1 兩種旁路方案的架構(gòu)定義和來源

模塊化UPS,顧名思義,是將大功率的UPS系統(tǒng),分開成多個子模塊并聯(lián),通過優(yōu)化的系統(tǒng)控制,

實現(xiàn)系統(tǒng)的在線擴容升級、維護,并大幅提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和節(jié)能效果,降低客戶的維護成本,近年來已經(jīng)漸漸成為主流客戶的首選。下面以市場上典型的基于10個30kVA功率模塊的300kVA系統(tǒng)來作分析。

(1)分散旁路架構(gòu)

分散旁路架構(gòu),即每個功率模塊含有整流、逆變和電池變換等部分以外,還含有與功率模塊容量相等的靜態(tài)旁路,可以認為是一臺沒有液晶監(jiān)控的UPS。多個模塊在機柜中并聯(lián)組成系統(tǒng),模塊間相互關(guān)系類似于傳統(tǒng)多并機UPS系統(tǒng)。系統(tǒng)切換到旁路供電時,負載由所有功率模塊內(nèi)的分散旁路來并聯(lián)供電。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

(2)集中旁路架構(gòu)

集中旁路架構(gòu),即系統(tǒng)只有一個與系統(tǒng)容量相等的集中旁路模塊,功率模塊內(nèi)僅包含整流、逆變和電池變換電路,每個部分均由獨立的控制器,模塊間的并聯(lián)不再是傳統(tǒng)的UPS并機系統(tǒng),而是包含復(fù)雜的逆變均流、旁路控制和監(jiān)控等邏輯。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

(3)兩種技術(shù)方案的發(fā)展來源

模塊化UPS的概念,最先起源于客戶對系統(tǒng)維修簡易化的需求,希望能在故障情況下不影響關(guān)鍵業(yè)務(wù),進行簡單地更換操作即可恢復(fù)系統(tǒng)。廠家自然地就想到把UPS并機系統(tǒng)設(shè)計成模塊化結(jié)構(gòu),這也就是分散旁路方案的來源。

分散旁路方案的優(yōu)點是,控制簡單,開發(fā)難度小,僅須將原有的UPS并機系統(tǒng)移植并優(yōu)化監(jiān)控部分即可;機柜成本低;旁路器件因為容量較小,成本也相對較低;靜態(tài)旁路有多路冗余。

集中旁路方案是繼分散旁路之后發(fā)展起來的技術(shù)路線，相比傳統(tǒng)并機UPS系統(tǒng)，從并聯(lián)均流控制、系統(tǒng)邏輯協(xié)調(diào)、容錯能力方面都做了非常大的改動，可以說是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，開發(fā)難度大。

2 兩種方案的性能差異

常見的旁路供電的情況有以下幾種:逆變器故障、逆變器過載或過溫、輸出短路。可見,旁路供電的工況多為極端工況,對器件的考核加倍嚴酷。

(1) 穩(wěn)態(tài)工況

旁路供電時,集中旁路方案是只有一個旁路提供全部電流,旁路容量按照系統(tǒng)最大容量來設(shè)計,跟模塊配置數(shù)量無關(guān)。

分散旁路方案是由多路小功率靜態(tài)旁路來承擔(dān)負載,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流沒有辦法用軟件方法來控制,模塊間的均流完全取決于以下幾個因素:

①個體器件間的差異,主要是導(dǎo)通壓降的差異,器件廠家的分散性不可避免;

②回路阻抗的差異,主要是各回路線纜的長度無法保證一致,且線纜連接點阻抗因工藝控制等原因無法把握。一般來說,即使是最樂觀的估計,均流差異不可能小于20%,也就是說,存在部分模塊電流過大的風(fēng)險,這在嚴酷的應(yīng)用中是非常危險的。

由于這個不可控的均流能力,部分廠家提出了“解決方案”——旁路均流電感,即在每個旁路回路串聯(lián)一個電感,利用電感的阻抗來平衡各支路的電流(同樣也是常規(guī)并機系統(tǒng)的方法)。且不說電感量的10%的個體差異,帶來更大的系統(tǒng)損耗,這種方案還會有下面瞬態(tài)性能上不可逾越鴻溝。

(2)瞬態(tài)工況

逆變切換到旁路的工況,基本上是緊急工況,切換時序要求非常高,否則容易造成關(guān)鍵負載中斷。在大負載或者是故障電流情況下切換,瞬間的操作電流可能會數(shù)倍于系統(tǒng)額定電流,這也就是為什么靜態(tài)旁路設(shè)計要求更大的余量。

靜態(tài)旁路器件抗瞬態(tài)電流沖擊的主要參數(shù)是I2t,也就是短時間(一般小于10ms)的電流積分,如果I2t過大,器件很可能燒毀。UPS的性能參數(shù)中,常見規(guī)定的旁路過載能力為1000%、維持10ms,也就是在配電開關(guān)保護時間(10ms)內(nèi)旁路需要提供不小于10倍額定電流。下面以300kVA系統(tǒng)為例,分析不同器件的抗沖擊能力的差異。

分散靜態(tài)旁路器件,因為目前技術(shù)能力的原因,器件單體最大電流等級為70A,根據(jù)某著名廠家的器件規(guī)格書,提供的最大為7200(<10ms),300kVA系統(tǒng)可以認為是10路器件并聯(lián)運行。

集中靜態(tài)旁路,用的都是SCR模塊,最主流廠家為德國賽米控(SEMIKRON),我們看看其中一個型號SKKT323/16E的參數(shù),同樣10ms條件下為450000,兩者之間的相差超過60倍!

而我們計算一下對于常見的1000%過載10ms的需求,對于300kVA系統(tǒng)而言,

也就是說,集中旁路的單個SCR模塊,完全能夠提供超過10倍額定電流的10ms保護能力,而基于分立器件的靜態(tài)旁路,即使不考慮器件不均流,也是遠遠不夠的!

瞬態(tài)切換的均流控制,不僅與器件、各回路阻抗有關(guān),也與控制相關(guān)。由于各個模塊有各自的控制器,存在各處理器的處理速度、通信延時和模塊自身差異等因素影響,各模塊的實際切換動作一定有不等的延時,這就導(dǎo)致了第一個切到旁路的模塊,很可能承受著100倍于模塊容量的額定電流!由于是瞬態(tài)大電流,即使串聯(lián)旁路均流電感也不會起到任何限流作用。這對于任何器件來說都是不可能完成的任務(wù),這種切換無異于原地爆炸。短路故障電流的示意圖如圖3所示。

當(dāng)然,分散旁路的廠家也深知這個道理,也提供了相應(yīng)的“解決方案”,就是在短路情況下,只有逆變維持200ms,然后不切旁路,直接關(guān)機!

我們來解釋一下,10倍額定電流的工況常見于輸出短路工況,當(dāng)逆變器不能提供足夠的分斷故障的電流(通常為3倍額定電流維持200ms)的情況下,系統(tǒng)將切換到旁路供電,用旁路的低阻抗大電流去沖開短路點的保護器件(開關(guān)或熔斷器),這是配電設(shè)計時必須考慮的,如果是正確設(shè)計的配電系統(tǒng),各分路的保護設(shè)計不應(yīng)該產(chǎn)生越級保護,即下游的故障不應(yīng)該導(dǎo)致上游的開關(guān)動作,系統(tǒng)最壞的情況就是切換到旁路,然后利用旁路強大的過載能力沖開下游的保護器件,這就是旁路抗沖擊要求的來源。

使用分散旁路的系統(tǒng),如果強行切換到旁路,由于抗沖擊能力的不足和非同步的切換,毫無疑問將會導(dǎo)致器件損壞,系統(tǒng)宕機,所以廠家設(shè)計就只能禁止切換到旁路?？梢韵胂笤谝粋€復(fù)雜的機房或者工廠內(nèi),只要有一個分支發(fā)生短路故障,后果就是整個系統(tǒng)束手就擒!這在實際應(yīng)用中是無法接受的,這是分散旁路無法解決的固有問題。

3 系統(tǒng)可靠性分析

分散旁路尚可宣稱的優(yōu)點就是旁路冗余,集中旁路被認為是存在單一故障點,請見下面的分析。

(1)從器件選型的角度上分析從器件選型的角度上來說,單個大功率SCR的可靠性遠高于數(shù)量眾多的小型器件組成的系統(tǒng),集中旁路模塊功能簡單,僅需要考慮器件和少量外圍驅(qū)動電路的影響,而分散旁路因為是分布在功率模塊內(nèi),同時受模塊內(nèi)部眾多器件的影響。

眾所周知,整流、逆變電路的故障都有可能因為火花飛濺等原因造成其他部分電路的故障,靜態(tài)旁路面臨較多地不確定風(fēng)險。如果說集中旁路是單一故障的話,分散旁路可能要被稱為“多點故障”了。

(2)從系統(tǒng)容量角度上分析

從系統(tǒng)容量角度上來說,集中旁路的容量按照機柜設(shè)計,與配置的模塊數(shù)量無關(guān)。而分散旁路的靜態(tài)旁路容量由模塊容量決定,當(dāng)模塊故障時,系統(tǒng)將會失去相應(yīng)的靜態(tài)旁路容量。一個比較極端的例子,當(dāng)機柜配置2個功率模塊時,如果負載率是55%左右,當(dāng)一個模塊故障時,剩余的一個模塊則會處于110%過載的工況,最終的結(jié)果就是系統(tǒng)掉電。同樣工況對于集中旁路來說,完全不是問題。

集中旁路模塊因為器件容量的優(yōu)勢,甚至有些廠家提供125%長期過載的能力,這對系統(tǒng)可靠性來說有絕對的保障。

(3)從集中旁路的可靠性設(shè)計分析

集中旁路的可靠性設(shè)計,眾多主流廠家也提出了很多提升可靠性的方案,比如冗余備份的控制回路方案,通信總線冗余的方案,功率模塊和旁路模塊控制解耦方案,功率模塊參與旁路控制方案,每個廠家的解決方案各有特色,經(jīng)過多年的市場驗證,能夠大大提升系統(tǒng)的可用性,加上旁路模塊普遍的熱插拔設(shè)計,維修升級與功率模塊一樣簡便。

4 結(jié)束語

通過以上的分析,希望可以讓大家能夠進一步了解到兩種方案的系統(tǒng)綜合性能和產(chǎn)品可靠性的差異。

技術(shù)流派的爭論和路線選擇是產(chǎn)品開發(fā)的正常現(xiàn)象,對于用戶來說,正確了解各路線的利弊是至關(guān)重要的,兼聽則明,可以避免陷入營銷概念的誤區(qū)。然而,對于生產(chǎn)廠家而言,技術(shù)路線的選擇意義重大,一旦路線確定,產(chǎn)品開發(fā)將無法中途轉(zhuǎn)變,后續(xù)產(chǎn)品系列也必將延續(xù),這就是為何無論業(yè)界如何發(fā)展,分散旁路的廠家仍然無法轉(zhuǎn)向另一陣營。

• • UPS電源有哪些比較有名的品牌呢？這些有名的品牌排名又如何呢？我們一起去看看吧！以下是由中國報告大廳小編為你整理的2016年我國UPS電源十大品牌排行榜：

    
    

    

    1.Santak山特

    山特電子（深圳）有限公司，UPS不間斷電源十大品牌，廣東省名牌，國家重點新產(chǎn)品，深圳市高新技術(shù)企業(yè)，全球著名動力管理公司EATON旗下，較早進入中國市場的知名UPS廠商之一。

    2.APC

    施耐德電氣（中國）有限公司，APC，UPS不間斷電源十大品牌，服務(wù)器機柜十大品牌，創(chuàng)立于1981年美國，全球行業(yè)領(lǐng)先品牌，網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施（NCPI）全線產(chǎn)品提供商，全球較大的UPS供應(yīng)商之一。

    3.Emerson艾默生

    艾默生電氣（中國）投資有限公司，UPS不間斷電源十大品牌，始于1890年美國，世界500強企業(yè)，全球技術(shù)解決方案的強勢集團公司，技術(shù)與工程領(lǐng)域的全球領(lǐng)袖，全美最受贊賞企業(yè)之一。

    4.EATON伊頓

    伊頓（中國）投資有限公司，十大UPS不間斷電源品牌，創(chuàng)立于1911年美國，美國財富500強，全球領(lǐng)先的多元化工業(yè)產(chǎn)品制造商，電氣控制、電力分配、不間斷電源和工業(yè)自動化產(chǎn)品和服務(wù)的全球知名企業(yè)。

    5.科華KELONG

    廈門科華恒盛股份有限公司，UPS不間斷電源十大品牌，福建省著名商標，福建名牌，上市公司，高新技術(shù)企業(yè)，中國本土較大的高端UPS制造商和提供商之一，以研究電力電子技術(shù)為核心，致力于打造生態(tài)型能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。

    6.科士達KSTAR

    深圳科士達科技股份有限公司，UPS不間斷電源十大品牌，高新技術(shù)企業(yè)，中國大陸本土規(guī)模較大的UPS研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)之一，機房一體化系統(tǒng)集成制造商，中國領(lǐng)先的新能源電力轉(zhuǎn)換技術(shù)創(chuàng)新廠商。

    7.易事特EAST

    易事特集團（股票代碼：300376）創(chuàng)立于1989年，是國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)、能源網(wǎng)系統(tǒng)集成解決方案優(yōu)秀上市公司，歷經(jīng)20多年的艱苦創(chuàng)業(yè)和睿智經(jīng)營，致力于IDC數(shù)據(jù)中心（含UPS）、光伏發(fā)電站（含逆變器）和智能微網(wǎng)（含電力軌道交通、新能源車運營及充電樁）等產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)已發(fā)展成為行業(yè)領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，擁有全資或控股子公司近50家，在全球設(shè)立268個客戶中心，產(chǎn)業(yè)覆蓋全球100多個國家和地區(qū)。

    8.臺達DELTA

    臺達電子工業(yè)股份有限公司在交換式電源供應(yīng)器產(chǎn)品為世界第一的領(lǐng)導(dǎo)廠商，并且在多項產(chǎn)品領(lǐng)域亦居世界級的領(lǐng)導(dǎo)地位，其中包括提供電源管理的整體解決方案、視訊顯示器、工業(yè)自動化、網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品、與可再生能源相關(guān)產(chǎn)品。臺達集團于1971年創(chuàng)立，營運據(jù)點與制造工廠遍布臺灣、泰國、中國、墨西哥以及歐洲。做為全球電力電子產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，臺達集團致力于實踐環(huán)境保護的承諾，已在多年前實施綠色無鉛制程、回收再利用措施與廢棄物管理計劃。臺達集團的經(jīng)營使命是「環(huán)保 節(jié)能 愛地球」。

    9.志成冠軍CHESHING

    廣東志成冠軍集團有限公司（簡稱志成冠軍）位于毗鄰深圳特區(qū)的東莞市塘廈鎮(zhèn)，是一家集科、工、貿(mào)、投資于一體的民營高科技企業(yè)，始創(chuàng)于1992年8月，注冊資金1億元人民幣，占地27萬平方米，自有資產(chǎn)逾6.5億元。

    10.SOCOMEC索克曼

    溯高美索克曼電氣（上海）有限公司，十大UPS不間斷電源品牌，始于1922年法國，全球領(lǐng)先的電源設(shè)備集團之一，全歐洲UPS銷量較大的銷售廠商之一，專業(yè)致力于電力電子產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)的集團企業(yè)。

    • 本公司經(jīng)銷直流屏用蓄電池，ups蓄電池供應(yīng)商，專業(yè)提供德國陽光蓄電池Sonnenschiesh(德國陽光膠體系列）、日本松下蓄電池（Panasonic）、西恩迪-大力神蓄電池、艾博特蓄電池、冠軍蓄電池、梅蘭日蘭蓄電池、索潤森蓄電池、友聯(lián)蓄電池、理士蓄電池、科士達蓄電池、太陽神蓄電池、湯淺蓄電池、圣陽蓄電池、美國GNB蓄電池（美國原裝進口）、BB蓄電池、CSB蓄電池、美國山特蓄電池、美國博爾特蓄電池、OTO蓄電池等高質(zhì)量的ups電池及ups電源、山特ups電源、山頓ups電源、艾默生ups電源、梅蘭日蘭ups電源、科士達ups電源、apc ups電源，臺達ups電源，雷諾士ups電源，美國山特ups電源等。我公司長期以來一貫堅持"一流產(chǎn)品，一流工程、一流服務(wù)，一流信譽、一流企業(yè)"的發(fā)展理念，憑所代理產(chǎn)品的卓越品質(zhì)、所設(shè)計施工項目的優(yōu)秀質(zhì)量和對用戶真誠周到的服務(wù)，深受廣大用戶贊譽。公司將一如既往地把國際名牌產(chǎn)品介紹推薦給廣大用戶，把更完美的工程奉獻給廣大用戶，為廣大用戶提供更全面，更專業(yè)，更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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