UPS的性能分類與標(biāo)準(zhǔn)化UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隔離冗余系統(tǒng)或備用冗余UPS系統(tǒng)。如采用分布冗余，可將同樣的兩個(gè)400kva的UPS用做兩個(gè)獨(dú)立的UPS。正常時(shí)，400kva負(fù)載的一半接在其中一臺UPS輸出上（負(fù)載母線 1），另一半負(fù)載接在另一個(gè)UPS輸出上（負(fù)載母線 2）。

　　如后文所述，采用適當(dāng)?shù)呐潆婋娐?，就可以在所有的?fù)載設(shè)備輸入端上（不是在UPS輸出端上）得到了冗余電源系統(tǒng)。即電源系統(tǒng)的冗余已分散到各個(gè)負(fù)載設(shè)備，因此稱為“分布冗余”。正常時(shí)，兩個(gè)獨(dú)立的UPS系統(tǒng)（兩個(gè)負(fù)載母線）分別承擔(dān)一半負(fù)載的供電。當(dāng)其中一臺UPS故障時(shí)，另一臺UPS就會(huì)自動(dòng)地承擔(dān)起全部負(fù)載的供電。因此，故障UPS可以脫離負(fù)載進(jìn)行維修。

　　分布冗余UPS 系統(tǒng)的兩個(gè)獨(dú)立的UPS系統(tǒng)可以采用并聯(lián)冗余UPS 系統(tǒng)，也可以采用單機(jī)UPS 系統(tǒng)。采用1+1并聯(lián)冗余UPS組成的分布冗余UPS 的可靠性和可用度非常高，但成本為普通的1+1并聯(lián)冗余UPS 的兩倍。采用單機(jī)UPS 的分布冗余UPS 系統(tǒng)與1+1并聯(lián)冗余UPS 系統(tǒng)的成本基本相同，但其可用度和可靠性比1+1并聯(lián)冗余UPS 系統(tǒng)的要高。因此，這種所謂單機(jī)分布冗余UPS（或稱為單機(jī)雙母線UPS）更為經(jīng)濟(jì)適用，更容易為用戶接受。

　　分布冗余UPS也可以擴(kuò)容，對于較大應(yīng)用系統(tǒng)，每個(gè)獨(dú)立的UPS系統(tǒng)可以采用較大容量N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)，也可以采用并聯(lián)無冗余UPS系統(tǒng)（僅為擴(kuò)大容量而并聯(lián)）。

　　
圖10 分布冗余UPS （雙母線供電系統(tǒng)）

　　3.3.2 分布冗余UPS的同步問題

　　對于雙電源負(fù)載設(shè)備，只要任何一個(gè)輸入電源正常，負(fù)載設(shè)備就可以正常工作。當(dāng)兩個(gè)UPS給雙電源負(fù)載設(shè)備供電時(shí)，只需將兩個(gè)UPS電源直接接到雙電源負(fù)載設(shè)備的輸入端，當(dāng)其中一個(gè)UPS 出現(xiàn)故障時(shí)也不必進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。因此兩個(gè)UPS是完全獨(dú)立的，其輸出不必同步。這種配電電路最簡單。

　　對于單電源負(fù)載設(shè)備，其輸入電源是不允許停電的。當(dāng)兩個(gè)UPS給單電源輸入的負(fù)載設(shè)備供電時(shí)，應(yīng)采用靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，正常時(shí)由其中一個(gè)UPS為負(fù)載供電，當(dāng)供電的UPS 故障時(shí)或需要維護(hù)時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)將負(fù)載不間斷地轉(zhuǎn)換到由另一UPS供電。

　　目前，雙電源輸入的負(fù)載設(shè)備正在不斷增加，還有三電源負(fù)載設(shè)備。但是大部分負(fù)載設(shè)備還是單電源輸入的。因此，分布冗余UPS的配電系統(tǒng)必須考慮兩個(gè)UPS 的同步和相互之間轉(zhuǎn)換的問題。

　　在分布冗余UPS中，兩個(gè)UPS的同步是非常重要的問題，兩個(gè)UPS 必須在全部時(shí)間內(nèi)保持同步。同步不僅可以縮短兩個(gè)UPS之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，減少單電源輸入的負(fù)載設(shè)備供電中斷時(shí)間，而且可以有效地保護(hù)電源設(shè)備和負(fù)載設(shè)備，避免事故發(fā)生。因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)UPS不同步，進(jìn)行了不同相位的轉(zhuǎn)換，兩個(gè)電源之間就會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，損壞電源設(shè)備。而且還會(huì)損壞負(fù)載設(shè)備。例如，對于交流磁性負(fù)載（比如變壓器、繼電器線圈和電動(dòng)機(jī)等），交流電源相位的突變會(huì)產(chǎn)生非常大的再磁化電流，致使電源設(shè)備過載或使過流保護(hù)裝置動(dòng)作、開關(guān)跳閘。當(dāng)兩個(gè)不同步的電源進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換時(shí)，一定要進(jìn)行中斷的轉(zhuǎn)換。

　　兩個(gè)UPS在正常情況下一般是同步的，因?yàn)閮烧叨纪接谕粋€(gè)旁路電源（市電）。但是在市電故障時(shí)（同步源消失），如果兩個(gè)UPS都同步于各自的內(nèi)部時(shí)鐘，兩者就不會(huì)同步。為此，應(yīng)配置了 “負(fù)載母線同步電路（LBS）”，以保證在市電停電時(shí)，兩個(gè)UPS都工作于儲能方式，或者兩個(gè)UPS工作于兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組時(shí)，也能可靠地同步。 LBS 連續(xù)檢測兩個(gè)UPS 的輸出之間的相位關(guān)系，如果失步超過預(yù)定的時(shí)間（0.5～5s），LBS 就使指定為“從系統(tǒng)（DSS）”的UPS 同步于指定為“主系統(tǒng)（DMS）”的UPS。在此期間LBS 連續(xù)監(jiān)視兩個(gè)系統(tǒng)的旁路輸入電壓的質(zhì)量和同步情況。一旦恢復(fù)正常，LBS就將兩個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)為同步到各自的旁路輸入電源。

　　值得順便一提的是，分布冗余UPS 系統(tǒng)中的兩個(gè)獨(dú)立的UPS 必須在任何時(shí)間保持同步，雙變換UPS通過LBS就能做得到。市電交互UPS 和 Delta 變換UPS 正常運(yùn)行時(shí)只能同步于為其供電的市電交流輸入電源，不能進(jìn)行輸出頻率的控制。這種UPS構(gòu)成分布冗余UPS時(shí)，要求所有獨(dú)立的UPS的輸入電源（獨(dú)立的備用發(fā)電機(jī)組）同步運(yùn)行。每個(gè)獨(dú)立的UPS模塊還需要有一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)同步單元用于蓄電池供電時(shí)各獨(dú)立UPS模塊的同步。

　　3.3.3分布冗余UPS的配電電路

　　1）分布冗余UPS常用配電電路

　　圖11示出雙母線分布冗余UPS供電系統(tǒng)的常用的配電電路。UPS1和UPS2經(jīng)各自的輸出配電屏為雙電源負(fù)載和單電源負(fù)載供電。

　?。?）雙電源負(fù)載設(shè)備，只要任何一個(gè)輸入電源正常，負(fù)載設(shè)備就可以正常工作。因此。只需將兩個(gè)UPS輸出經(jīng)UPS輸出配電屏、分配電屏（）直接接到雙電源負(fù)載設(shè)備的輸入端，就可以在負(fù)載輸入端得

到冗余的電源。當(dāng)其中一個(gè)UPS 出現(xiàn)故障時(shí)負(fù)載設(shè)備仍能正常工作，不需要靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換?？紤]到分布冗余UPS系統(tǒng)還有單電源負(fù)載設(shè)備，仍配置了LBS，以保證兩個(gè)UPS的同步。這種配電電路完全實(shí)現(xiàn)了將電源系統(tǒng)的冗余擴(kuò)展到負(fù)載設(shè)備的電源輸入端。

　?。?）單電源負(fù)載需經(jīng)UPS輸出配電屏、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（STS）轉(zhuǎn)換后再經(jīng)分配電屏（列頭柜）供電。靜態(tài)開關(guān)采用快速先斷后合（break before make）的轉(zhuǎn)換技術(shù)，可確保兩個(gè)UPS電源的獨(dú)立性，既保證電源切換時(shí)不影響負(fù)載正常工作，又防止了一個(gè)UPS的故障影響另一個(gè)UPS。

　?。?）如果不配置LBS，只能構(gòu)成非同步的雙母線分布冗余UPS供電系統(tǒng)，此時(shí)雙電源負(fù)載的配電電路與前述相同。而單電源負(fù)載就只能接在一個(gè)母線上，不再是雙母線供電了。當(dāng)全部負(fù)載都是雙電源負(fù)載，或者雙電源負(fù)載多，單電源負(fù)載很少時(shí)，這種不同步的雙母線供電系統(tǒng)方案也是可行的。

　　
圖11 雙母線分布冗余UPS的常用配電電路

　　2）超高可用度的分布冗余UPS配電電路

　　圖12 示出一種可用度非常高的雙母線分布冗余UPS配電電路。在此電路中，UPS1和UPS2構(gòu)成雙母線分布冗余UPS系統(tǒng)。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS1和STS2的兩個(gè)輸入電源均引自UPS1的輸出配電屏1和UPS2的輸出配電屏2。STS1整定為UPS1為主用，其輸出接到分配電屏1（列頭柜1），STS2整定為UPS2為主用，其輸出接到分配電屏2（列頭柜2）。各個(gè)雙電源負(fù)載的兩路輸入電源均引自分配電屏1和分配電屏2。單電源負(fù)載再經(jīng)“使用點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)”供電，“使用點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)”的兩個(gè)輸入電源也引自分配電屏1和分配電屏2。

　　在正常情況下，UPS1和UPS2 各帶一部分負(fù)載，因此避免了其中一個(gè)UPS 故障時(shí)需要進(jìn)行100%的負(fù)荷轉(zhuǎn)換。這種配電電路的成本很高，因?yàn)殡p電源負(fù)載也增加了STS ，單電源負(fù)載增加了“使用點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)”（采用機(jī)械開關(guān)）。但是，整個(gè)供電系統(tǒng)，從UPS設(shè)備直到雙電源負(fù)載的電源輸入端和單電源負(fù)載的使用點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)之前的電路，都可以脫離系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

　　分布冗余UPS還可以組成三母線、四母線等供電系統(tǒng)，本文不贅述。

　　
圖12 超高可用度的雙母線分布冗余UPS配電電路

　　分布冗余UPS系統(tǒng)與單機(jī)、并聯(lián)冗余或隔離冗余相比，可維護(hù)性和故障容限得到了很大的提高。采用雙母線配電，可以將負(fù)載全部轉(zhuǎn)換到一個(gè)母線上（不必象并聯(lián)冗余UPS那樣轉(zhuǎn)換到旁路），由一個(gè)UPS 供電。而另一個(gè)UPS 及其斷路器、配電設(shè)備都可以脫離系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。因此可以得到連續(xù)的可用度。

　　分布冗余UPS系統(tǒng)比并聯(lián)冗余或隔離冗余系統(tǒng)簡單、便宜。最普通的方法是用兩臺單機(jī)UPS和LBS構(gòu)成雙母線分布冗余UPS系統(tǒng)。不需要增加系統(tǒng)級控制設(shè)備。由于采用了雙母線和靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，使單電源負(fù)載也具有類似于雙電源負(fù)載的功能性。因此，分布冗余UPS系統(tǒng)在進(jìn)行預(yù)防性定期維護(hù)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)較小。 4 結(jié)束語

　　由于國際上UPS 的名稱尚未統(tǒng)一，有些UPS 的名稱容易引起混淆；而且，其性能與其名稱不符。 IEC62040 規(guī)定了新的標(biāo)準(zhǔn)化UPS 名稱和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及UPS性能分類方法。UPS 性