新型模塊UPS應(yīng)用特征及模塊高效BUS電源設(shè)計(jì)方案

1? 問(wèn)題的提出

　　隨著通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、集成化趨勢(shì)正以前所未有的速度和深度影響著我們的生活。UPS電源系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能大廈等項(xiàng)目的集成、各行業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)算系統(tǒng)供電質(zhì)量等項(xiàng)目中要求變得越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)存在單機(jī)故障率高、可擴(kuò)展性差、可管理性差、維護(hù)成本高昂等等弊端，市場(chǎng)已強(qiáng)烈需要新一代更具精密性與綜合性、更能靈活管理、更安全可靠的網(wǎng)絡(luò)UPS登臺(tái)問(wèn)世。值此以Power+(10kVA-100kVA)模塊UPS電源為例對(duì)其作分析介紹。

　　模塊UPS，其具備的卓越優(yōu)勢(shì)不僅僅是智能型的電源保護(hù)系統(tǒng)。應(yīng)該說(shuō)全新電源保護(hù)理念除了包含傳統(tǒng)UPS的整流、濾波、充電、逆變器等裝置外，還采用了連續(xù)電流控制整流技術(shù)和三階逆變等新型概念技術(shù)。在降低運(yùn)輸及庫(kù)存成本的同時(shí)可提供更高的效率、更靈活的機(jī)動(dòng)性及更好的可靠性。

　　2?? 新型模塊UPS電源應(yīng)用特征

　　2.1 全制式并聯(lián)冗余環(huán)保電源

　?、?并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)

　　整體由系統(tǒng)控制器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)(STSW)以及1至10個(gè)額定容量為10kVA的功率模塊所構(gòu)成，可采用熱插拔模式隨意進(jìn)行擴(kuò)充。POWER+系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極具彈性，功率模塊的概念是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可隨意移除或安裝而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行及輸出，使投資規(guī)劃實(shí)現(xiàn)“隨需應(yīng)變”，既滿(mǎn)足了后期設(shè)備的隨需擴(kuò)展，又降低了初期購(gòu)置成本。

　?、?故障冗余的構(gòu)成

　　可實(shí)現(xiàn)最大程度的故障冗余。各主要構(gòu)成部分包括系統(tǒng)控制器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)(STSW)以及功率模塊皆為內(nèi)置冗余的智能型獨(dú)立個(gè)體，可單獨(dú)運(yùn)行(見(jiàn)圖1所示)。任何模塊發(fā)生故障后(包括系統(tǒng)控制模塊)，POWER+冗余設(shè)計(jì)便會(huì)充分發(fā)揮效用，全面保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 新型模塊UPS故障冗余的構(gòu)成示意圖

　　圖1中的電池組由系統(tǒng)中所有UPS模塊共享(包括充電和放電)。可按用戶(hù)需求，使用單一電池或并聯(lián)多組電池來(lái)增加系統(tǒng)備用時(shí)間，并作為電池冗余結(jié)構(gòu)。POWER+具備多項(xiàng)配件選擇，如充電模塊、無(wú)線傳輸(GPRS、藍(lán)牙)、隔離變壓器及功能強(qiáng)大的控制軟件等，用戶(hù)可完全依照實(shí)際所需進(jìn)行選擇。

　?、仟?dú)有的電源相位的多制技術(shù)

　　UPS系統(tǒng)率先開(kāi)發(fā)了獨(dú)有的電源相位的多制技術(shù)，改變了整個(gè)UPS領(lǐng)域輸入輸出相位固定的單一性，可根據(jù)電源輸入情況將模塊設(shè)置成3/3(三相進(jìn)三相出)、1/1、3/1、1/3四種電源系統(tǒng)，有獨(dú)特的三階逆變電路(見(jiàn)圖2所示)，并保持功率不變。獨(dú)有的全制性刷新了傳統(tǒng)UPS領(lǐng)域輸入輸出相位固定的傳統(tǒng)特性，為用戶(hù)帶來(lái)了前所未有的選擇空間及便利。因此在終端客戶(hù)或經(jīng)銷(xiāo)商選購(gòu)UPS產(chǎn)品時(shí)，無(wú)需再去考慮如何購(gòu)進(jìn)不同相位或不同容量的產(chǎn)品，或擔(dān)心某種型號(hào)產(chǎn)品滯銷(xiāo)、短缺而導(dǎo)致的進(jìn)貨、存儲(chǔ)的煩瑣；可根據(jù)不同客戶(hù)的需求調(diào)整電源相位，使經(jīng)銷(xiāo)商對(duì)產(chǎn)品、零配件等備品進(jìn)行單一品牌的簡(jiǎn)易管理，大大降低經(jīng)營(yíng)和管理成本，購(gòu)銷(xiāo)存整體銷(xiāo)售鏈便捷高效。

　　⑷關(guān)于三階逆變電路

　　三階逆變電路如圖2所示。三相輸出完全獨(dú)立，可帶100%不平衡負(fù)載；其三相/單相輸出現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)變：逆變效率高達(dá)97%;輸出電源質(zhì)量高—諧波2%；負(fù)載100%階躍;輸出電壓波動(dòng)2%。

圖2 有獨(dú)特的三階逆變電路示意圖

　　2.2 冗余性

　　在傳統(tǒng)UPS產(chǎn)品中，一直存在著單臺(tái)UPS容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)題，用戶(hù)唯一的安全保障措施是采用“1+1”或“N+1”舊的安全防范格局，該措施不僅造成較大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，而且容錯(cuò)率僅有一次之多。

　　UPS系統(tǒng)陣列中的所有功率模塊平均負(fù)擔(dān)系統(tǒng)負(fù)載，各并聯(lián)模塊皆為內(nèi)置冗余的智能型獨(dú)立個(gè)體，無(wú)需系統(tǒng)控制器對(duì)并聯(lián)系列集中控制。任何模塊發(fā)生故障后(包括系統(tǒng)控制模塊)，其冗余設(shè)計(jì)便會(huì)充分發(fā)揮效用，全面保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最大程度的故障冗余，同時(shí)用戶(hù)還可根據(jù)需要選擇超過(guò)一次容錯(cuò)率的冗余。也就是說(shuō)客戶(hù)如果在一個(gè)系統(tǒng)中安裝了比能支持最大系統(tǒng)負(fù)載所需要的最少模塊還多X個(gè)模塊，那么就能夠在有X個(gè)模塊失效的情況下仍保證維持系統(tǒng)全部正常工作。

　　UPS模塊式設(shè)計(jì)概念全面優(yōu)化了“N+X”投資方案，客戶(hù)僅需購(gòu)置10KVA功率模塊，即可輕松實(shí)現(xiàn)X次故障冗余及升級(jí)擴(kuò)容。

　　2.3 可用性

　　新型模塊UPS具有超強(qiáng)的并聯(lián)功能，是高端UPS技術(shù)的領(lǐng)先技術(shù)，其平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)是傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)的1.5倍，平均無(wú)重大故障時(shí)間(MTBCF)是傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)的3倍，平均修復(fù)時(shí)間(MTFR)傳統(tǒng)UPS為停機(jī)維修8小時(shí)，而POWER+在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下僅需5分鐘。極高的可用性凸顯POWER+所具備的完善保護(hù)功能和安全適用能力，確保系統(tǒng)本身和用戶(hù)設(shè)施負(fù)載受保護(hù)時(shí)間成倍提升。

　　2.4 熱扦撥性

　　傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)在日常維護(hù)、設(shè)備維修期間均需采取轉(zhuǎn)旁路的工作方式，負(fù)載因此不受UPS保護(hù)。此時(shí)如果發(fā)生交流電源中斷、過(guò)載等故障，勢(shì)必造成負(fù)載電源供應(yīng)中斷或設(shè)備損壞。同時(shí)設(shè)備維修還需要經(jīng)過(guò)一系列煩瑣的程序：系統(tǒng)管理員通知廠商+廠商趕至維修現(xiàn)場(chǎng)+停電維修。為了解決類(lèi)似的可靠性瓶頸，新型模塊UPS采用了先進(jìn)的UPS模塊熱插拔技術(shù)，單體模塊可任意在線投入或退出并聯(lián)單元，無(wú)需停電操作，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)系統(tǒng)的在線維護(hù)，同時(shí)該操作無(wú)需專(zhuān)門(mén)的儀器和技術(shù)即可進(jìn)行。

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　　通過(guò)熱插拔技術(shù)使單體功率模塊可任意在線投入或退出，解決了傳統(tǒng)UPS轉(zhuǎn)旁路維修的技術(shù)難題，使維護(hù)超常簡(jiǎn)便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了UPS隨意擴(kuò)展和冗余兩大性能，充分滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際需求。