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模块化UPS性能改进分析

 

模块化UPS以其高可用性、可维护性日益受到认同,成为通信网络中电信级UPS发展趋势。

传统UPS存在供电系统可靠性及设备可维护性差等问题,影响着其在通信网络中的应用。
为了解决传统UPS供电存在的问题,模块化UPS在功率模块控制方式、并机方式、旁路控制方式、蓄电池组设置、系统的容量选择、冗余方式、支持在线热插拔等方面进行了改进。
 
1   功率模块控制方式
 
模块化UPS系统中各功率模块之间需要一定方式的控制来统一协调工作。目前功率模块的控制方式主要分为两种:集中控制逻辑模式和分散控制逻辑模式。
 
集中控制逻辑需要一个独立的集中检测控制模块单元,检测市电的频率和相位,向每个UPS模块发出同步脉冲。控制模块检测负载的总电流,然后除以并联UPS模块数作为各UPS模块的电流参考,并与本模块电流比较求出偏差,控制使其最小。
 
集中控制逻辑模式采用一个集中的控制模块单元,如果该控制模块出现故障时,整个UPS并联系统就会瘫痪,存在单点故障。模块化UPS系统不应采用这种逻辑控制方式。
 
分散逻辑控制技术是一种比较完善的分布式智能控制技术,它采用了在各逆变电源中把每个功率模块中的电流及频率信号进行综合,得出各自频率及电压补偿信号的控制策略。这种方式可实现真正的冗余并联,有一个模块故障退出时,并不影响其他模块的并联运行。但当多个模块并联时互连线数目较多,信息量大,实现较复杂。分散控制逻辑模式不需要独立的控制模块,故不存在这方面的单故障点,是模块化UPS理想的逻辑控制方式。
 
2   系统并机方式
 
目前模块化UPS系统机柜并机主要有两种方式:集中式一体化控制方式和机架独立分控方式。
 
集中式一体化控制方式是系统内仅有一套监控系统和一套旁路控制系统,实现所有工况及状态集中监视及集中管理。
 
机架独立分控方式是系统内每一个机架均配置各自独立的一套监控系统和旁路控制系统,系统的工况及状态受到每个独立机架的监控系统和旁路控制系统状态的影响。系统参数的调整只能在每个机架各自进行人工同步调整,再通过并机通信线组成大系统,控制逻辑复杂。
 
模块化UPS系统并机使用时,应采用集中式一体化控制方式,以便集中监视管理,参数调整一步到位。不应采用机架独立分控方式。
 
3   系统旁路控制方式
 
目前大容量模块化UPS系统的旁路控制技术主要有三种模式:集中旁路、机架独立分散旁路及功率模块独立分散旁路控制模式。
 
集中旁路控制系统具有过载能力强和可靠性高的优点,分散旁路具有可扩容性高、成本低的优点。两种技术均大量存在于各种应用场合。
 
一般情况下模块化系统容量的冗余量较小,系统实际负载率理论上可达到70%的额定容量,在此情况下分散旁路控制系统不一定能满足系统的全部需求,基于这种考虑,集中旁路控制系统更适合。
 
4   蓄电池组设置
 
目前模块化UPS系统均采用了IGBT高频整流技术,一般都采用高电压的蓄电池组,并采用了对称的中心抽头模式,多数选择在30~64只/12V蓄电池。
 
蓄电池组配置的电压高一点对实际运行更为有利。但受器件的耐压等级限制,蓄电池组均充电压无法提高,故蓄电池组的只数不能配置过多。在一个模块化UPS系统中,宜安装两组及以上但不超过4组的蓄电池组。蓄电池组在任何工况下,不得全部脱离UPS系统。
 
5   系统的容量选择
 
目前大部分模块化UPS系统均能在20~200kVA的中容量段选择单机使用。在200~400kVA的大功率容量段使用的模块化UPS系统,应具备系统并架的能力。400kVA及以上的并机系统容量,可以作为大容量系统在200~400kVA的大容量段投入使用。通过更灵活的模块级和机架级并联冗余方式增强系统配置的灵活性和可扩充能力。
 
一个模块化UPS系统的容量应控制在500kVA以内,系统内功率模块机架并架数不超过两个,单个机架内的UPS功率模块数量不超过12个。
 
6   冗余方式
 
传统UPS是采用系统级冗余,模块化UPS采用模块级冗余。模块级冗余可有效降低整个不间断供电系统的造价和运行成本,同时系统也能通过新增模块在线扩容,模块利用率较高,也可以使能效提高。增加功率模块,即可实现“N+X”的模块级冗余。要组成完全各自独立双母线的2N系统,可以用两套各自独立“N+X”模块化UPS系统来实现,在系统冗余可靠性方面,完全可以等同甚至优于传统整机式UPS的“N+1”主机并联冗余。
 
7   支持在线热插拔
 
模块化UPS支持在线热插拔。各模块单元的规格统一,具体的实施很简单,更换时间短,几分钟内即可完成。模块化UPS提高了系统的可用性,使维护更为便利,确保负载得到最佳的保护。
 
8   结束语
 
模块化UPS系统充分利用了模块化技术,有效地提高了交流不间断供电系统的可维护性,从而提高了系统的可用性程度。另外,将传统的系统级冗余改变为模块级冗余,在确保供电安全且系统容量较小情况下,应用模块化UPS可有效降低整个不间断供电系统的造价和运行成本,同时系统也能通过新增模块在线扩容,而其模块利用率较高也可以使能效提高。模块化UPS技术可以改善传统UPS系统供电可用性不高的的状况。