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为何要选择模块化UPS?全面解析模块化优势

2014-12-05 10:28
来源: C114

  分散控制与分布+集中控制逻辑模式对比

  分布式架构的模块化UPS采用分散控制逻辑模式,系统中每个模块都含有一个完整独立的控制单元,系统的主控模块会通过一定的逻辑规则从系统内所有模块中选出,其余模块作为从控模块听从主控模块调度。当UPS系统中的一个从控模块出现故障时其余模块仍正常工作,当主控模块出现故障时可通过一定的竞争规则来使得另一个模块作为主控模块,保障系统继续正常工作。

  分散控制逻辑模式的优点在于每个控制单元都可以完成对系统独立控制的工作,故不存在这方面的单点故障点。但缺点也很明显,首先因为主控模块既要处理本身的信号,又要协调各模块之间的信号,所以控制逻辑比较复杂,软件逻辑可靠性不高。其次各主控模块故障后,会在剩余模块中竞争产生一个模块作为主控模块,该过程中也容易发生竞争失败导致系统故障。

  分布+集中式架构的模块化UPS功率模块内整流、逆变的控制是分布的,而均流逻辑等控制则是集中控制模式,即采用独立集中的控制模块(如图2中控制模块)来检测市电的频率和相位,然后向每个模块发出同步信号,各个功率模块接受到此同步信号后通过自身的控制环输出相应频率相位的正弦波。当市电丢失时,集中控制模块会自激产生同步信号发送给各个UPS模块来保证各单元的输出同频同相。同时在均流的控制实现形式方面,集中式架构的模块化UPS依靠控制模块来检测整个系统的负载电流,然后除以系统模块数量来作为各个UPS模块的均流参考值,进而与各模块输出电流比较后求出偏差值来不断调整各模块的输出电流,以保证系统内模块间良好的均流度。分布+集中控制逻辑模式的优点在于采用独立的均流与逻辑控制单元,均流度更好,且控制逻辑层级清晰,各功率模块之间不存在竞争关系,软件逻辑可靠性较高。为了保证集中控制单元的可靠性,避免单点故障,一般采用该架构的UPS控制单元及通讯线路均会做1+1备份。1+1热备份是最常用的备份方式,其可靠性在各类系统长期运行实践中已得到验证。

  综合来说,集中式冗余架构具有的优势是明显的。

  集中旁路与分散旁路对比

  正如本文中两种架构图所示,目前大容量模块化UPS系统的旁路控制技术主要有两种模式:1、系统集中旁路模式(UPS系统内只有一套旁路系统,如图2所示);2、系统分散旁路模式(UPS系统内每个功率模块都有一套旁路系统,如图1所示)。集中旁路系统具有过载能力强,可靠性高的优点,而分散旁路具有可扩容,成本低的优点,但可能存在一定的可靠性风险。

  对于分散旁路模式,表面上看因分散布置,在UPS模块冗余时类似于冗余设计,一处旁路故障,其它旁路仍可工作。实际上此种分散与冗余有本质不同。旁路的主要器件为SCR。因为器件的离散性较大,系统工作在旁路模式时,各个旁路基本不可能处于均流状态;而为了保持旁路输出的电压波形完整,在旁路模式时不会进行开关动作,难以电流进行控制,仅依赖自然均流不均流度很难控制在25%以内,电流大的模块很可能因旁路过载而关机,影响系统供电连续性。

  除了稳态的均流问题,在瞬态时分散旁路系统也具有一定的风险。在系统控制器发送切换旁路模式的信号之后,因为信号传输路径、模块控制器响应速度、器件一致性等各方面原因,各个旁路很难同步切换,而先切换导通的SCR将承担大部分负载甚至所有负载,极易导致该SCR失效。

  静态旁路是主路模式的冗余,作用非常重要。而分散旁路的设计方式大大降低了旁路的可靠性。实际上,在传统塔式UPS应用中当并机数超过四台时,一般为了避免旁路不均流问题,都需要采用集中静态旁路系统。因为旁路系统的限制,采用分散旁路系统的UPS很难具有较好可扩展性。

  总结

  如上所述,模块化UPS因其高可靠、易维护、易扩容等优点,大大地节省了客户运营维护成本,为业务的长期稳定运行提供了保障。两种典型架构的模块化UPS都能提供较好的维护性与扩容能力,比起传统UPS的可用性大幅提升。但从技术角度分析,集中式结构的模块化UPS具有更高的安全性,更优异的可靠性。

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