科华UPS不间断电源冗余并联使用的工作原理讲解(含原理图解)

2022-06-09 229

    UPS(即Uninterrupble Power)不间断电源系统由整流器、储能设备、逆变器和静态开关等几部分组成。现在,国内外市场上有许多种类的UPS系统,但其首要功能与原理基本相同,下面从几方面对科华UPS不间断电源的并联使用的基本工作原理与使用进行一个简单的介绍吧。

 科华UPS不间断电源冗余并联使用的工作原理讲解(含原理图解)

科华UPS不间断电源的作用

    科华UPS电源的用途首要有两方面:一是应急运用,防止忽然断电而影响设备正常工作,给用电设备形成损害;二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电力线噪声和频率偏移等“电源污染”,改善电源质量,为用电设备供给高质量的电源。

    UPS首要由整流系统、储能系统、改换系统和开关操控系统四个部份组成,在电力供电系统供电时整流系统就是一个将沟通电(AC)转化为直流电(DC)的设备,经滤波稳压后供给逆变器或者给储能系统充电,起到充电器的作用。储能系统是UPS不间断电源用来储存电能的设备,它由若干个蓄电池串联而成,电池容量的巨细决定了其坚持放电(供电)的时刻。储能系统的首要功能是在电力供电系统正常时,将电能转化成化学能储存在电池内部;在电力供电系统问题时,将化学能转化成电能供给给逆变器或负载。改换系统是一种将直流电(DC)转化为沟通电(AC)的设备,它由逆变桥、操控逻辑电路和滤波电路组成。开关转化操控系统是一种无触点开关,是用可控硅(SCR)反向并联组成的一种沟通开关,其闭合和断开由逻辑操控器操控,分为转化型和并机型两种。转化型开关首要用于两路电源供电的系统,其作用是完成从一路电源到另一路电源的主动切换;并机型开关首要用于并联逆变器与电力供电线路或多台逆变器的系统中。

科华UPS不间断电源冗余并机使用的基本工作原理

    正常运转状况(见图1)图1中,负载由UPSA和UPSB的整流器——逆变器来供电,一起向各自的电池组充电,每台UPS的逆变器各带50%的负载运转。

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  UPS在线维护工作原理图如下图所示

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    上图中,当其间一台UPS问题时(例如UPSA),会主动退出运转,由剩余的一台UPS带100%负载运转。对问题的UPS可经过断开其Q1、Q2、Q3、Q4和Q5等阻隔开关进行安全地修理,修理之后再投入运转,其状况如上所述。

    即便在UPS没发生问题时,也可使用这种状况对其内部进行维护保养,例如:打扫灰尘、紧固联接件、检测或替换电池等。

    科华UPS不间断电源冗余并机方案图图解

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    科华并联冗余UPS不间断系统的同步

    同步信号的选择

    一般来说,因为各单机UPS的输出均同步于其旁路电源,假如各单机UPS的旁路电源是同一个市电电源,各单机UPS就会天然同步运转。但考虑市电停电时各单机UPS将同步于各自内部的晶体振荡器,在这种情况下就不会天然同步了。为了确保在任何情况下各单机UPS都能同步运转和负载均分,常常选用以下同步方法:

    1、主从同步

    指定其间一台单机UPS为主UPS,其余的为从UPS。在正常情况下,有市电时主UPS同步于市电,无市电时同步于自己的内部晶振;一切“从UPS”(可编号为1、2、3……)都同步于主UPS。如主UPS问题,1号“从UPS”主动变为主UPS。以此类推,2号、3号……UPS也可为主UPS。/2、无主从同步

    即不指定主UPS,任何一个单机UPS都能够为主UPS,也能够为从UPS。一般按开机情况随机确认主UPS,例如哪一台先启动结束,即为主UPS,此主UPS问题时的替代方法同上述方法。

    锁相环同步

    为了使单机UPS的逆变器输出电压与同步信号(旁路电源电压)的频率和相位相同(同步运转),需要一种设备用于检测逆变器输出电压和旁路电压电源的相位差,并将它们变为电压信号去操控逆变器的相位和频率,使逆变器与旁路电压同步,这种设备就是锁相环。锁相环是由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)组成的(见图4)。

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    鉴相器用于比较输入信号Ui(如旁路电源电压)和从压控振荡器反馈回来的输出信号Uo的相位,鉴相器的输出为正比于两个信号的相位差的误差电压信号Ud。低通滤波器用于衰减Ud中的高频重量和噪声,提高抗搅扰能力,输出操控电压Uc。压控振荡器是输出频率受操控电压Uc操控的振荡器。当操控电压Uc=0时,其输出频率固定不变,操控电压Uc≠0时,振荡器的输出频率随操控电压Uc而改变。

    在锁相环中,假如压控振荡器的频率与同步信号的频率差异在规定的范围内,鉴相器输出的误差信号经低通滤波器后,可操控压控振荡器的频率和相位向同步信号挨近,当压控振荡器的频率与同步信号的频率完全相同,并且相位差到达恒守时,锁相环进入确认状况。

    并联冗余UPS系统的负载均分

    在单机UPS系统中,只需旁路电源可用,逆变器总是与旁路电源同步,因而当逆变器问题时,能够经过静态开关不间断地将负载转化到旁路电源。

    在并联冗余UPS中,每个单机UPS都与其旁路电源同步,因为各单机UPS的旁路电源是同一个市电电源,各单机UPS就会天然同步运转。但各单机UPS相位还会有微小的改变。为了确保各单机UPS之间均分负载,有必要确保各单机UPS输出电压的频率和相位上准确的匹配。为此,通常各单机UPS之间需要通信,进行必要相位调理。

    先进的UPS选用搅扰并联技术,各单机UPS之间不需要通信。每个单机UPS只需要监督自己的输出功率,依据输出功率的改变情况进行调理,坚持与其他单机UPS同步运转和负载均分。搅扰并机的原理是使用并联的单机UPS之间的相角差与每个单机UPS所承当负载的关系,进行相位调理的。例如,两个并联的单机UPS的输出波形匹配时,它们将均分负载。假如一个单机UPS波形超前另一个单机UPS,它将承当较多的负载,而另一个单机UPS承当比例较小的负载。两个单机UPS之间的负载分配对两单机UPS的相角差十分灵敏,1度的相角差将会引起50%的负载不平衡。在搅扰并机UPS系统中,每个单机UPS都监督自己的输出功率,并盯梢从一个周波到下一个周波输出功率的改变,两个相邻周波的功率差称为ΔP。假如一个单机UPS的ΔP添加,标明该单机UPS的相角超前于另一个单机UPS,就需要略微下降其输出频率,进行补偿。这种频率调理一般在几个毫赫兹(milliHertz)的数量级。假如一个单机UPS的ΔP减少,标明该单机UPS的相角滞后于另一个单机UPS,就需要略微提高其输出频率,进行补偿。在稳态运转中,各单机UPS的ΔP为零,均不调理它们的输出频率。在突加和突减负载时,两个单机UPS的输出功率具有同样的瞬变并进行一次频率调理(反向或正向调理)。频率调理量也是在几个毫赫兹的数量级。

    并联冗余UPS系统的问题单机UPS的主动跳机

    下面介绍搅扰并机UPS的选择性单机UPS跳机。当单机UPS问题,不能为负载供电时,它有必要脱离负载母线。搅扰并机UPS的选择性跳机性能包含如下两个过程:检测单机UPS问题和使该单机UPS从负载母线上断开。

   不影响关键负载母线电源质量的问题

    有些问题不会影响关键负载母线的电源质量,例如某单机UPS因其空气滤清器阻塞引起过温,因而不能继续工作,有必要从负载母线上断开,原来由此问题UPS承当的负载能够由其他UPS承当。这类问题不会影响关键母线的电源质量,问题UPS从关键负载母线上断开的时刻也不是十分紧迫。

    影响关键负载母线电源质量的问题有些单机UPS的问题会影响负载母线,例如逆变器的元件IGBT短路,将会影响其输出电压,对负载母线电压形成严重影响。关于这种问题应敏捷辨认并赶快从关键负载母线上断开。

    选择性跳机的方法

    如负载均分的操控方法相同,每个单机UPS只需要监督自己是否有问题,发现问题后立即从关键负载母线上断开。为了辨认单机UPS问题,操控电路检测UPS输出电压和输出电流相关于当时的输出电压和输出电流数据的改变。每个单机UPS的操控器都存储最终5个周波的每相输出电压和输出电流波形。将最终5个周波的输出电压和输出电流的平均值()与当时的电压和电流波形(UN和IN)进行比较,计算电压和电流的增量ΔU和ΔI(ΔI=IN-,ΔU=UN-),然后依据ΔU与ΔI乘积的符号确认是否有问题以及是否需要与负载母线脱离。

   并联冗余科华UPS不间断系统的并联台数

    选用并联冗余UPS能够得到较高的可用性。一般可选用1+1或N+1并联冗余UPS系统。1+1并联冗余UPS系统可供给比N+1并联冗余UPS更高的可用性,一般用于要求很高的使用中。在需要归纳考虑本钱、可靠性和扩容性的场合,可选择N+1并联冗余UPS系统。

    N+1并联冗余UPS系统的可用性比单机UPS的可用性高。可是,N+1并联冗余UPS系统的并联台数不是越多越好。1+1并联冗余UPS系统的可用性最高,跟着并联台数的添加,N+1并联冗余UPS系统的可用性会下降。当并联台数为大于4(3+1)台时,系统可用性将会急剧下降。在实际使用中,跟着并联台数(包含蓄电池组)的添加,UPS系统问题率明显添加;系统的本钱和维护量也会添加,维护量的添加意味着人为干涉增多,因而添加了系统问题的危险。

    并联冗余UPS的局限性

    并联冗余是取得高可靠性和高可用性UPS的重要方法。并联冗余UPS能够满意各种关键负载的要求,所以得到了最广泛的使用,但也有其局限性。

    可是,关于单电源输入的负载,假如为其供的断路器问题跳闸,必然会引起这个负载断电。为此,能够选用静态转化开关STS,STS的两路输入由两个分路引进,其间一个优先供电,当此路的断路器或线路问题时,由STS将负载转化到另一路供电。转化时刻一般在5ms内,故不会影响负载的工作(一般设备答应瞬间供电中断的时刻是8-20ms)。因而,采纳STS的方法,单电源负载也相当于双电源负载,一个电源问题时也不会形成负载断电。所以,一般来说,对单电源负载也没有问题了。

    可是,当并联冗余UPS自身呈现问题时,就形成关键负载的系统问题。在实际使用中,这种问题是时有发生的。有必要指出,并联冗余UPS系统(单母线输出)运转中,绝对不能呈现超过20ms的停电或闪断现象,才干确保负载的安全运转。可是,这是不可能防止的。

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