UPS并机几种方法

UPS 并机的性能分析并机的性能分析 目前 计算机系统已成为发电厂 工业企业 政府 银行的控制枢纽中心 其供电电 源普遍采用 UPS 因而 UPS 的安全可靠性就直接影响发电厂机组的安全稳定运行 用户为 了提高 UPS 的供电可靠性不遗余力 目前 大多发电厂及大型工业政府企业和政府为了提 高供电的安全可靠性而广泛采用并机方案 但投入后与可靠性而要求还是有较大的差距 出现了各类故障 严重威胁负载的供电安全 本文对采用并机方案时常被忽视的技术问题 进行分析整理以供参考 1 常见的三种常见的三种 UPS 并机方案并机方案 1 1 串联热备份方案串联热备份方案 本方案是并机早期的链接方式 因受当时并机技术的制约 本方案中设备的使用率较低 安全可靠性有限 不能满足用户的更高安全要求 目前用户已很少采用此种并机方案 由 于两台 UPS 无需在同一控制程序下协调工作 无需通讯链接 所以只要 UPS 功率满足负载 要求的情况下 可以是不同品牌的 UPS 如图 1 所示 1 2 1 1 并机方案并机方案 在用户既要求提高安全可靠性又要求提高设备使用率的情况下 随着并机技术的不断发 展 可以实现两台 UPS 在同一控制程序下稳定地协调工作 根据两台 UPS 的工作方式称之 为 1 1 并机 正常工作时两台 UPS 各承担 50 负载 若其中一台 UPS 出现故障 另一台 UPS 自动承担 100 发在 故障 UPS 自动退出并机模式 当故障 UPS 维修好以后可直接投 入并机 两台 UPS 自动均分负载 若故障 UPS 退出并机还没有维修好 而带载 UPS 也出 现故障 此时将自动切换至带载 UPS 的旁路 当两台 UPS 全部维修好以后 按并机开启步 骤可将两台 UPS 投入到 1 1 并机工作状态 如图 2 所示 图 2 1 1 UPS 并机方案 单击 UPS 若逆变器裤长时就自动切换至旁路 1 1 并机相对单机 UPS 多了一台 UPS 自动承担 100 负载安全保护措施 可以有效避免逆变器切换至旁路时造成的切换风险 1 1 并机相对性能稳定的单机安全可靠性又得到了较大的提高 可在同一控制程序下协 调工作 两机之间需要通讯连接 所以两台 UPS 要求是同品牌就 同系列 同规格的 UPS 如果用户选用的 UPS 单机性能是非常稳定的 有严格的质量保证 安全性不是过于苛 求 处于设备成本考虑 单机完全可以满足用户运行要求 若经济条件允许 可以选择 1 1 并机方案 1 3 N 1 并机方案并机方案 N 1 并机方案 见图 3 主要是解决当负载功率大于 UPS 单机功率时的带载问题 目 前工业用户 特别是发电厂 的负载一般都不会超出现有 UPS 的单机功率 大型行业用户 如石化厂 处于安全性考虑 全厂所有的负载供电不会设计成由一套 UPS 供电系统来承 担 通常以每个车间的负载来单独配置 UPS 所以工业用户基本上用不到并机方案 图 3 N 1 UPS 并机方案 当负载功率大于 UPS 单机功率时 如负载功率为 5000kVA 而现有的 UPS 单机最大功 率为 1000kVA 可以用 5 台 1000kVA 的 UPS 并机分担负载 考虑到安全性 再加一台 UPS 做为备用 当其中一台 UPS 故障时 备用 UPS 投入运行承担负载 此方案则为 5 1 并机方案 此方案多用于如国家计算机中心 银行结算中心 通讯中心等大型数据中心 现在 UPS 最多可实现 8 台 UPS 并机 大型企业用户处于安全考虑 负载尽可能避免由一套 UPS 系 统集中供电 而将大系统分成多个小系统单独供电 这样可以有效地降低因并机数量太多 和 UPS 控制系统难度增大而造成的风险 理论上说 UPS 并机越多 负载的安全性就越好 但从实际 UPS 基本技术来讲 UPS 并机数量越多对控制系统的要求越高 受并机技术制约 若没有非常完善的并机技术的解决措施 并机数量越多稳定性越差 负载的宫殿风险也越 大 运行管理也越复杂 影响影响 UPS 安全运行的基本因素安全运行的基本因素 2 1 解决解决 UPS 单机基本技术问题是单机基本技术问题是 UPS 安全运行的保证安全运行的保证 现在有很多出于成本和安全性考虑的新并机方案 其实若考虑成本只需采用一台性能稳 定的 UPS 就可 若经济条件允许要达到更高的安全性 1 十 1 并机就足够了 现在很多 大型工业用户在采用并机方案时进大了一个误区 单机运行不稳定就采用并机方案 错误 地理解单机存在的技术问题可以由并机来解决 虽然开机相对单机在安全性上有较大提高 但最主要影响 UPS 安全运行的因素是 所选用的 UPS 生产厂家能否很好地解决单机与并机 技术 并机是建立在非常稳定的单机基础上 若单机技术没有得到很好的解决 并机出现 的问题将更多 2 2 ups 应同时具备两项非常重要的功能应同时具备两项非常重要的功能 1 在设备使用期内给负载提供纯净 标准的正弦波交流电源 其实 UPS 不是孤立连接在独立的电网中 电网给 UPS 供电不是绝对的所需标准值 存 在标准值与非标准值两种情况 同一电网用电设备越少越接近标准值 如普通商业使用环境 UPS 故障大多表现为元器件故障 即硬性故障 用电设备越多越偏离标准值 如大型工业系 统使用环境 在元器件质量满足要求的情况下 UPS 的故障 多表现为电网因素造成的监 测 处理 控制系统故障等 即软性故障 外部因素是一个变量 很难去具体地监测和抑 制它 即具有较大的随机性和隐蔽性 这就是同一 UPS 在工业环境比商业环境使用更难以 实现稳定运行的原因 由于用户对 UPS 基本技术了解的局限性 很难区分上述因素并进行 全面的技术分析及安全评估 而很多 UPS 厂家因受技术制约又不想区分太清楚 这是多年 来一直困扰大型工业用户投入的 UPS 与运行要求有较大差距的主要原因 2 为负载提供非常稳定的不间断电源保护 随着 UPS 技术的不断发展 若只是实现 UPS 给负载提供纯净 标准的正弦波交流电 已不是 UPS 技术的主要难题 现 UPS 技术真正面临的难题是怎样实现对负载更稳定的不间 断保护 而外部因素又难以去具体地监测和抑制 具有较大的随机性和隐蔽性 简单地说 UPS 技术所面临的难题就是怎样提高 UPS 抗击外部因素的能力 便 UPS 运行尽可能少地受 制于外部因素 这是 UPS 要实现稳定运行必须解决的问题 尤其是要满足大型工业系统运 行要求的 UPS 工业系统负载电压多为 220V 输出电压 220V 的 UPS 设计与生产难度要远高于输出为 380V 的 UPS 因 I P U 当 P 一定时 I 与 U 成反比关系 220V 时 UPS 元件所承受的电流 强度将近 380V 时 UPS 的两倍 当 P 越大时要求元件所承受的电流强度越大 这对元器件 将是一个巨大的考验 所以 380V 的 UPS 功率可以做到 10OOkVA 而 220V 的 UPS 最大功 率都在 2OOkVA 以下 220V 的 UPS 元器件所承受电流强度的能力是一个非常重要的指标 这就是很多 UPS 使用不久就出现硬件故障的一个重要原因 UPS 并不是连接在一个理想的电网中 同一电网下设备的运行都会对电网造成冲击和千 扰 这冲击和千扰在电网中的出现具有较大的随机性和隐蔽性 因此很难去具体地监测和 抑制它 也不可能为 UPS 装备一套独立的 比较理想的电源 在这种情况下只有提高 UPS 自身抗外部干扰的能力 使 UPS 运行尽可能少受制于外部因素 UPS 的设计方案只有有效 地避开外部因素的干扰 在硬件技术得到充分解决的情况下 UPS 在设备的使用期内才能 实现稳定运行 UPS 要实现稳定运行需要非常快速地处理供电系统 当 UPS 遇到较大外部因素干扰时 能快速地进行处理与控制 不会出现 UPS 无法控制的局面而出现各类故障 为了对负载供 电执行紧急保护 严重时负载供电会出现中断 每个厂家设计与控制方案不一样 因受技 术的制约 每个厂家的设备运行稳定性也不一样 包括进口设备 所以工业用户在选购 UPS 时务必全面地对设计方案进行技术分析和安全评估 靠简单的验收时的实验 单一地 以 UPS 是否切换及输出正常 业绩数量 是否是进口产品做为选择标准 选择 UPS 的运行 稳定性肯定与运行要求有很大差距 2 3 环境因素环境因素 1 环境温度 UPS 是由大量半导体器件组成的精密电气设备 半导体材料受温度影响比较大 当环境 温度大于要求值时 半导体材料容易老化 静态开关是由半导体材料做成的 工作时自身 会产生一定压降及通态功耗 工作的静态开关会产生一定的热量 需要散热器散热 当温 度达到 80 90 时 静态开关将自动迸人关闭状态 虽然有机房空调和 UPS 风扇进行 散热 但常年运行导致粉尘积聚在散热器上较厚或 UPS 风扇故障时 会使静态开关的局部 温度急剧上升 很容易造成静态开关自动关闭 2 环境湿度 半导体器件对湿度也有严格要求 湿度太大在遇机房冷气时会在设备内形成水雾或细水 珠 尤其在潮湿较大的雨季 元器件容易短路造成设备损坏 不仅带来经济损失同时也给 负载供电造成安全隐患 机房内安装的空调要有制冷和除湿功能 3 环境粉尘及化学腐蚀性气体 UPS 由于工作时会产生大量的热量 为了散热在机器顶部安装多个用于散热的风扇 此 时 UPS 尤如一个大功率吸尘器 会将大量的粉尘及化学腐蚀性气体吸人 UPS 内部 UPS 常 年运行末做清洁保养 大量的粉尘会粘附在电路板上 粉尘中含有的金属微粒会使高集成 的小型元件出现短路 吸人空气中的水分会形成由粉尘构成的导电层 给设备和负载造成 严重的安全隐患 厚厚的粉尘粘在元件或散热器件表面会使元件温度高于规定值 很容易 造成元器件损坏 严重时可以造成 UPS 供电系统瘫痪 当长期运行的 UPS 吸人大量化学腐蚀性气体 遇机房冷气时很容易在高集成元器件表 面形成一种腐蚀性膜 对细小元件及焊接点具有腐蚀作用 长时间会造成元器件损坏及焊 点虚焊 而这些高集成元器件都集中在微处理器及控制系统 给 UPS 及负载造成严重的安 全隐患 3 结束语结束语 工业用 UPS 因受外部因素影响较大 由于