基于UPS不間斷電源“1+1”并機(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(fù)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(jī)冗余技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)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(jī)冗余技術(shù)加以分析研究。

1 UPS不間斷電源“1+1”并機(jī)冗余技術(shù)工作原理

UPS不間斷電源并機(jī)冗余技術(shù)采用并機(jī)工作系統(tǒng)，兩臺(tái)電源同時(shí)均勻承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)載，并平分電流，形成雙機(jī)冗余系統(tǒng)，在主輸入電源發(fā)生故障時(shí)，二者電池共同承擔(dān)逆變器供電工作，直到電量耗盡會(huì)同時(shí)跳到旁路或者停機(jī)，在提升供電穩(wěn)定性與安全性方面有卓越表現(xiàn)[1]。并機(jī)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(jī)板等組成。從圖中我們可看到，并機(jī)系統(tǒng)中的任何一臺(tái)UPS電源發(fā)生故障，其系統(tǒng)負(fù)載都會(huì)（轉(zhuǎn)移到）由另外一臺(tái)電源提供，在二者都正常時(shí)則并機(jī)工作。假如其中一臺(tái)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(jī)（該UPS都不會(huì)停止工作）由另一臺(tái)UPS單機(jī)為負(fù)載供電。（直到故障解除或者停機(jī)、跳到旁路。）這種系統(tǒng)運(yùn)行中可隨時(shí)對(duì)其中一臺(tái)電源進(jìn)行維護(hù)檢修而不必?fù)?dān)心系統(tǒng)供電與負(fù)載，無論是日常維修養(yǎng)護(hù)還是供電運(yùn)行都十分可靠。

圖1 UPS并機(jī)原理圖

2 UPS不間斷電源“1+1”并機(jī)冗余技術(shù)應(yīng)用研究

不同的類型與型號(hào)的UPS不間斷電源，在并機(jī)冗余技術(shù)的應(yīng)用上各有差別，主動(dòng)并機(jī)和被動(dòng)并機(jī)技術(shù)是因主電源和從電源的主從關(guān)系和對(duì)等關(guān)系而實(shí)現(xiàn)不同方式的冗余運(yùn)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(jī)冗余技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要針對(duì)UPS電源冗余系統(tǒng)作出變動(dòng)，以滿足自身應(yīng)用需求。串聯(lián)即為一臺(tái)帶載、一臺(tái)空載熱備用，將備用狀態(tài)UPS串入帶載運(yùn)行旁路，并聯(lián)則為冗余系統(tǒng)中兩臺(tái)UPS設(shè)備均處于同步輸出狀態(tài)，均分負(fù)載，任意一臺(tái)故障不會(huì)影響負(fù)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(shì)，所以目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為普遍，尤其是雙機(jī)并聯(lián)冗余系統(tǒng)，可靠性較單機(jī)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(jī)冗余系統(tǒng)的并機(jī)方式目前主要有數(shù)據(jù)線通信并機(jī)和無數(shù)據(jù)線熱同步并機(jī)兩種，前者通過并機(jī)線、板傳遞同步信號(hào)和負(fù)載量信號(hào)，保證鎖相同步、負(fù)載均分實(shí)現(xiàn)并機(jī)，后者通過自動(dòng)跟蹤并機(jī)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(tái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均分并機(jī)，并且這種防護(hù)四由于取消了并機(jī)線、板等公共部件，完全實(shí)現(xiàn)了100%冗余，減少了設(shè)備故障發(fā)生率，提升了運(yùn)行質(zhì)量與效率。對(duì)于并機(jī)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(jī)方式依賴鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)同步，每個(gè)周波最多調(diào)節(jié)兩次，其并機(jī)環(huán)流偏大，約為6%～12%，熱同步并機(jī)方式采用自適應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步，每個(gè)周波可調(diào)整六十次，并機(jī)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(shì)和電源系統(tǒng)發(fā)展取向來看，熱同步方式無疑將會(huì)是日后并機(jī)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(shí)跌落、減幅震蕩、高壓脈沖、電壓波動(dòng)、浪涌電壓、諧波失真、頻率波動(dòng)等狀況時(shí)刻迅速提供良好解決方案，對(duì)于用戶而言供電、負(fù)載安全可靠。目前還有不少UPS不間斷電源設(shè)計(jì)中將每一相由一個(gè)單獨(dú)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(shí)，提供一塊單獨(dú)的控制器，對(duì)PFC電路進(jìn)行的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集，以使整個(gè)系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的運(yùn)行，更及時(shí)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(hù)等級(jí)。

UPS不間斷電源“1+1”并機(jī)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(yùn)用能夠顯著提升工作效率，提升運(yùn)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，“n+x”并機(jī)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(jī)冗余系統(tǒng)。它整機(jī)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(kuò)容成本，備件的數(shù)量減少，更大大降低了設(shè)備的維護(hù)時(shí)間。另外，系統(tǒng)具備監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊的工作狀態(tài)及供電情況，為維護(hù)人員及時(shí)掌握電源系統(tǒng)動(dòng)態(tài)提供可靠保證。2005年底使用工作至今，可靠的運(yùn)行、簡便的維護(hù)為保障安全播出提供了可靠的保證。

UPS電源可靠性對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行、調(diào)度和安全至關(guān)重要，需要維護(hù)工作人員對(duì)自身所使用的電源設(shè)備運(yùn)行原理、結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方式有深入了解，這樣才能夠很好的解決運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類問題，確保電源發(fā)揮運(yùn)行中的現(xiàn)實(shí)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?chǎng)H，鹿優(yōu).電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主站不間斷供電電源的運(yùn)行與維護(hù)[J].中國電力教育，2011(24).

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