UPS电源串并联使用方法介绍

从UPS电源的3种工作状态（逆变工作、电池工作及旁路工作）来看，其确实有很高的供电质量和可靠性。但是UPS电源毕竟是由成百上千个电子元器件、功率器件和散热风机与其他一些电气装置组成的功率电子设备。当采用单台UPS电源供电时，由于其平均无故障工作时间是个有限值（一般规定在10万小时左右，但这只是平均值），所以还是会发生由于UPS电源本身的故障而中断供电的现象。采用双机热备份的冗余技术可使UPS供电系统的可靠性得到很大的提高。UPS电源热备份方式分为串联和并联两种方式。

1.双机串联热备份系统

图6-21为双机串联热备份供电方式。这种串联方式将处于热备份的UPS输出电压连接到主机UPS电源的旁路输入端。UPS主机正常工作时负担全部负载功率，当UPS主机发生故障时自动切换到套路状态，由UPS备机的输出电压通过UPS主机旁路输出继续为负载供电。当市电中断时，备机与主机都处于电池工作状态，由于UPS主机承担全部负载，所以其备用电池先放电到终止电压，而后自动切换到旁路工作状态由备用UPS的电池为负载供电。用于双机串联热备份中使用的2台UPS电源的交流输入必须来自同一相交流市电，这样才能使UPS主机正常工作，确保UPS主机在同频率、同相位条件下进行旁路切换。UPS主机逆变器的静态开关是影响串联热备份供电系统可靠性的重要部分，此静态开关一旦发生故障，则主、备用UPS电源均无法为负载供电。

图6-21　双机串联热备份系统

2.双机并联冗余系统

图6-22为双机并联冗余供电系统的使用方法。用于这种系统的UPS电源必须具有并机功能，2台UPS电源中的并机控制电路通过并机信号线来调整输出电压的频率、相位及幅度，使其满足并联输出的要求。这种并联方式主要是为了提高供电系统的可靠性，而不是用于供电系统的扩容。所以这种并联使用方式必须保证供电系统具有50%的冗余度，也就是负载的总容量不要超过其中一台UPS电源的额定输出容量，当其中一台UPS电源发生故障时，可由另一台UPS电源来承担所有负载的供电。这种2台冗余并联供电的UPS电源，由于其输出容量只是额定容量的50%，所以2台UPS电源始终在低效率下运行。

图6-22　双机并联冗余系统(www.xing528.com)

具有这种并联功能的UPS电源一般允许3台并联，有的甚至允许6台并联使用。多台UPS电源并联供电系统的转换效率与设备利用率都高于2台UPS电源并联的供电系统。例如，对一个容量为300 kV·A的负载系统，可采用4台UPS电源并联的供电系统供电，并根据负载系统的总容量将UPS并联供电系统设计为具有“3+1”的冗余度。即3台UPS电源可完成对容量为300 kV·A负载系统的供电，可确定每台UPS电源的额定输出容量为100 kV·A，4台UPS电源中如有一台发生故障不会影响对负载的正常供电。供电系统正常工作时，每台UPS电源承担75 kV·A的负载容量，设备利用率为75%，而且此时的转换效率也接近满载效率。这种“3+1”并联冗余度与“1+1”并联冗余度的供电系统相比，显然前者具有较高的运行经济性，这种并联供电系统中，各台UPS电源具有各自的并机接口及并机专用信号电缆。在UPS电源的并联冗余供电系统的实际使用中，一方面要考虑到当其中一台UPS电源发生故障时，其他几台UPS电源的实际输出容量应小于其额定输出容量。这是因为并联运行中的各台UPS电源的输出电流存在着一定的不平衡度。另一方面也要考虑到由于某种原因会使负载出现短时间过载现象，所以在上述一台UPS发生故障时，其余UPS的实际输出容量应达到额定输出容量的80%较为合适。

3.并机柜并联冗余系统

有一种无并机接口可直接并联使用的UPS，而在单机运行时又具有其他普通UPS一样的功能。只要将参与并机的UPS单机调试好，即可直接并机运行，几台并联的UPS可共用一组备用电池。图6-23所示为采用并机柜实现2台UPS的冗余并联，通过并机柜的控制使负载均分，当其中一台UPS发生故障时，全部负载将自动转由另一台UPS供电，并机柜具有自动旁路转换功能。

图6-23　并机柜并联冗余系统

4.主从并联热备份系统

图6-24所示为主从并联热备份的连接方法。UPS主机承担全部负载供电，备机UPS处于热备份状态，当UPS主机发生故障或市电中断电池放电结束时，自动切换到备机UPS供电，市电恢复后或主机UPS修复后，自动切换柜将负载自动恢复到由主机UPS供电的状态。为了减少切换次数，可将自动切换柜设计为无主备工作方式，即先由有输出电压的UPS为主机，当主机故障退出系统后，另一台UPS即成为主机，修复后的UPS重新接入系统时自动切换柜将不再切换，仍保持原有供电状态。

图6-24　带有自动切换柜的并联热备份系统