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模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案对比分析

文章来源:365bet手机客户端公司,时间:2017-08-29 09:34    点击量:

    两种旁路方案的架构定义和来源模块化UPS,顾名思义,是将大功率的UPS系统,分开成多个子模块并联,通过优化的系统控制,实现系统的在线扩容升级、维护,并大幅提高系统的可靠性、可用性和节能效果,降低客户的维护成本,近年来已经渐渐成为主流客户的首选.下面以市场上典型的基于10个30kVA功率模块的300kVA系统来作分析.

模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案对比分析
    分散旁路架构分散旁路架构,即每个功率模块含有整流、逆变和电池变换等部分以外,还含有与功率模块容量相等的静态旁路,可以认为是一台没有液晶监控的UPS.多个模块在机柜中并联组成系统,模块间相互关系类似于传统多并机UPS系统.系统切换到旁路供电时,负载由所有功率模块内的分散旁路来并联供电.系统架构图如图1所示.

    模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案对比分析(2)集中旁路架构集中旁路架构,即系统只有一个与系统容量相等的集中旁路模块,功率模块内仅包含整流、逆变和电池变换电路,每个部分均由独立的控制器,模块间的并联不再是传统的UPS并机系统,而是包含复杂的逆变均流、旁路控制和监控等逻辑.系统架构图如图2所示.

    模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案对比分析(3)两种技术方案的发展来源模块化UPS的概念,最先起源于客户对系统维修简易化的需求,希望能在故障情况下不影响关键业务,进行简单地更换操作即可恢复系统.厂家自然地就想到把UPS并机系统设计成模块化结构,这也就是分散旁路方案的来源.

    分散旁路方案的优点是,控制简单,开发难度小,仅须将原有的UPS并机系统移植并优化监控部分即可;机柜成本低;旁路器件因为容量较小,成本也相对较低;静态旁路有多路冗余.

    集中旁路方案是继分散旁路之后发展起来的技术路线,相比传统并机UPS系统,从并联均流控制、系统逻辑协调、容错能力方面都做了非常大的改动,可以说是一个全新的技术领域,开发难度大.

    2 两种方案的性能差异常见的旁路供电的情况有以下几种:逆变器故障、逆变器过载或过温、输出短路.可见,旁路供电的工况多为极端工况,对器件的考核加倍严酷.

    (1) 稳态工况旁路供电时,集中旁路方案是只有一个旁路提供全部电流,旁路容量按照系统最大容量来设计,跟模块配置数量无关.

    分散旁路方案是由多路小功率静态旁路来承担负载,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流没有办法用软件方法来控制,模块间的均流完全取决于以下几个因素:

    ①个体器件间的差异,主要是导通压降的差异,器件厂家的分散性不可避免;②回路阻抗的差异,主要是各回路线缆的长度无法保证一致,且线缆连接点阻抗因工艺控制等原因无法把握.一般来说,即使是最乐观的估计,均流差异不可能小于20%,也就是说,存在部分模块电流过大的风险,这在严酷的应用中是非常危险的.

    由于这个不可控的均流能力,部分厂家提出了"解决方案"--旁路均流电感,即在每个旁路回路串联一个电感,利用电感的阻抗来平衡各支路的电流(同样也是常规并机系统的方法).且不说电感量的10%的个体差异,带来更大的系统损耗,这种方案还会有下面瞬态性能上不可逾越鸿沟.

    (2)瞬态工况逆变切换到旁路的工况,基本上是紧急工况,切换时序要求非常高,否则容易造成关键负载中断.在大负载或者是故障电流情况下切换,瞬间的操作电流可能会数倍于系统额定电流,这也就是为什么静态旁路设计要求更大的余量.

    静态旁路器件抗瞬态电流冲击的主要参数是I2t,也就是短时间(一般小于10ms)的电流积分,如果I2t过大,器件很可能烧毁.UPS的性能参数中,常见规定的旁路过载能力为1000%、维持10ms,也就是在配电开关保护时间(10ms)内旁路需要提供不小于10倍额定电流.下面以300kVA系统为例,分析不同器件的抗冲击能力的差异.

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