同步控制器.doc

负载同步控制器机理及其重要性1 引 言 UPS双总线冗余并机供电系统由“双总线输入”+“双套N十1型UPS冗余并机”十“双总线输出”构成。过去人们对“双总线输入”和“N+1型UPS冗余并机”方案较为重视，并较多地考虑此问题。须知，“双总线输入”可解决输人回路供电的可靠性问题；N十1型UPS冗余并机可提高UPS平均无故障时间MTBF，也即是提高UPS工作的可靠性。但是，输出配置就成为该系统的单点瓶颈故障点。由于输出系统的缺陷，造成整个系统的瘫痪，教训是深刻的。输出系统的故障包含诸如输出配电柜故障，断路开关跳闸，保险丝烧毁，电力传输电缆故障等，也会对重要负载造成停电事故。据有关资料报导：有约80的故障来源于UPS输出端与负载之间的供电线路问题，有10的故障仍来源于UPS机组及蓄电池组，其他故障占10左右。由此可见大部分故障几乎是输出系统问题，因此我们必需采取相应的技术措施来消除可能出现的UPS输出端至重要负载间的种种故障隐患。实践证明，行之有效的办法是采用“双总线输出的”配电系统。它不但解决了对重要负载不间断(逆变器)供电，而且还能使重要负载在优质供电时，对“双总线UPS冗余供电系统”进行维护与维修工作。 在“双总线输出”冗余方案中，分S1j设置UPSl系统和UPS2系统，其中UPS系统既可以具有相同功率的UPS单机，也可以是UPS冗余并机，但为了提供UPS并机系统的可靠性，绝大多数均采用N+1型的UPS冗余并机系统。但如何提高“双总线冗余系统”可靠性的后级配置“双总线输出”就成为该系统的关键。2 负载同步控制器的机理 在N+1型UPS冗余供电系统中，平时只有一套UPSl系统或UPS2系统向重要负载供电，显然不利于提高UPS供电系统的可靠性和可利用率。因此必须通过优质的、科学的自动转换配电柜LTM(SMS)，使UPSl系统和UPS2系统平时均能各自带载工作，当某一路UPS系统出现故障时，LTM能零转换地将部分负载转换至另一路UPS系统并人工作。为了达到这样的目的，就需要在UPSl与UPS2系统之间增加一个负载同步控制器，使两个UPS系统达到同相(相位误差1。)输出，就可实现UPSl系统与UPS2系统两套优质电源向重要负载提供具有零转换的双电源输人特性的冗余供电系统。 “负载同步控制器”的工作机理如下：它随时监视着UPSl系统与UPS2系统的逆变器输出的同步跟踪状态，当两路逆变电源的频率和相位在所规定的范围内(相位误差1。)时，它不会对UPSl系统与UPS2系统的工作状态产生任何影响。反之，当两套逆变器输出之间的相位超过允许范围时，对两套UPS的锁相同步进行及时调整。很明显，UPSl系统与UPS2系统都按常规办法，同时与交流输入电源同步跟踪是不可能的。 (1)在“负载同步控制器”的管理控制下，假使UPS1系统优先同步跟踪市电电源，同时让UPS2系统去跟踪UPSl系统的逆变器电源，这时我们认为两套UPS系统是在同步跟踪状态下工作，它能安全、可靠地向它们各自所接的负载供电，同时具备随时执行安全同步切换操作的工作条件。例如，向负载供电的UPS2系统发生供电故障时，UPSl系统将会零转换的执行向UPS2负载的供电任务，并同时可对UPS2系统的输出供电通道进行脱机维修。 (2)同理，UPS2系统也能优先跟踪市电电源，让UPSl系统去同步跟踪UPS2系统的逆变器电源。为了消除跟踪的瓶颈故障点，UPSl系统与UPS2系统应具有互为跟踪的同步功能。即谁优先跟踪市电，其逆变器输出必为另一套UPS跟踪。 (3)三菱UPS由于采用双DSP全数字化电路设计，它的数字锁相电路设计比模拟锁相技术更加准确、更加稳定，也就是更容易达到同步锁相的目的。 (4)如果UPSl系统与UPS2系统的安装距离较远(例如100m)，同步跟踪控制线应采用光电耦合，光纤传输方法，不采用电信号的直接传输，并在设计施工方面采用更多措施，避免各种干扰带来的侵害。 (5)如果把负载同步控制器制成一个附加设备，置于两套UPS系统之外，这样将会增加一个新的瓶颈故障点。因为所有UPS电路结构都存在锁相同步电路，负载同步控制器其功能就是执行谁优先谁控制的问题，因此其主要构成是控制信号线和同步功能线，若能将这些控制线都置于两套UPS内部，并采用互动同步功能，将会大大地提高其同步跟踪的可靠性。 (6)同理，UPSl系统或UPS2系统的N+1型冗余并机系统，也同样存在同步跟踪问题，当然这些问题简单得多，并且早就解决了。 (7)负载同步控制器的机理简单，实施也并不复杂，但“双输出总线”缺它不可，没有它的功能，就不可能实现“双总线输出”，其重要性可想而知了。3 三菱UPS负载同步控制器工作原理 (1)钻石同步(DIAMONDSYNCDS)原理 。DS操作，UPS具有主/A关系。 。主/从UPS的旁路电源必须相同(公用旁路电源)。 。主UPS总是与它的旁路电源同步或者跟踪内部时钟的不同步方式运行(即旁路电源停电或不正常)。 从UPS总是与旁路电源同步或者与主UPS输出同步(即旁路停电或不正常或主UPS运行在非同步方式时)。 (2)正常运行 在正常供电条件下，两台UPS将同步它的旁路，参考附图粗箭头指示方向。由于公共旁路电源，两台UPS输出将是同步的。 因此在正常供电条件下，两套UPS输出必是同步的。 (3)DS运行 如果主输入/旁路供电停电或失效，两台主/从UPS将工作在蓄电池供电状态，没有旁路电源同步。主UPS将运行在内部时钟的非同步方式，从UPS不能按自己内部时钟运行在非同步方式。因为无法保证主/从UPS输出仍然同步(内部时钟的偏差)。此时DS电路将检测到主UPS工作在非同步方式，主UPS逆变器输出提供从UPS逆变器参考，并使其跟踪主UPS逆变器输出，此时从UPS输出与主UPS输出同步。参看附图细箭头指示方向。 UPS主输入/旁路电源不正常(电压、频率超差)。如果主输入/旁路电源不正常，主UPS和从UPS将会探测到主UPS将运行在非同步方式。DS电路将检测主UPS逆变器输出提供从UPS逆变器参考，并使其跟踪主UPS逆变器输出。所以从UPS输出与主UPS输出同步。参看附图细箭头指示方向。 解决UPS主输入/旁路失效条件后，DS电路 检测主UPS在非同步方式运行，同时也监视从UPS旁路电源。如果主UPS在内部时钟的非同步方式运行(即有一路主输入/旁路不正常/失效时)，DS同步电路将提供从UPS逆变器同步参考，使从UPS输出与主UPS同步。4 配备两套静态开关不可缺少 具有上述功能的负载同步控制器，再配备两套高速切换静态开关，就能构成一套能自动执行安全、可靠的具有零转换时间的“双总线输出”UPS供电系统。 正常状态时，由UPSl系统向A负载优先供电，UPS2系统向B负载优先供电。如果UPSl系统的输出及其通道上发生下列情况之一时： (1)UPSl系统本身故障； (2)UPSl系统配电柜的断路器、开关因故“跳闸”或接触不良或烧毁时； (3)因人为操作错误而造成UPSl系统故障时； (4)出现绝缘击穿故障时； (5)UPSl系统需要执行定期检修时； 静态开关就会自动切断UPSl系统向A负载供电，同时在05ms的时间内，自动接通UPS2系统向A负载供电，从而确保A负载永远由高质量的UPS逆变器供电。这样就能执行对UPSl系统及其输出通道执行完全停电的维修工