UPS的性能分类与标准化UPS系统结构

　　
图10 分布冗余UPS （双母线供电系统）

　　3.3.2 分布冗余UPS的同步问题

　　对于双电源负载设备，只要任何一个输入电源正常，负载设备就可以正常工作。当两个UPS给双电源负载设备供电时，只需将两个UPS电源直接接到双电源负载设备的输入端，当其中一个UPS 出现故障时也不必进行电源转换。因此两个UPS是完全独立的，其输出不必同步。这种配电电路最简单。

　　对于单电源负载设备，其输入电源是不允许停电的。当两个UPS给单电源输入的负载设备供电时，应采用静态转换开关，正常时由其中一个UPS为负载供电，当供电的UPS 故障时或需要维护时，静态转换开关将负载不间断地转换到由另一UPS供电。

　　目前，双电源输入的负载设备正在不断增加，还有三电源负载设备。但是大部分负载设备还是单电源输入的。因此，分布冗余UPS的配电系统必须考虑两个UPS 的同步和相互之间转换的问题。

　　在分布冗余UPS中，两个UPS的同步是非常重要的问题，两个UPS 必须在全部时间内保持同步。同步不仅可以缩短两个UPS之间的转换时间，减少单电源输入的负载设备供电中断时间，而且可以有效地保护电源设备和负载设备，避免事故发生。因为如果两个UPS不同步，进行了不同相位的转换，两个电源之间就会出现环流，损坏电源设备。而且还会损坏负载设备。例如，对于交流磁性负载（比如变压器、继电器线圈和电动机等），交流电源相位的突变会产生非常大的再磁化电流，致使电源设备过载或使过流保护装置动作、开关跳闸。当两个不同步的电源进行相互转换时，一定要进行中断的转换。

　　两个UPS在正常情况下一般是同步的，因为两者都同步于同一个旁路电源（市电）。但是在市电故障时（同步源消失），如果两个UPS都同步于各自的内部时钟，两者就不会同步。为此，应配置了 “负载母线同步电路（LBS）”，以保证在市电停电时，两个UPS都工作于储能方式，或者两个UPS工作于两个独立的发电机组时，也能可靠地同步。

www.55dianzi.com        LBS 连续检测两个UPS 的输出之间的相位关系，如果失步超过预定的时间（0.5～5s），LBS 就使指定为“从系统（DSS）”的UPS 同步于指定为“主系统（DMS）”的UPS。在此期间LBS 连续监视两个系统的旁路输入电压的质量和同步情况。一旦恢复正常，LBS就将两个系统恢复为同步到各自的旁路输入电源。

　　值得顺便一提的是， 分布冗余 UPS 系统中的两个独立的UPS 必须在任何时间保持同步， 双变换 UPS通过LBS就能做得到。 市电交互 UPS 和 Delta 变换UPS 正常运行时只能同步于为其供电的市电交流输入电源，不能进行输出频率的控制。这种UPS构成分布冗余UPS时，要求所有独立的UPS的输入电源（独立的备用发电机组）同步运行。每个独立的UPS模块还需要有一个内部系统同步单元用于蓄电池供电时各独立UPS模块的同步。

　　3.3.3分布冗余UPS的配电电路

　　1）分布冗余UPS常用配电电路

　　图11示出 双母线 分布冗余UPS供电系统的常用的配电电路。UPS1和UPS2经各自的输出配电屏为双电源负载和单电源负载供电。

　　（1）双电源负载设备，只要任何一个输入电源正常，负载设备就可以正常工作。因此。只需将两个UPS输出经UPS输出配电屏、分配电屏（）直接接到双电源负载设备的输入端，就可以在负载输入端得 到冗余的电源。当其中一个UPS 出现故障时负载设备仍能正常工作，不需要静态转换开关进行电源转换。考虑到分布冗余UPS系统还有单电源负载设备，仍配置了LBS，以保证两个UPS的同步。这种配电电路完全实现了将电源系统的冗余扩展到负载设备的电源输入端。

　　（2）单电源负载需经UPS输出配电屏、静态转换开关（STS）转换后再经分配电屏（列头柜）供电。静态开关采用快速先断后合（break before make）的转换技术，可确保两个UPS电源的独立性，既保证电源切换时不影响负载正常工作，又防止了一个UPS的故障影响另一个UPS。

　　（3）如果不配置LBS，只能构成非同步的双母线分布冗余UPS供电系统，此时双电源负载的配电电路与前述相同。而单电源负载就只能接在一个母线上，不再是双母线供电了。当全部负载都是双电源负载，或者双电源负载多，单电源负载很少时，这种不同步的双母线供电系统方案也是可行的。

　　
图11 双母线分布冗余UPS的常用配电电路

　　2）超高 可用度 的分布冗余UPS配电电路

　　图12 示出一种可用度非常高的双母线分布冗余UPS配电电路。在此电路中，UPS1和UPS2构成双母线分布冗余UPS系统。静态转换开关STS1和STS2的两个输入电源均引自UPS1的输出配电屏1和UPS2的输出配电屏2。STS1整定为UPS1为主用，其输出接到分配电屏1（列头柜1），STS2整定为UPS2为主用，其输出接到分配电屏2（列头柜2）。各个双电源负载的两路输入电源均引自分配电屏1和分配电屏2。单电源负载再经“使用点转换开关”供电，“使用点转换开关”的两个输入电源也引自分配电屏1和分配电屏2。

　　在正常情况下，UPS1和UPS2 各带一部分负载，因此避免了其中一个UPS 故障时需要进行100%的负荷转换。这种配电电路的成本很高，因为双电源负载也增加了STS ，单电源负载增加了“使用点转换开关”（采用机械开关）。但是，整个供电系统，从UPS设备直到双电源负载的电源输入端和单电源负载的使用点转换开关之前的电路，都可以脱离系统进行维护。

　　分布冗余UPS还可以组成三母线、四母线等供电系统，本文不赘述。

　　
图12 超高可用度的双母线分布冗余UPS配电电路

　　分布冗余UPS系统与单机、 并联冗余 或隔离冗余相比，可维护性和故障容限得到了很大的提高。采用双母线配电，可以将负载全部转换到一个母线上（不必象并联冗余UPS那样转换到旁路），由一个UPS 供电。而另一个UPS 及其断路器、配电设备都可以脱离系统进行维护。因此可以得到连续的可用度。

　　分布冗余UPS系统比并联冗余或隔离冗余系统简单、便宜。最普通的方法是用两台单机UPS和LBS构成双母线分布冗余UPS系统。不需要增加系统级控制设备。由于采用了双母线和静态转换开关，使单电源负载也具有类似于双电源负载的功能性。因此，分布冗余UPS系统在进行预防性定期维护时的风险较小。

www.55dianzi.com        4 结束语

　　由于国际上UPS 的名称尚未统一，有些UPS 的名称容易引起混淆；而且，其性能与其名称不符。 IEC62040 规定了新的标准化UPS 名称和系统结构，以及 UPS性能分类 方法。UPS 性能分类代码表示的是UPS 电源的质量，包括UPS 输出电压和频率与其交流输入电源（市电）的关系，输出电压波形和动态特性。UPS 性能分类代码是评价UPS 性能的最简单、最直观的方法。不同的性能分类代码对应于不同的标准化UPS 系统。但性能分类代码不反映UPS 系统的 可用度 。冗余UPS 的性能分类代码与组成冗余系统的单机系统的性能分类代码是相同的。

　　UPS 产品应由厂家按照标准规定进行性能分类代码的标识。用户应采用已标识性能分类代码的UPS产品。对于尚未标识性能分类代码的UPS 产品，用户应要求厂家做出解释。

　　本文阐述了IEC62040 规定的UPS 性能分类方法和标准化UPS 系统结构，并介绍了高可用度的冗余UPS系统，其中包括目前广泛应用的 并联冗余 UPS 系统和正在不断发展的 分布冗余 UPS 系统（ 双母线 UPS供电系统）。并联冗余UPS系统具有UPS模块的冗余，在一定程度上提高可维护性和故障容限；改善了系统可用度，适用于电信系统各种负载。分布冗余UPS系统具有UPS模块、UPS系统和UPS配电的冗余；因此具有UPS模块、UPS系统和UPS配电同时维护和故障容限的性能，可达到连续的（100%）可用度。这种分布冗余UPS系统技术正在发展，应用范围不断扩大；预计不久将会成为用于电信等重要负载的主流UPS 系统。

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