模块化UPS设备结构.doc

模块化UPS设备结构广大使用UPS的用户，都希望自己使用的UPS是一个安全性高，性价比好的产品。那么模块化UPS无疑是一个非常好的选择。对于传统UPS，模块化UPS有着在线扩容，提供冗余，在线维修维护等优势，能采用 11并机模式获得冗余，模块化UPS有着节约投资成本，节约维护成本，占地面积小等优势，无论从哪种角度考虑，模块化UPS都比传统UPS更安全，有更好的性价比。在UPS模块化已经成为业界的共识时，大多数UPS企业都开始研究，发展模块化UPS，更有一些厂家已经推出了技术成熟的模块化UPS产品。通常采用模块化UPS设备实现冗余，是为了更高安全性和更节省的成本。但在现今市场上的模块化UPS又不尽相同。如图1所示，我们以图表的形式描述目前市场上现有的一种模块化UPS结构。图1 传统模块化UPS设备的结构这一类型的模块化UPS设备有一个控制所有UPS功率模块的操作面板，所有功率模块都没有自主能力，运行的参数全靠操作面板中的中央处理器（CPU）来控制，为了消除该单点故障，故采用了两个CPU，实现了冗余。当一个CPU出现故障时，整个UPS系统中功率模块可由另外一个完好的CPU控制，依然继续运行。四个电源模块如图排列。这儿也存在冗余，因为如果一个模块失效，其它模块可以继续工作。四个模块都从共享的直流电池总线上获取能量。所有的功率模块都共用一个静态旁路。上面提到的UPS设备制造商将这些用作冗余系统。不幸的是，这只在一定的程度上是正确的，因为操作面板、电池总线及静态旁路都没采用冗余。因此，如果这些组件中的一个发生故障的话，整体UPS系统的功能就会削弱。在某种情形下，整个UPS系统甚至会完全瘫痪，例如静态旁路出故障的时候。这样一来，如果利用冗余作为对UPS故障发生的最高可能的等级防范，这种方式并不完全适用，在运行中，可能会有不少的问题需要解决。如图2所示，我们来看看另一类模块化UPS的结构，这种结构又称为分布式并行结构（DPA）。图2 分布式并行结构的UPS设备结构这种结构可以在威图（RITTAL）公司Rimatrix5系统中可以看到，每一个功率模块都含有操作面板，也就都含有CPU，剔除了控制管理方面的单点故障；每个模块均可以单独使用不同的电池组，体现了模块UPS扩容等方面的灵活性；最大的亮点则在于静态旁路的分化，每个功率模块中都含有静态旁路。这也就意味着这种结构的UPS对系统所有的组件都提供了冗余，因此它比第一种结构类型的模块化UPS具有更高的冗余性。我们可以对两种结构做一些对比，来看看哪种结构具有更高的性价比：首先是系统的稳定性，模块化UPS的稳定性很大部分取决于环流的控制，目的就是让功率模块直接的输出必须同频，同幅，同相。只有这些指标都趋于相同，才不会产生环流，输出的电能才能并联在一起输出给负载使用。那么这两种结构是如何让功率模块同频，同幅，同相呢？传统模块化UPS结构采用是CPU1或者CPU2来发布命令，所有的功率模块都听从CPU发布的命令，在接到CPU的信号后，各个功率模块调整自己的输出，等待CPU的下一个信号。可以很明显的看出，这种信号的传输有一个滞后的缺点，CPU在收到所有模块的详细数据后通过计算得出结果，再发出相应的指令给各个功率模块，时间上有所延缓，可能功率模块接到CPU的信号时，负载的情况已经发生了变化，这就会导致模块间的环流加剧。如果能将功率模块调整的时间缩短，那么环流也就能得到相应的控制。DPA结构在这方面的反应时间就比传统的模块化结构要快很多，每个模块内都有各自的CPU，在接受到其他功率模块的数据后，立刻计算出结果，将自身的输出进行调整，可以及时的让UPS的输出符合负载的变化，有效的抑制了环流的产生和扩大。在这个方面，DPA结构具有的优势是明显的。上面讲到环流的形成，那么我们再从环流消除的角度去比较两者结构的不同。因为负载的变化以及模块本身电子元器件的差异，只要是模块化UPS就必定会有环流产生，只是大小的环流问题，这些环流就存在于UPS的输出端，干扰着UPS的正常运行。如何来消除环流就是模块化UPS必须解决的问题。环流小的时候可以通过UPS逆变器电路直接吸收掉，如果是较大的环流，倒灌的电流就通过逆变器直接进入直流母线系统。在这个时候，传统模块UPS结构因为直流母线是公共的，环流直接影响直流母线，使直流母线的电压上升。我们可以发现，直流母线电压上升针对的不是一个单一的模块，而是直流母线上所有的模块，直接的后果就是，因为直流母线电压的上升（这里有一个范围值，只有超过了直流电压的高值范围才会发生）导致所有的模块停止工作，更危险的状况可能会因为瞬间的电压过高，多个模块连续损坏。而DPA结构的UPS，环流只对每个模块的直流母线起作用，在任何极端的情况下，也仅仅是使一个模块停止工作，并不会影响整个系统的稳定性。直流系统对UPS来说是一个非常重要的构件，不管是哪种类型的UPS，后备的，在线的，在线互动的，模块化的，传统的，直流发生故障都会停止工作。如果直流系统是公共的，所有模块的逆变器都从一个单一的直流母线系统取直流电，一旦直流系统受到损害，那么不管有多少个功率模块在做冗余，没有直流系统的供应，UPS的逆变器只能停止工作。DPA分散式的结构完全可以避免直流系统故障对整个UPS的伤害，它将直流系统损坏对整个UPS系统的伤害降到最小，仅仅只能针对单个模块产生影响。真正做到了完全的冗余。另一个结构也是非常重要的，那就是静态旁路，它担负着UPS本身在极端情况下不让负载断电的责任。独立的静态旁路让模块化UPS的功率模块减少了重量，但这样也致使整个模块化UPS系统有了单一的故障点，一旦静态旁路出现故障，UPS就不能在旁路和逆变之间自由的切换，如果旁路使用的交流接触开关和小功率可控硅元件的话，静态开关出现的故障就会是灾难性的，负载将会全部断电。分散在每个功率模块后，静态旁路也是冗余的，而且在成本方面也节约了不少。对于一台总容量为100KVA的模块化UPS，可能在前期只使用了40KVA，但因为是独立的静态旁路，就必须配置100KVA的静态开关，这是极大的浪费，而分散在每个功率模块后，静态开关的容量也被分散，需要多大的UPS容量就使用多大的静态旁路功率，合理的容量使用会使UPS系统的使用成本大幅降低。做到真正的绿色节能。 使用模块化UPS，就是为了提升UPS的可