交流不間斷電源 UPS配置（通信電源課件）

UPS配置CONTENT目錄一、主機一從機型“熱備份”UPS供電方式二、直接并機冗余供電方式三、雙總線冗余供電方式UPS電源供電系統(tǒng)的配置形式冗余增容并機包含兩層含義：UPS電源供電系統(tǒng)的配置形式并機不一定是冗余的，并聯(lián)的概念才是增容，而冗余的概念則是可靠性。如兩臺30kVAUPS并聯(lián)給40kVA負(fù)載供電，只能說是這兩臺實現(xiàn)了并聯(lián)，但若其中一臺因故障而關(guān)機，則余下的另一臺也會因過載而切換到旁路上去，若負(fù)載為15kVA則一臺因故停機時，不會切換到旁路上而由另一臺UPS繼續(xù)供電，這就實現(xiàn)了冗余，在實際工作中，應(yīng)根據(jù)實際情況確定并機的目的是冗余還是增加可靠性。UPS電源供電系統(tǒng)的配置形式現(xiàn)在大型UPS電源MTBF可達(dá)20萬小時以上，但并不能確保故障率為零，在UPS電源中可采用具有容措功能的冗余配置方案來解決這個問題。如何解決好多臺UPS電源以同頻、同相、同幅運行是實現(xiàn)多臺UPS冗余供電的關(guān)鍵。UPS電源供電系統(tǒng)的配置形式主機一從機型“熱備份”UPS供電方式從冗余式配置方案來看，有這樣幾種方式：直接并機冗余UPS供電方式雙總線冗余供電方式UPS電源供電系統(tǒng)的配置形式在未明確之前，UPS禁止直接并聯(lián)使用。對供電質(zhì)量要求很高的計算中心、網(wǎng)管中心，為確保對負(fù)載供電的萬無一失，需要采用如下幾種具有“容錯”功能的冗余供電系統(tǒng)。一、主機一從機型“熱備份”UPS供電方式這是緣于UPS電源的鎖相同步控制技術(shù)還未完善到足以保證多臺UPS的逆變器電源總是處于同相、同頻的跟蹤技術(shù)下常采用的方案。一、主機一從機型“熱備份”UPS供電方式圖中，UPS-2中的逆變器電源2一直處于空載狀態(tài)，只有當(dāng)UPS一1故障時，UPS-2才承擔(dān)供電業(yè)務(wù)。一、主機一從機型“熱備份”UPS供電方式上述方式的缺陷在于UPS-2長期處于空載狀態(tài)，其電池壽命會縮短、容量會下降，且UPS-2得具有階躍性負(fù)載承載能力，無擴容能力。一、主機一從機型“熱備份”UPS供電方式為提高性價比，可采用下圖所示的形式。UPS-1和UPS-2作主機使用，而UPS-3作為二者的從機。這種冗余工作方式由于沒有“擴容”功能和可能出現(xiàn)主機向從機切換時4毫秒的供電中斷，而使得其應(yīng)用范圍有限。二、直接并機冗余供電方式為克服主機---從機型熱備份供電系統(tǒng)的弱點，隨著UPS控制技術(shù)的進步，具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯(lián)而形成冗余供電系統(tǒng)。為保證高質(zhì)量的并機系統(tǒng)，各電源間必須保持同頻、同相，且各機均流。二、直接并機冗余供電方式“N+1”型直接并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)：對于某些型號的UPS，可以將多臺UPS以“N+1”冗余方式直接并機工作。正常工作時，N+1臺UPS同時提供負(fù)載電流，當(dāng)其中一臺出現(xiàn)故障時，由剩下的N臺UPS承擔(dān)全部負(fù)載。二、直接并機冗余供電方式因此，N+1冗余供電系統(tǒng)能承受的總負(fù)載為N臺UPS容量之和。隨著多機并機系統(tǒng)中的N數(shù)量增大，并機系統(tǒng)的MTBF值會逐漸下降。因此，在條件允許時，應(yīng)盡可能減少多機并機系統(tǒng)中的UPS單機的數(shù)量。一套設(shè)計完善的N+1型并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)應(yīng)完成以下的控制功能。（一）鎖相同步調(diào)節(jié)功能為安全、可靠執(zhí)行供電的切換，要求逆變輸出頻率及相位與旁路市電處于嚴(yán)格的鎖定狀態(tài)而且對多臺間的相位差進行微調(diào)，使相位差盡可能趨于零，從而實現(xiàn)冗余系統(tǒng)鎖相同步的完善調(diào)節(jié)，以防止并聯(lián)系統(tǒng)出現(xiàn)環(huán)流。（二）均流調(diào)節(jié)均流調(diào)節(jié)應(yīng)保證并機系統(tǒng)均衡承擔(dān)總電流，因此UPS并機控制電路應(yīng)對每臺UPS的輸出電壓進行微調(diào)，以保持多臺UPS電流輸出的均衡度。（三）選擇性脫機跳閘功能并機控制電路應(yīng)正確判斷出哪臺UPS單機出現(xiàn)故障，并進行自動操作，向值機人員發(fā)出告警信號，以便及時檢修。（四）非冗余工作狀況報警若系統(tǒng)處于非冗余狀況，并機控制電路應(yīng)發(fā)出告警，提醒值機人員及時排除故障，恢復(fù)冗余供電狀態(tài)，防止由于負(fù)載的變化切換到交流旁路供電系統(tǒng)。（五）環(huán)流監(jiān)控環(huán)流的出現(xiàn)，將會導(dǎo)致UPS并機系統(tǒng)運行效率下降，加速單機老化，嚴(yán)重時造成向交流旁路系統(tǒng)切換或停止供電，因此必須對環(huán)流進行監(jiān)控。因UPS設(shè)計不同，直接并機方案有簡單的直接并機方案、主動式的并機方案以及輸出端帶“總線輸出開關(guān)”冗余供電設(shè)計的直接并機方案。1.簡單的直接并機方案各臺UPS只實行與市電的跟蹤同步，相互間對相位、電壓不進行調(diào)節(jié)，因此易發(fā)生故障。2.主動式直接并機方案各臺UPS只實行與市電的跟蹤同步，相互間對相位、電壓不進行調(diào)整。(1)“1+1”型直接并機方案：如下圖所示，“1+1”并機板完成調(diào)節(jié)單機間的相位差，對輸出電壓進行微調(diào)，達(dá)到對負(fù)載的均衡供電并實行環(huán)流管理。市電電源~==~1+1并機板整流器1電池組1逆變器1交流旁路靜態(tài)開關(guān)1逆變器靜態(tài)開關(guān)1UPS-1維修旁路11+1并機板整流器2電池組2逆變器2交流旁路靜態(tài)開關(guān)2逆變器靜態(tài)開關(guān)2UPS-2維修旁路2配電柜負(fù)載~==~“1+1”型直接并機冗余供電系統(tǒng)：它是通過將兩臺具有相同功率的UPS的輸出置于同幅度、同相位和同頻率的狀態(tài)而直接并聯(lián)起來。正常工作時，由兩臺UPS各承擔(dān)1/2負(fù)載電流，萬一其中一臺UPS出現(xiàn)故障時，由剩下的一臺UPS來承擔(dān)全部負(fù)載。這種并機系統(tǒng)的平均故障工作時間MTBF是單機UPS的7-8倍，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。(2)“導(dǎo)航型”UPS直接并機方案：如圖所示，它與“1+1”型直接并機方案的區(qū)別在于將其中一臺UPS單機作為具有優(yōu)先同步跟蹤市電的“導(dǎo)航UPS”，其余UPS則去同步跟蹤“導(dǎo)航機”，不直接同步跟蹤市電電源。相對來講此系統(tǒng)不需要并機控制柜，但可能出現(xiàn)各機的相位差較大，環(huán)流偏大。~=~==~=~并機板并機板UPS-1UPS-2市電電源配電柜負(fù)載(3)“熱同步”并機技術(shù)：如圖所示，當(dāng)兩臺UPS在執(zhí)行并機操作時，在強大的微處理器的直接數(shù)字合成技術(shù)和自適應(yīng)調(diào)控功能支持下，無需捕捉相互的實時參數(shù)，而達(dá)到互鎖及均流的目的。市電電源整流器靜態(tài)開關(guān)逆變器用戶負(fù)載UPS-1UPS-2MOB1MOB雙總線輸出開關(guān)柜電池組1電池組整流器逆變器靜態(tài)開關(guān)(4)采用“并機柜”的并機方案：如圖所示，它是用一個專門的“并機柜”來代替原分散交流旁路供電通道，解決了各個分散的交流旁路上的“靜態(tài)開關(guān)”的不均流帶載問題。~==~~==~~==~配電柜負(fù)載UPS-1UPS-2UPS-3并機板交流旁路靜態(tài)開關(guān)維修旁路市電電源三、雙總線冗余供電方式由于在UPS供電系統(tǒng)中，輸出端與負(fù)載間配有配電柜和斷路器等，若碰到檢修或產(chǎn)生故障，以上介紹的幾種配置形式將引起負(fù)載停電，也即系統(tǒng)的故障率雖然降低了，但可維護性問題并沒有徹底解決。因此，可采用下圖所示的雙總線冗余配置方案。其中，配有兩套靜態(tài)開關(guān)STS1和STS2構(gòu)成的是一套能自動執(zhí)行安全可靠的具有零切換時間的系統(tǒng)。UPS供電系統(tǒng)1UPS供電系統(tǒng)2負(fù)載同步控制器配電柜1配電柜1配電柜2配電柜2雙總線控制器負(fù)載AA負(fù)載BBK1K2KK1K2STS1STS2負(fù)載A負(fù)載B雙電源輸入設(shè)備CDUPS的串并聯(lián)使用雙變換UPS與互動UPS雖有較高的供電質(zhì)量和可靠性，但畢竟是由大量電子元件、功率器件、散熱風(fēng)機和其他一些電氣裝置組成的功率電子設(shè)備，當(dāng)采用單臺UPS供電時，由于其平均失效間隔時間（MTBF）是個有限值，一般為幾萬小時，所以還可能發(fā)生由于UPS本身的故障而中斷供電的現(xiàn)象。采用冗余UPS系統(tǒng)，可使供電的可靠性得到很大提高。雙機串聯(lián)熱備份工作方式市電UPS備機輸出旁路輸出主路輸出旁路輸出主路輸出UPS主機輸出將熱備份的UPS輸出電壓連接到主機UPS的旁路輸入端。UPS主機正常工作時承擔(dān)全部負(fù)載功率，當(dāng)UPS主機發(fā)生故障時自動切換到旁路狀態(tài)，UPS備機通過UPS主機的旁路通道繼續(xù)為負(fù)載供電。雙機串聯(lián)熱備份工作方式市電異常時，UPS處于電池放電的工作狀態(tài)，由于UPS主機承擔(dān)全部負(fù)載功率，所以其蓄電池先放電到終止電壓；然后自動切換到旁路工作狀態(tài)，由備用UPS繼續(xù)為負(fù)載供電，直到備機的蓄電池放電終了。UPS主機與備機、備機與市電應(yīng)鎖相同步。UPS中的靜態(tài)開關(guān)是影響供電系統(tǒng)可靠性的重要部件。并聯(lián)冗余供電工作方式UPS1旁路主路市電UPS2旁路主路并機線輸出用于雙機并聯(lián)的UPS必須具有并機功能，使兩機輸出電壓的頻率、相位和幅度保持一致，輸出電流均衡。這種并聯(lián)是為了提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性，而不是用于供電系統(tǒng)擴容，所以負(fù)載的總?cè)萘坎粦?yīng)超過其中一臺UPS的額定輸出容量。當(dāng)其中一臺UPS發(fā)生故障時，可由另一臺UPS來承擔(dān)全部負(fù)載電流。并聯(lián)冗余供電工作方式多臺UPS并聯(lián)的“N+1”供電系統(tǒng)，其能量轉(zhuǎn)換效率和設(shè)備利用率都高于兩臺UPS并聯(lián)供電系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，由于“N＋1”并聯(lián)冗余系統(tǒng)當(dāng)N值較大時故障率較高，因此并聯(lián)的UPS單機臺數(shù)不宜過多，一般以不超過4臺（即N≤3）為宜。在并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)中，當(dāng)某個單機發(fā)生故障時，該單機的靜態(tài)開關(guān)自動將該機退出系統(tǒng)，系統(tǒng)中并聯(lián)的其余單機繼續(xù)給負(fù)載供電；當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)過載時，負(fù)載通過集中的靜態(tài)開關(guān)或各單機分散的靜態(tài)開關(guān)被轉(zhuǎn)換為由市電旁路供電。UPS并聯(lián)冗余供電配置參考2臺UPS并機：每臺UPS額定容量為總負(fù)載容量的1.25倍。2臺UPS正常運行時，每臺UPS的負(fù)載率不超過40%。1臺UPS退出時，剩余1臺UPS的負(fù)載率不超過80%。UPS并聯(lián)冗余供電配置參考3臺UPS并機：每臺UPS額定容量為總負(fù)載容量的0.625倍。3臺UPS正常運行時，每臺UPS的負(fù)載率不超過53%。1臺UPS系統(tǒng)退出時，另外二臺UPS的負(fù)載率不超過80%。有的通信運營企業(yè)不允許UPS并機超過3臺(N≤2)。雙母線供電系統(tǒng)UPS1LBSUPS2配電屏配電屏分配電屏分配電屏雙電源負(fù)載雙電源負(fù)載雙電源負(fù)載負(fù)載母線2STS分配電屏分配電屏單電源負(fù)載單電源負(fù)載單電源負(fù)載單電源負(fù)載單電源負(fù)載單電源負(fù)載負(fù)載母線1LBS：