基于UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術(shù)的研究

程彩霞

中央廣播電視塔，北京 100142

電源系統(tǒng)在廣播電視行業(yè)中占據(jù)著非常重要的位置，確保電源系統(tǒng)正常工作，進而確保廣播電視節(jié)目高質(zhì)量、不間斷播出是廣播電視人永遠的課題。因而在電源系統(tǒng)的建設(shè)中，出于穩(wěn)定性、可靠性和安全性考慮，電源設(shè)備的選擇多以不間斷電源作為主要供電設(shè)備，以此來保證長期、穩(wěn)定、連續(xù)供電，將電力負面影響降至最小。UPS不間斷電源作為目前普遍應(yīng)用的形式，“n+1”并機冗余技術(shù)的應(yīng)用進一步提升了供電穩(wěn)定性，提升了電源設(shè)備的工作效率與抗雷擊等性能。下面我們基于“1+1”并機冗余技術(shù)加以分析研究。

1 UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術(shù)工作原理

UPS不間斷電源并機冗余技術(shù)采用并機工作系統(tǒng)，兩臺電源同時均勻承擔(dān)系統(tǒng)負載，并平分電流，形成雙機冗余系統(tǒng)，在主輸入電源發(fā)生故障時，二者電池共同承擔(dān)逆變器供電工作，直到電量耗盡會同時跳到旁路或者停機，在提升供電穩(wěn)定性與安全性方面有卓越表現(xiàn)[1]。并機冗余技術(shù)的工作原理見圖1。由UPS、雙隔離變壓器、輸出柜、并機板等組成。從圖中我們可看到，并機系統(tǒng)中的任何一臺UPS電源發(fā)生故障，其系統(tǒng)負載都會（轉(zhuǎn)移到）由另外一臺電源提供，在二者都正常時則并機工作。假如其中一臺UPS主輸入電源出現(xiàn)故障，由其電池供電，直到電量耗盡脫機（該UPS都不會停止工作）由另一臺UPS單機為負載供電。（直到故障解除或者停機、跳到旁路。）這種系統(tǒng)運行中可隨時對其中一臺電源進行維護檢修而不必擔(dān)心系統(tǒng)供電與負載，無論是日常維修養(yǎng)護還是供電運行都十分可靠。

圖1 UPS并機原理圖

2 UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術(shù)應(yīng)用研究

不同的類型與型號的UPS不間斷電源，在并機冗余技術(shù)的應(yīng)用上各有差別，主動并機和被動并機技術(shù)是因主電源和從電源的主從關(guān)系和對等關(guān)系而實現(xiàn)不同方式的冗余運作。串聯(lián)冗余和并聯(lián)冗余是UPS電源系統(tǒng)設(shè)備的冗余。出于提升可靠性考慮，并機冗余技術(shù)在實際應(yīng)用中主要針對UPS電源冗余系統(tǒng)作出變動，以滿足自身應(yīng)用需求。串聯(lián)即為一臺帶載、一臺空載熱備用，將備用狀態(tài)UPS串入帶載運行旁路，并聯(lián)則為冗余系統(tǒng)中兩臺UPS設(shè)備均處于同步輸出狀態(tài)，均分負載，任意一臺故障不會影響負載。可以看出，并聯(lián)冗余更具有可靠性較高、能增加帶載能力等優(yōu)勢，所以目前市場上應(yīng)用較為普遍，尤其是雙機并聯(lián)冗余系統(tǒng)，可靠性較單機提升六倍以上，是大中型結(jié)構(gòu)和企業(yè)的主流選擇。

并機冗余系統(tǒng)的并機方式目前主要有數(shù)據(jù)線通信并機和無數(shù)據(jù)線熱同步并機兩種，前者通過并機線、板傳遞同步信號和負載量信號，保證鎖相同步、負載均分實現(xiàn)并機，后者通過自動跟蹤并機輸出母線電壓、電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)逆變器輸出，與另一臺實現(xiàn)負載均分并機，并且這種防護四由于取消了并機線、板等公共部件，完全實現(xiàn)了100%冗余，減少了設(shè)備故障發(fā)生率，提升了運行質(zhì)量與效率。對于并機系統(tǒng)而言，決定其可靠性的關(guān)鍵在于UPS之間環(huán)流大小，數(shù)據(jù)線并機方式依賴鎖相環(huán)實現(xiàn)同步，每個周波最多調(diào)節(jié)兩次，其并機環(huán)流偏大，約為6%～12%，熱同步并機方式采用自適應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)同步，每個周波可調(diào)整六十次，并機環(huán)流偏小，基本在3%以下，多數(shù)僅有1.5%左右，這就使得后者可靠性得到大力提升。從二者優(yōu)劣勢和電源系統(tǒng)發(fā)展取向來看，熱同步方式無疑將會是日后并機冗余系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，也是多數(shù)電力調(diào)度系統(tǒng)的首選方案。

在網(wǎng)絡(luò)管理中心和數(shù)據(jù)管理中心，普遍使用雙轉(zhuǎn)換、三相高頻在線式UPS，在出現(xiàn)電壓瞬時跌落、減幅震蕩、高壓脈沖、電壓波動、浪涌電壓、諧波失真、頻率波動等狀況時刻迅速提供良好解決方案，對于用戶而言供電、負載安全可靠。目前還有不少UPS不間斷電源設(shè)計中將每一相由一個單獨的PFC電路把交流轉(zhuǎn)換成直流再經(jīng)過逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流輸出，同時，提供一塊單獨的控制器，對PFC電路進行的實時控制和數(shù)據(jù)采集，以使整個系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的運行，更及時的把系統(tǒng)狀態(tài)反饋給用戶。這種控制方式不僅有效延長了電池的使用壽命，且雙市電輸入結(jié)構(gòu)顯著提升了系統(tǒng)可靠性，增加了系統(tǒng)防護等級。

UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術(shù)在供電系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，合理的技術(shù)運用能夠顯著提升工作效率，提升運行穩(wěn)定性、可靠性與安全性，因此有“黃金冗余”之稱。

隨著冗余并機技術(shù)的發(fā)展，“n+x”并機可靠性也隨之增長。如我單位使用的英飛Symmetra? px 是“n+1”UPS直接并機冗余系統(tǒng)。它整機采用模塊化熱插拔技術(shù)。系統(tǒng)配置隨需要調(diào)整。增加功率模塊就可以增加系統(tǒng)的輸出功率。任意功率模塊故障，只影響10KVA的功率輸出。帶來的好處是降低系統(tǒng)擴容成本，備件的數(shù)量減少，更大大降低了設(shè)備的維護時間。另外，系統(tǒng)具備監(jiān)控模塊，實時統(tǒng)計系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊的工作狀態(tài)及供電情況，為維護人員及時掌握電源系統(tǒng)動態(tài)提供可靠保證。2005年底使用工作至今，可靠的運行、簡便的維護為保障安全播出提供了可靠的保證。

UPS電源可靠性對于電力系統(tǒng)運行、調(diào)度和安全至關(guān)重要，需要維護工作人員對自身所使用的電源設(shè)備運行原理、結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)方式有深入了解，這樣才能夠很好的解決運行過程中出現(xiàn)的各類問題，確保電源發(fā)揮運行中的現(xiàn)實意義。

[1]賴偉勇.UPS電源在高速公路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(2).

[2]張鯤，鹿優(yōu).電網(wǎng)調(diào)度自動化主站不間斷供電電源的運行與維護[J].中國電力教育，2011(24).

[3]趙亮.UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術(shù)應(yīng)用[J].中國交通信息化，2010(8).