航天指挥控制中心卫星测控地面站 李建国
摘要 文中分析了UPS的串并联冗余技术,并提出了两台不同型号UPS的三种安装改造方案,并结合配电结构实际情况,分析了三种方案的优点和缺点,最后选出了UPS最佳改造方案。
UPS作为电源保障,为负载提供高质量的不间断电源,在航空航天、卫星通信等重要领域大量应用。目前我单位配有IPM BP225 UPS一台,单机运行了十余年,由于设备陈旧,存在一定的风险性。为了提高供电系统的安全性和可靠性,我单位决定对供电系统进行改造,新增一台UPS。为了改造工作的顺利开展,本文分析了两台UPS的串并联冗余技术,并结合配电结构的实际情况,提出了三种改造技术方案,并详细分析了其优点和缺点,最后选出了最佳改造方案。
1 UPS的串并联冗余技术
在UPS的应用中,用户为了提高运行可靠性,往往要求几台UPS冗余连接。UPS的冗余连接有串联和并联两种方式。
1.1 UPS的串联连接
任何具有旁路(BYPASS)的UPS都可以进行串联连接,两台UPS的串联连接的方式如图1所示。
图1 UPS串联连接
这种连接很方便,只需要将一台UPS(如UPS1)的BYPASS(BYPSS1)的输入与市电断开,并连接另一台UPS(如UPS2)的输出端,就构成了两台UPS的热备份冗余系统。在正常情况下由UPS1向负载供电,而UPS2处于热备份空载运行;当UPS1故障时,UPS2投入运行接替UPS1继续给负载供电。只有当UPS2因过载或逆变器故障时,才由两台UPS的旁路给负载提供市电。
1.2 UPS的并联连接
提高UPS供电系统可靠性的另一个方法是并联连接,但是UPS的并联连接并不像串联连接那样容易。因为所有UPS的输出阻抗不可能相同,加之各逆变器的输出电压和市电电压锁相都具有正负误差,致使各个UPS的输出电压既有相位差又有幅值差,因此一般UPS直接并联是危险的,只有具有并联功能的UPS才能并联。图2中将两个UPS并联,这种将两台UPS的输出直接并联,必须满足下列条件:相位和幅值相同,以保证两个UPS之间无破坏性环流产生。
图2 UPS并联连接
为了满足上述条件,仅具备BYPASS结构的UPS就远远不够了,如果是不具备并联功能的UPS,就必须在原UPS的基础上增加并联柜或并联板,这样就必须增加投资。
并联连接的优点在于它不仅可以提高可靠性,而且过载、动态性能比串联方式好得多,且便于增容。
并联连接的方式有以下几种:
(1)主从并联
这种方式是并联系统中以一台UPS为主机,其他为从机。从机在主机的控制下,从机中任意一台出现故障,均不影响系统的正常供电,但若主机出现故障则全系统瘫痪。
(2)无主从并联
并联系统中无主从之分,系统中任一台UPS既是主机也是从机,哪台先开哪台就是主机,而后开机的都是从机。一旦主机故障停机,系统自动选择作为从机运行的另一台UPS接替主机的工作,保持供电不间断。
(3)限流并联系统
把系统中所有的输出并联连接,但每台UPS必须有可靠的限流功能,即在任何情况下都保证把该UPS的输出电流限制在额定值内,这种方法仅限于单相电源。
2 不同型号UPS的安装方案
2.1 串联连接
IPM BP225 UPS作为主用UPS,台达(GES-NT100k)UPS作为备用UPS,其输入端接在IPM BP225 UPS的旁路上。正常情况下IPM BP225 UPS工作,当IPM BP225 UPS发生故障时自动转为静态旁路,此时由备用UPS通过主用UPS的静态旁路为负载提供不间断的电源。
在实际改造中,引电缆至备用UPS市电主输入,将IPM BP225 UPS的旁路输入电缆拆除并连接在台达(GES-NT100k)UPS的输出端。串联方案示意图如图3所示。