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                                                智能高频开关电力通信高压电源系统

                                                一、引言

                                                高压直流电源与传统的UPS相比,具有技术先进、可靠性高、可维护性好、经济合理、投资成本低、占地面积小、安全适用、能耗低等明显的竞争优势。因此,它完全可以替代UPS为IT服务器供电,产品可广泛使用于移动、电信、联通等通信运营商以及银行、保险、证券、政府、220KV以?#31995;?#21464;电站、各类大中型发电厂中的各类服务器和计算机机房中。
                                                         HVDC高压直流电源系统广泛应用于通信设备高压直流供电、火电厂、水电厂、地铁、铁路信号直流供电和高等级变电站直流电源中;提供不间断直流电源。
                                                         HVDC高压直流电源系统,是我公司研发的新一代电源产品。电源模块采用现代电力电子技术和工业控制技术的最新成就开发,内置CPU集散式控?#21697;?#24335;,工作稳定可靠。通过CE?#34917;妗?#30005;磁兼容标准认证,通过国家、行业产品型式检验;采用风冷散?#30830;?#24335;,模块的效率得到提高。体积和重量大大降低。
                                                         监控模块采用触摸屏界面技术,可以开关整流模块、DC/DC模块、DC/AC逆变模块以及其他数据采集模块组成通信自动化电源系统,实现电源系统的人机界面交互操作、各功能单元的设置和协调运行、系统运行状态的监测、运行数据的上传下达以及智能化电池管理。监控模块组成的系统具备远程管理功能,可选择通过MODBUS、CDT91规约和综合自动化系统通信上报数据,用于工作机房实?#27835;?#20154;职守。
                                                二、系统特点

                                                u        多种容量充电模式选择,实现一定容量配置的最优性能价格比。

                                                u         110V/220V电压输出,方便系统的配置选型。

                                                u        充电模块采用风冷却方式,统一接口方式,设计简单,通用性强。

                                                u        具有输出电压和电流?#20132;?#35843;节的功能。

                                                u        充电模块智能控制,提供数据通讯接口。

                                                u        充电模块硬件低差自主均流,保证系统的可靠运行。

                                                u        监控模块采用触摸屏界面技术,实现电流系统的人机界面交互操作。

                                                u        分散多级监控系统,实现监控系统的简单可靠。

                                                u        模块化结构,组屏简单,配置灵活。

                                                u        组建配套齐全,可以提供全方位的解决方案。



                                                三、系统的组成部件
                                                         系统的典型配置为20A模块构成240A、10A模块构成150A一体系统。20A模块最大构成400A?#21046;?#31995;统,10A模块最大构成250A?#21046;?#31995;统。
                                                         系统的基本组成部件有以下部分,其基本功能如下:
                                                         监控单元:监控模块是直流屏的控制中心,担负着“上传”“下达”的任务。下层系?#20449;?#30005;监控盒担?#33322;弧?#30452;流电检测及?#25910;?#20449;号上送的任务。
                                                         交流配电单元:将两路或一路市电,分配到整流模块;并配有C、D两极?#35272;?#20445;护系统。
                                                         整流模块:将交流变换成直流(AC/DC),给负载供电,同时对电池充电。
                                                         直流配电单元:通过直流空开或熔断器输出到?#22411;?#26588;,再由?#22411;?#26588;输出到各服务器,给服务器提供直流电源。2组电池输出(NT3熔丝),电流400A~630A;负载分路4路(NT2熔丝),电流125A~400A。
                                                         电池组:保证交流停电时,提供不间断直流供电。电池电压2V或12V,数量为120节或者20节。
                                                         电池巡检仪:实时检测每节电池的端电压,并上送给监控单元。
                                                         绝?#23548;?#27979;仪(?#22411;?#26588;中):对直流母线、输出分路?#28304;?#22320;的绝缘状况的监测。母线绝?#23548;?#27979;只能监测正、?#32791;?#32447;对地绝缘不良,支路绝?#23548;?#27979;不仅可以监测正、负支路对地绝缘不良,还能给出绝?#21040;?#22320;电阻的大小。

                                                四、系统使用范围

                                                u        凡是计算机系统使用LCD?#20801;?#22120;的地方都可以使用HVDC(使用CRT的不可以用);

                                                u        电信、移动、联通、网通的数据机房、IDC机房;

                                                u        电厂或变电站中的数据机房;

                                                u        银行、保险、证券公司的数据机房。

                                                五、使用环?#31243;?#20214;

                                                u        工作环境温度:-10℃~+40℃,相对温度不大于90%(+25℃时),无冷凝。

                                                u        海拔高度:≤2000m。

                                                u        无剧烈振动?#32479;?#20987;,垂直倾斜度不超过5%。

                                                u        工作环境应为导电爆炸尘埃,无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。

                                                六、工作原理?#23433;问?br>         HVDC高压直流系统由交流配电、整流模块、直流配电、?#22411;?#26588;、电监控、电池巡检、绝?#23548;?#25511;、监控单元、机柜等部分组成,如图所示。



                                                1、特点:
                                                         与-48V系统相比,HVDC采用的是浮地系统(保证人身安全),因此,直流输出必须增加绝?#23548;?#27979;。
                                                         与-48V系统相比,HVDC的电池节数多,此必须增加电池巡检仪。
                                                         HVDC高压直流电源系统采用组态式一体化监控系统,分散控制、集中管理的设计思想,各个子监控单元有自己的微机处理器独立运作,各自实现自己的控制功能,使整个系统的可靠性提高。
                                                         各子监控单元采用了模块化设计,可以根据系统输出容量大小和馈电分配路数的需要通过配置不同数量的模块,满足用户不同的需求。这种模块化、积木式的设计,能够使系统组成方式更加灵活。
                                                2、系统技术指标

                                                交流输入?#38382;?/p>

                                                项目

                                                指标

                                                交流输入电压

                                                323V~320V(三相三线制) 

                                                电网频率

                                                标称值:50Hz;
                                                ?#24066;?#21464;动范围:±10%

                                                功率因数

                                                =0.94 

                                                交流过压报警 

                                                485±10V 

                                                交流欠压报警 

                                                315±10V  

                                                直流输出?#38382;?/p>

                                                项目 

                                                指标 

                                                输出电压范围 

                                                198V~320V 

                                                输出过压保护 

                                                325±5V  

                                                输出欠压报警 

                                                ≤198V 

                                                电压上升时间 

                                                3~8秒(软启动时间) 

                                                输出恒流范围 

                                                10%~110% 

                                                稳压精度 

                                                ≤±0.5% 

                                                稳流精度 

                                                ≤±1%  

                                                峰值杂音 

                                                ≤600mV 

                                                其他?#38382;?/p>

                                                项目 

                                                指标 

                                                效率

                                                ≥94% 

                                                工作温度

                                                -5℃~40℃

                                                储运温?#30830;?#22260;

                                                -40℃~+70℃

                                                工作相?#20801;确?#22260;

                                                ≤90%

                                                储运相?#20801;确?#22260;

                                                ≤95%

                                                海拔高度 

                                                ≤2000m(2000m以上降额使用)

                                                系统音响噪音

                                                ≤55dB(A) 

                                                尺寸(WD×H) 

                                                800mm×600mm×220


                                                3、模块技术指标

                                                环境要求 

                                                项目 

                                                指标 

                                                工作温度 

                                                -10℃~40℃ 

                                                存储温度 

                                                -25℃~55℃ 

                                                相?#20801;?#24230; 

                                                ≤95% 

                                                大气压力 

                                                70~106kPa 

                                                冷却方式 

                                                自然冷、风冷结合 

                                                输入特性

                                                项目 

                                                指标 

                                                输入电压 

                                                323V~475V(三相三线制) 

                                                输入电流

                                                ≤15A  

                                                交流输入频率 

                                                45~65Hz

                                                频率 

                                                ≥93%

                                                输出特性

                                                项目 

                                                指标 

                                                输出电压范围 

                                                ZLD22020TA:176~320Vdc 
                                                ZLD11040TA:80~160Vdc

                                                额定输出电流 

                                                ZLD22020TA:20A   

                                                最大输出电流 

                                                ZLD11040TA:40A 
                                                ZLD22020TA:22A(输出电压260V) 
                                                ZLD11040TA:44A(输出电压130V)

                                                电压上升时间 

                                                3~8秒(软启动时间)

                                                输出恒流范围 

                                                10%~100% 

                                                稳流精度 

                                                ≤±0.5%(20%限流测试) 

                                                负载电压纹波系数 

                                                ≤0.1% 

                                                稳压精度 

                                                ≤±0.5% 

                                                温度系数(1/℃) 

                                                ≤0.2% 

                                                机械?#38382;?nbsp;

                                                模块外形尺寸(长?#37327;懟?#39640;) 

                                                440mm×146×296mm

                                                模块重量

                                                <15kg 

                                                音响噪音

                                                <55dB 


                                                4、?#34917;?#21450;EMC的标准等级

                                                序号

                                                项目

                                                标准

                                                标准等级

                                                1

                                                静电放电抗扰性要求

                                                B/T17626.2-1998表2

                                                Level3判据B

                                                2

                                                振荡波抗扰性要求

                                                B/T17626.12-1998表2

                                                Level3判据B

                                                3

                                                传导辐射干扰

                                                EN55022

                                                ClassA

                                                4

                                                快速瞬变电脉冲群抗扰性要求

                                                GB/T17626.4-1998

                                                Level3判据B

                                                5

                                                浪?#38752;?#25200;性要求

                                                GB/T17626.5-1998

                                                Level3判据B

                                                6

                                                由射频场感应引起的传导骚扰抗扰性要求

                                                GB/T17626.5-1998

                                                Level3判据B

                                                7

                                                工频磁场抗扰性要求

                                                GB/T17626.8-1998

                                                Level4判据B

                                                8

                                                阻尼振?#21019;?#22330;抗扰度

                                                3B/T17626.10-1998

                                                Level4判据B

                                                9

                                                射频电磁场辐射抗扰度

                                                GB/T17626.3-1998

                                                Level3判据B

                                                10

                                                电压暂降、暂时中断和电压渐变抗扰性要求

                                                IEC61000-4-11

                                                95%0.5Period判据B

                                                七、监控系统
                                                         监控系统是高压只留有电源系统的另一个核心部件,由一个主监控与若干个子监控组成。由EMU10主监控与子监控组成的监控系统应用了当前最新的微机控制技术,模块化设计,配有标准RS-485、RS-232或以太网接口,可方便地实现与后台综合自动化系统的对接,实现四遥功能。
                                                1、EMU10主监控特点

                                                u        采用ARM9高性能CPU结构,具有高效的事件管理和数据处理能力,提供了较多的扩?#26500;?#33021;;

                                                u        采用7寸真彩TFT液晶?#20801;荊?#35302;摸式图形化操作,方便用户使用和现场维护;

                                                u        现场可用U盘升级主程序;

                                                u         多种通讯接口;

                                                u        串口RS485:5个;RS232:1个;网络接口:2个;

                                                u        USB口:3个;开关量检测输入:8路;干结点输出:9路;

                                                u        三级集散式监控。



                                                整机采用分布式监控系统,所有模拟量和开关量在底层处理后,通过数字通讯传送到监控单位。抗干扰性强,同时这种工作方式使系统扩容方便,可根据用户的需求配置相应的充电柜和馈电柜数量。

                                                2、EMU10原理框图





                                                3、EMU10主监控功能

                                                u        提供入机接口,通过7寸真彩?#20801;?#23631;和触摸屏,实现系统运行?#38382;允盡?#31995;统控制操作、系统?#38382;?#35774;置和系统维护等。

                                                u        监测双路交流供电电压和交流接触器状态:当一路电压掉电、电塔过高或过低、缺相、电网三相不平衡时自动将系统供电?#35874;?#21040;另一路并发出声光报警。

                                                u        对设备发生下列状况进行保护并发出报警?#33322;?#27969;电压异常、充电装置?#25910;稀?#27597;线电压异常、蓄电池异常、母线接地、支路绝缘?#25910;系取?/p>

                                                u         巡检充电模块的输出电流和工作状态:当模块有?#25910;?#26102;,监控系统发出声光报警信号,并自动重新均分充电模块负载。

                                                u         在本地货远端可以控制充电模块的输出电压、限流值。

                                                u        监测各直流馈电输出的电压、电流、各馈电输出开关状态、熔断器状态、绝缘状态和降压模块状态,当发生异常情况时发出声光报警。

                                                u         监测电池电压及充放电电流:根据蓄电池的充电特性曲线及特点,控制充电机自动完成对蓄电池的充电及充电方式的转换。对单体蓄电池状态进行在线监测,放电、充电电压随温度自动补偿。

                                                u        具有母线分段支路绝缘选线功能,支持绝缘阻值过低报警。

                                                u        支持多种标准通讯协议,RS232或RS485串行通讯接口,支持1200BPS、2400BPS、4800BPS、9600BPS波特率,可方便地与电力自动化系统对接。

                                                u        遥测量主要包括:直流母线电压、充电模块电流电压、电池数据等。

                                                u        遥信量主要包括:充电模块及监控系统正常工作状态、?#25910;?#24037;作状态、直流母线过/欠压、直流馈线绝缘状况、进线开关状态、浮/均充状态、交流输入的保护信号等。

                                                u        监控系统对重要?#25910;?#20449;息提供7组继电器常开接点输出,也可以外加开出模块扩展。

                                                u         实时运行曲线?#20801;荊?#21487;以监视最近1小时的各测量点的电压电流波形?#29615;?#30005;曲线和数据保存,历史放电曲线查看。

                                                u        网络查看功能,内置网络服务,用户可以在联网的电脑上用IE登?#25216;?#25511;系统查看运行情况。

                                                u        配有USB接口,能够读写U盘,实现软件升级或者文件备份功能。

                                                u        帮助功能,软件提供了简单的操作帮助。

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