UPS双总线供电系统中的静态转换开关与同步控制器.doc

UPS双总线供电系统中的静态转换开关与同步控制器王鸿藻当今，为提高UPS供电的可靠性，采用2组UPS系统分别供电，经过静态转换开关给负载供电。构成UPS双总线供电系统，如下图。在一些重要负载中常常采用这种UPS供电方式。在图1中，UPS1和UPS2分别为2台或2组UPS，STS为静态转换开关，LBS为同步控制器，LOAD为负载。静态转换开关是一个双路输入的转换开关，平时一路接通，另一路断开。由一路UPS向负载供电。当供电一路UPS故障时，STS自动断开原接通的一路，接通原断开的一路，将负载接到另一路电源上。同步控制器是保证两路UPS时时同步，使得UPS能够稳定可靠地 图1转换。在本文中对这种供电方式的工作方式、其可靠性不再分析，只对在这个系统中的二个重要部分静态转换开关和同步控制器做进一步的分析。静态转换开关静态转换开关的构造，和UPS内部逆变器与旁路之间的静态转换开关一样，都是由两组可控硅组成，两个开关的工作状态是相反的，一个接通，另一个断开。但是它们的工作原理却是不一样的。UPS内部的静态转换开关是先通后断，不间断的转换。而我们这里的STS却是先断后通的，是有间断的转换。相当于一个手动双投转换开关，只不过动作时间快罢了。这是这种STS的一个非常重要的特点。因为是静态转换开关，再加上前面有同步控制器，就很容易把STS想成是不间断转换、两路UPS不隔离，这就大错特错了。MGE公司对STS的说明是“Break before Make”(先断后通) SOCOMEC公司的说明是 “without source overlap”(电源不重叠)。CHLORIDE公司对STS的说明是 Switching Break-Before-Making (No power source overlap)(先通后断，电源不重叠)。为什么要有间断的转换？在1+1或N+1并联系统中，当UPS输出部分或并联母线部分，发生故障时，系统很难保证可靠地供电，甚至可能造成整个系统的瘫痪。而UPS双总线供电系统就能可靠地解决这些问题。在这个系统中，如有一路发生这些故障，如短路，则STS自动将负载转换到另一路上去，在转换过程中，为了防止在故障未清除时，就把另一路好的电源接入，反而扩大了事故。所以就采取了先断后通的转换方式，先将负载与故障一路UPS断开，经过5毫秒的时间(负载完全能够承受)，再接通另一路完好的UPS系统。两路UPS系统在转换过程中，没有二路电源重叠的时候。在某处采用了这种供电系统，用2台UPS经STS向负载供电，但在UPS输出的地方加装了信号屏蔽装置，串联在UPS的输出电缆中。在运行中这个装置突然发生短路，STS自动可靠地将负载转换到另一路上去，保证了供电的可靠性。如果这种事情发生在1+1并联系统中，则会使整个系统瘫痪。为什么还要用同步控制器？STS采用了有间断的转换，似乎两路UPS系统就不需要同步了。不是的，还必须增加同步控制器。在两路同步的情况下，可以平稳可靠地转换。如果两路电压不同步，则在转换时可能造成负载电压的扰动、接通时电流过大而停机。如要在电源不同步时可靠地转换，则必须增长间断时间，可以预先设定。如有的STS的不同步转换的间断时间默认值为13毫秒。这么长的间断时间，负载是否能够承受，那就要由负载的具体情况来决定了。时间短了，就有可能造成故障未清除时，就产生转换，反而扩大了事故。为了保证2套UPS系统做到时时同步，就必须增加同步控制器。同步控制器同步控制器是为了使2路UPS时时保持同步的。图2是一个UPS厂家生产的同步控制器的电路。 接信号电路 接各UPS的 控制电路 接旁路 接UPS1,2 接UPS3,4 接UPS5,6 电源 的输出 的输出 的输出 图2：同步控制器的连接图图2是一个某UPS厂家生产的可控制6台UPS的同步控制器的电路连接图。在图中的下部是连接同步控制器的电源，和连接各台UPS输出的电压信号(220V)。在图的右部是连接至各UPS的控制信号。图的上部是连接各种显示和报警信号的。在整个系统中，各UPS的旁路都是连接在同一个母线上，同步控制器也是连接在这个母线上。它是作为整个UPS系统的基准的。在同步控制器中，装有一个晶体振荡器，可以产生自己的基准频率。当系统旁路的频率在规定的偏差范围内时，同步控制器控制各UPS都跟踪自己的旁路，系统保持同步。当系统旁路的频率正常，而仅有某一UPS发生故障，例如旁路保险断开，则同步控制器控制将会把公共旁路频率送至该UPS使之与公共旁路同步。当系统旁路的频率超差，则同步控制器启动其内部晶体振荡器，产生基准频率，送至各UPS，各UPS跟踪这个频率同步运行。因所有的UPS的旁路都是接在同一母线上，所以在同步控制器至某一UPS的通信故障，甚至整个同步控制器故障，则各UPS仍能跟踪其旁路而同步运行。只有在旁路故障或频率超差，而同时同步控制器又故障，才会造成各UPS不能同步运行，这种情况发生的可能性是微乎其微的，是可以不考虑的。综合以上所述，在这个UPS双总线供电系统中，静态转换开关STS是隔离的，同步控制器不管旁路电源正常与否，都能保证两路电源时时同步运行。所以两路UPS不会产生彼此干扰，也不会因一台UPS故障诱发另一台UPS故障，造成事故的扩大，而能可靠地工作。一个典型的系统电路下面图3介绍一个典型的应用电路。图中#1和#2是双路市电供电，CB1、CB2和CB3三个开关是连锁互投的，正常时，CB1、CB2闭合，CB3断开。2路电源分别供电。当任一路电源故障，其开关断开，CB3闭合，由一路向全部负载供电。G是柴油发电机组，其开关是GB4，平时是断开的，只有当二路市电都无电时，CG1、CB2都断开，柴油发电机启动，CB4、CB3都接通，由柴油发电机供电。4台UPS组成2个1+1冗余并联，分成2路UPS电源供电。2路UPS的整流器分别接在2路母线上，其旁路都接