǒng)輸出電壓,讓電池帶載放電,當電池電壓到達設(shè)定放電電壓時,監(jiān)控模塊控制系統(tǒng)停止放電,進入自動充電狀態(tài),用以完成定期對電池自動放電,由于采用此種智能放電方式可以大大提高系統(tǒng)電池測試的可靠性;另外在此種放電測試條件下,系統(tǒng)計算電池的放電容量,判斷電池容量的變化程度,用以提示用戶? 4) 溫度補償:系統(tǒng)根據(jù)電池環(huán)境溫度,可智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓,完成對電池浮充充電溫度補償功能(補償范圍:1mV~5mV/(C.cell),可由監(jiān)控平臺設(shè)置)? 第五章 240V高壓直流電源模塊簡介 5.1 整流模塊 我公司生產(chǎn)的高頻開關(guān)電源采用全數(shù)字化控制技術(shù),采用三電平拓撲結(jié)構(gòu),具有體積小?重量輕?效率高?空載損耗低?運行穩(wěn)定?可靠性高等優(yōu)點?并采用三相三線有源功率因數(shù)校正技術(shù),使得交流輸入范圍寬,諧波干擾小?配有標準CAN和RS485接口,易于與自動化系統(tǒng)對接,適用于各種容量及電壓等級的直流系統(tǒng)? 5.1.1 模塊主要特點 采用全程軟開關(guān)技術(shù)高頻開關(guān)管及整流管全部軟開關(guān),效率高,空載功耗小? 三相三線功率因數(shù)校正技術(shù),功率因數(shù)高?輸入電流波形失真度(THD)低? 直流輸出內(nèi)置隔離二極管,可以不增加額外措施實現(xiàn)熱插拔? 模塊具有RS-485和CAN接口,方便接入自動化系統(tǒng)進行通信? 輸出過壓保護:內(nèi)置過壓保護電路,出現(xiàn)過壓后模塊自動鎖死,模塊故障指示燈亮,故障模塊自動退出工作,不影響整個系統(tǒng)正常運行; 輸出限流保護:每個模塊輸出電流最大限制為額定輸出電流的1.1倍? 短路保護:采用回縮下垂限流方式,模塊輸出特性先降低輸出電壓限制輸出電流,輸出短路時模塊在瞬間把輸出電壓拉低到零?模塊可長期工作在短路狀態(tài),不會損壞,排除故障后模塊可自動恢復工作? 模塊并聯(lián)保護:模塊內(nèi)部并聯(lián)采用數(shù)字化控制,數(shù)字化均流,故障時模塊自動退出系統(tǒng),不影響其它模塊正常工作? 過溫保護:模塊檢測散熱器溫度超過85℃時自動關(guān)機保護,溫度降低后模塊自動啟動? 5.1.2性能指標 表3 三相輸入240V輸出系列模塊特點及技術(shù)參數(shù) 型號 KHD240-40 輸出電流(A) 40 功率(KW) 12 重量(kg) 13 冷卻方式 強制風冷 散熱器溫升 ≤20℃ 輸入電壓 范圍(VAC) 最小值 260 典型值 380 最大值 530 輸出可調(diào) 范圍(VDC) 最小值 180 典型值 240 最大值 290 穩(wěn)壓精度 ≤0.5% 穩(wěn)流精度 ≤1% 輸入功率因數(shù) ≥0.93 最大可聞噪聲(dB) 55 存儲溫度(℃) -40~60 工作環(huán)境 溫度(℃) -10~40 并機不均流度 監(jiān)控正常 ≤1% 監(jiān)控異常 ≤1% 啟動延時(秒) 3~8 峰--峰值雜音電壓 ≤0.5% 效率 100%負載 ≥93.5% 50%負載 ≥93% 自動限流特性 輸出電流超過輸出限流設(shè)定值時,恒流輸出,輸出電流不會增大? 輸出過壓保護 輸出電壓超過290VDC模塊自動停止輸出,以防損壞設(shè)備 輸出低壓保護 配電監(jiān)控模塊低壓保護告警點,默認點:160VDC 輸出短路保護特性 輸出短路時,模塊自行保護,以防損壞,排除故障可自動恢復工作? 絕緣強度 輸入對機殼2500VAC 1分鐘10mA 無擊穿?無飛弧 輸入對輸出2500VAC 1分鐘 10mA無擊穿?無飛弧 輸出對機殼2000VAC 1分鐘10mA無擊穿?無飛弧 模塊工作方式 自動模式 接受系統(tǒng)監(jiān)控模塊調(diào)度 手動模式 適用于模塊單獨工作,浮充態(tài)限流輸出(272.55VDC) 5.2 配電監(jiān)控模塊 直流240VDC直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC~300VDC?主要功能是檢測輸入和輸出的參數(shù)狀態(tài),并通過485總線將信息上傳給主監(jiān)控平臺? 1） 交流配電方面,輸入通過監(jiān)測交流配電開關(guān)量?交流電壓以及交流電流,上報主監(jiān)控模塊用以顯示,并且通過主輸入電壓判斷用以控制模塊工作? 2） 直流配電方面,監(jiān)測系統(tǒng)直流配電空開開關(guān)量?電池組電壓?電池充放電電流?直流母線電壓?模塊總負載等? 3） 整流模塊方面,配電監(jiān)控模塊與整流模塊之間通過CAN總線進行通信,監(jiān)測整流模塊的輸出負載總電流,對各整流模塊下發(fā)模塊電流限流點命令,實現(xiàn)整流模塊進行數(shù)字均流;配電模塊可對整流模塊進行智能調(diào)度,控制整流模塊進行休眠,提高系統(tǒng)的利用率以及模塊的可靠性;配電監(jiān)控模塊接收主監(jiān)控模塊(整流模塊額定輸出電流限流點)設(shè)置信息后,通過CAN通訊下發(fā)給各整流模塊 4） 電池管理方面,配電監(jiān)控模塊可對系統(tǒng)進行均浮充自動裝換參數(shù)進行設(shè)置,并對電池電壓和電流進行監(jiān)控,防止電池過壓過流?電池處于浮充狀態(tài),可對電池進行容量測試? 5） 其他監(jiān)控,包括防雷器空開,溫度監(jiān)測,絕緣監(jiān)測等 5.3 LCD監(jiān)控觸摸屏模塊 模塊電源由系統(tǒng)輸出240VDC直流電源經(jīng)過DC/DC裝換成為模塊輸入的24VDC電源,24V電源模塊電壓范圍:90VDC~300VDC 監(jiān)控模塊監(jiān)控方案如圖6所示 圖6 主監(jiān)控方案 通過485總線,主監(jiān)控觸摸屏與配電監(jiān)控模塊?開關(guān)量模塊?電池巡檢模塊?模擬量模塊和絕緣監(jiān)測模塊進行通信,各模塊將檢測到的數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏進行信息顯示,觸摸屏通過人機互動下發(fā)設(shè)置信息給各個模塊? 5.3 配件小模塊 5.3.1 絕緣監(jiān)測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC-300VDC?負責監(jiān)測母線絕緣?支路絕緣,并通過RS485接口將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機?1個模塊具有最多可監(jiān)測64路直流支路絕緣,最多可擴展15個模塊 監(jiān)察內(nèi)容 1)接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的監(jiān)察通道設(shè)置,通過配電監(jiān)控模塊協(xié)調(diào),實時在線監(jiān)察每路支路的絕緣狀況? 2)通過RS485通訊實時上報每個支路的絕緣電阻值(包含:支路編號以及絕緣阻抗)? 通過RS485通訊實時上報異常接地支路編號?極性?絕緣電阻值(測量誤差不大于整定值的15%)? 5.3.2 模擬量檢測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC-300VDC?1個模塊具有最多可監(jiān)測64路直流支路電流,最多可擴展15個模塊?可通過觸摸屏設(shè)置電流霍爾額定值? 檢測內(nèi)容 1)接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊監(jiān)測通道數(shù)量以及霍爾規(guī)格,模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各支路電流巡檢? 2)通過RS485通訊實時上報每個支路的電流值(包含:支路編號?支路電流) 5.3.3 電池巡檢模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC-300VDC?1個模塊具有最多可監(jiān)測64節(jié)電池端電壓(兼容2V/6V/12V規(guī)格電池),最多可擴展7組電池?可通過觸摸屏配置電池規(guī)格和電池組數(shù)? 監(jiān)測內(nèi)容 6） 接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊巡檢通道數(shù)量以及電池規(guī)格,模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各節(jié)電池端電壓巡檢? 2)通過RS485通訊實時上報每節(jié)電池端電壓(包含:電池編號?端電壓)? 5.3.3 開關(guān)量檢測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源,電源范圍:90VDC-300VDC?1個模塊具有最多檢測64個開關(guān)量,最多可擴展15個模塊,通過主監(jiān)控平臺進行配置?單模塊最多可配置8個輸出輔助控制口?可通過觸摸屏設(shè)置模塊開關(guān)量通道數(shù)和模塊數(shù)量? 監(jiān)控內(nèi)容 1) 接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊監(jiān)測通道數(shù)量,模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各個開關(guān)量巡檢? 2) 接收配電監(jiān)控模塊下發(fā)的控制命令,控制相應輔助功能配置口,預留功能? 3) 通過RS485通訊實時上報每個監(jiān)測的開關(guān)量信息(包含:開關(guān)量編號?狀態(tài))?