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施耐德APC电源多种并机冗余方案介绍

当两台APCUPS电源在执行并机操作时,不需要互相获取对方的实时的输出效率、相位、电压、电流等参数信息,就能达到相互锁相同步并均匀分担负载电流的目的。这种并机技术在强大的微处理器的直接数字合成技术和自适应调控功能的支持下,只需要自己关注自己的输出电压、电流及相位,就可以达到输出的同步跟踪并均分载电流以及在某台APCUPS电源出故障时,将其从 UPS 并机系统中快速脱机等调控功能(执行“选择性脱机跳闸”操作)。该技术的好处在于无需在两台 UPS 之间敷设信号通过电缆,完全避免了传统并机技术中所常见的因采用相对脆弱的多芯扁平通信电缆而带来的“瓶颈”型的“公共故障点”的问题(见图 1.36)。

当并机时,两台APCUPS电源均会同时同步跟踪交流旁路电源的频率和相位,由于这两台 UPS 的交流旁路电源是同一市电电源,因此,这时的两台APCUPS的输出电源的电压及相位已经非常接近,但为了使得各台 UPS 之间的相位差尽可能地趋于零,并机系统申的APCUPS电源还会小幅度地和快速地调整它的输出电源的相位,以使得可能出现在 UPS 并机系统中的各台 UPS 之间的输出电流的均流不均衡度尽可能地减小。在理想情况下,均流的不平衡度为零。也就是说, 从每台 UPS 单机所输出的电流都完全相等。为提高调节精度,在并机系统中,采用“高频度、小步长”的调控法,它能在 1 秒内对 UPS 的逆变器执行 3000 次同步跟踪调节。当花这两台UPS 之间出现微小的相位差时,会导致从每台 UPS 输出的负载电流不相等,此时,位于 UPS 并机系统中的各台 UPS 将会通过各自的监测电路来实时监视其实际的输出电流的幅值,当某台 UPS 发现它的输出电流增大时,就会控制自己的输出电源的相位向相反方向移动,以减少负载电流的不均衡度,经过如此反复地多次调节,就能最终找到一个最小的“电流不均衡值” 点,这就是APCUPS电源并机系统的最佳动态“同相位”调控点。正是基于这种原因,采用“热同步” 并机技术的 UPS 冗余直接并机系统的均流不平衡度可以达到小于 2%,而采用其他并机调控技术的冗余并机系统的均流不平衡度一般为 2~5%。而采用"被动式"并机方案的冗余并机系统的均流不平衡度甚至可能高达 9%左右。

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图 1.36“1+1”冗余型并机 UPS 供电系统

采用“并机柜”的多机并机方案

采用本方案的目的是为解决上述的采用分散交流旁路供电技术的多机冗余APCUPS电源配置方案中所出现的位于各个分散的交流旁路上的“静态开关”的不均流带载问题。其配置方案如图 1.41 所示,它用另一个专门的系统旁路“并机柜”来取代分散交流旁路供电通道。位于该系统旁路“并机控制柜”内的并机逻辑板可利用它的频率母线调控电路,电流母线调控电路来使得各 台APCUPS电源单机的逆变器输出总是处于同相位、同频率和均流向负载供电的良好运行状态 (其控制原理与“1+1 并机”方案相似,在此不再重述) 。当 UPS 供电系统因故出现从逆变器电源供电转交流旁路供电时,市电电源将经位于并机柜中的一套交流旁路静态开关(对三相 UPS 来说,共有三条交流旁路静态开关) 来向负载供电,而不会出现在采用分散交流旁路供电技术的多机直接并机配置中所出现的由 N 套交流旁路“静态开关”来同时向负载供电而产生的不均流带载问题。按目前的技术水平,可将 6 一 8 台大型 UPS 进行并机运行。此外,采用“系统旁路柜”方案带来的另一个好处是,我们可从它的显示屏上同时读取整个 UPS 供电系统和各台 UPS 单机的所有运行参数,从而提高了系统的可维护性。

6. 双总线冗余供电方式

上述所有的APCUPS供电系统都仅仅解决了提高APC电源本身的 MTBF,即降低整个APCUPS电源供电系统的故障率的作用,并没有十全十美地解决好APCUPS电源供电系统的可维护性问题。问题的发生是由于在 UPS 供电系统的输出端与负载间还有配电柜、断路器开关、保险丝和电力传输电缆。如果万一配电柜本身或从 UPS 输出端至配电柜的输电电缆出故障或保险丝被烧毁,断路器开关跳闸时,我们要进行检修,就必然要对负载执行停电操作。当然,对一般用户来讲,可以在预先通知用户的条件来执行检修操作。然而,对于某些重要用户是不允许出现对用户执行停电来执行检修任务的。为此,我们可以来用如图 1.43 所示的双总线冗余供电方式。

在双总线输出冗余供电方案中,分别设置有 UPS 系统 1 和 UPS 系统 2,两套 UPS 供电系统 (这种 UPS 供电系统既可以是具有相同额定输出功率的 UPS 单机,也可以是 UPS 并机供电系统。)

从 UPS—1 系统和 UPS—2 系统送出的高质量逆变器电源被分别送到配电柜 1 和配电柜2。在负载总线控制器的作用下,平时 K1 和K2 开关处于相通状态,K 处于断开状态。这样, 从 UPS 系统 1 输出的逆变器电源——配电柜 l——K1 开关——A 路输出电缆——向负载 A 供电。与此同时,UPS 供电系统 2 经配电柜 2、开关 K2 向负载 B 供电。一旦 UPS 系统 1 或配电柜 l 或K1 开关之中的任一部件出故障时,通过负载同步控制器,自动执行同步切换操作, 将 K 开关闭合,就能在保证APCUPS电源供电系统 2 在继续对负载 A 供电的条件下,对位于有故障的APCUPS电源系统 1 的供电通上的相关设备执行检修任务。



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