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UPS冗余系统的可靠性研究

作者: 发布时间:2020-02-15 10:46:11 阅读: 540 次

摘要: UPS是一种新型的电源系统,具有负荷稳定、供电不间断、安全性能高、抗干扰能力强等优点。笔者结合多年的实践经验,对UPS的技术性能做了简要的阐述和分析,并对提高UPS冗余系统的可靠性进行了研究。

关键词:UPS电源  冗余系统  可靠性  研究

前言

随着电力技术的发展,人们对供电质量的要求也提到了新的高度,UPS是一种新型的电源系统,具有负荷稳定、供电不间断、安全性能高、抗干扰能力强等优点。这种新型的电源系统在各行各业得到了广泛的应用。笔者结合多年的实践经验,对UPS技术性能做了简要的阐述和分析,并对提高UPS冗余系统的可靠性进行了研究,有一定的参考意义。

一、UPS技术性能分析

很多用电场合对供电质量要求很高,电源系统要具备高可靠性,尤其是中途不能断电。从电力电子技术角度去分析,UPS系统主要利用了以下几种关键技术:

1)并联技术的应用

在工业生产、火车站等特殊场合,对UPS电源的容量要求很大,有时达到几十兆伏安。由于受到相关技术的制约,UPS电源要并联才能满足实际要求,并联技术的应该是解决电能均流问题的关键,而且可以让供电系统具备一定的容错功能,从而形成‘冗余式’容错供电系统。常用的UPS并联技术主要有:分散式、集中式、从式并联、环链式和无线式等等。

2)逆变技术的应用

逆变器是UPS系统的核心部件,它对保证电源的平稳性起到至关重要的作用。实际应用总主要以这两种逆变器为主:一种是高频机逆变器。它的装置体积比较小,可以对输出电压进行独立控制,当可靠性和安全性较低。另一种是工频机逆变器,它能为用户提供稳定的隔离电源,具备很好的谐波抑制效果,而且单向负载的过载能力强,但在实际应用中,存在着三相电源互相耦合、装置体积比较大等缺点。

3)整流技术的应用

UPS系统中主要采用晶闸管整流技术,它具备功率高、控制方法成熟、原理简单等优点。随着控制水平的不断提高,以及大容量全控器件的发展,高频整流技术得到了广泛的应用,这种高效的数字控制方法,可以让谐波电流降到3、功率因素达到0.99,从而实现电源系统的绿色发展。

4)诊断和控制软件的应用

控制软件能够实现各种信号的采集,并对系统运行状态实现智能监测、调节和管理。当UPS出现故障时,诊断软件能够迅速对故障进行判断和评估,通过光、声等信号告知技术人员,同时把相关数据保存到数据库里面,生成信息档案。

二、提高UPS冗余系统的可靠性分析

为了提高电源供电系统的可靠性能,通常将两台或者多台单机联起来组成双机或多机UPS冗余系统。当某台UPS发生故障,不会导致整个系统断电。连接方式可以分为以下几种:

1)主/从串联方式。

早期的UPS电源系统主要采取这种连接方式,它具有连接简单、成本较低等优点,对整个系统的可靠性能有一定的提高,但也存在一些比较明显的弱点,如设备使用效率低、维修困难、UPS本身发生故障时可能导致输出中断、曾加了系统的公共故障点。

2)初级并联方式

初级并联是将几台UPS共用一组静态旁路开关,同时在系统中增加并联柜来平衡负载电流。为了提高供电系统的可靠性能,需要将UPS并联,并且在原有的基础上增加一些检测环节,同时必须将原有的静态线路开关拆除。这种方式比主/从串联方式的可靠性有了较大的提高,但也存在一些弱点:当负载是非线性负载时,可能导致逆变器烧毁;当平衡检测环节存在故障时,各UPS间容易产生环流,最终导致逆变器的烧毁;当静态开关本身出现问题时,整个UPS系统容易出现输出中断,不能正常输出。

3)并联方式

并联的工作方式是由并联通讯板块实现的,它的工作方式相当于计算机在并行工作。在整个系统中,其中一台主机起到导航的作用,假设导航主机为A#机,那么整个系统将由A#机发出的脉冲控制所有并联的系统工作,如果A#出现故障或者未启动,B#机会自动取代A#机的作用而升为导航机,控制其他的UPS,当A#机恢复正常时,它又变成导航机。这种变联方式大大提高了整个UPS系统的可靠性性能,它所有的UPS都由导航机控制信号所控制,不但解决了初级并联不可避免的内部环流问题,也保证了UPS间动态特性和输出参量完全一致,。由于这种并联方式可靠性高,连接简单,动态特性好,它已经被广泛采用。

三、供电线路和保护电器的可靠性分析

为了保证整个系统的可靠性,供电线缆的质量也要达到一定标准,对于火灾危险场合,要采用耐火或阻燃电缆,电缆的截面还要满足从UPS出口至电源柜之间压降小于2V,为了减小压降和提高线路的可靠性,在电磁干扰不影响控制系统的前提下,UPS电源离控制室越近越好。

对于熔断器和断路器的选择上,可以按照上级断路器的脱扣器电流值来选择,上端熔断器熔体电流至少是下级熔断器熔体电流的两倍。上级和下级保护电气之间还要有级间配合,当发生过载和断路故障时,应保证下级保护电器动作。只有各保护仪器配合好,才能保证供电的稳定性。

结言

随着电力电子技术的不断发展,UPS冗余系统成为各行各业供电系统不可或缺的组成部分。广大电工技术人员要不断提高自己的职业水品,通过发展新技术、定期预防维护、及时更换老化设备、增加系统冗余性等方面来提高供电系统的可靠性,从而保证供电的高质量标准和电力设备运行的稳定性。

参考文献

[1]李新华. 提高UPS电源可靠性的研究[J]. 硅谷. 2011 (16)

[2]马亮. 浅谈UPS电源的技术性能及可用性[J]. 科技与企业. 2012 (01)