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UPS的热备份连接

日期: 2021-03-24
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       热备份连接是指当单台UPS不能满足用户提出的供电可靠性要求时,就需要再接入一台同规格的单机来提高可靠性。任何具有旁路环节的UPS都可以进行热备份连接,两台UPS热备份连接时.只需将一台UPS(如UPS1)的旁路的输入端与市电断开,并连接到另一台UPS(如UPS2 )的输出端上,这样就构成了两台UPS热备份冗余系统。这种连接非常简单,当把UPS作为主输出电源而把UPS2作为备用机时,只需将备用机 UPS2的输出与UPSI的旁路输入端相连就可以了,不过此时UPS’的旁路输入端一定要与其输入端断开,在正常情况下,由UPSI向负载供电,而UPS2处于热备份状态空载运行;当UPS1故障时,UPS2投入运行,接替UPS2继续向负载供电。只有当UPS2过载或逆变器故障时,才闭合UPS2的旁路开关,负载转为由市电供电。
 

       两台热备份连接的UPS系统可靠性比单台UPS的可靠性提高了两个数量级,并且这种系统的连接方式简单易行.即使是不同品牌的机器,只要规格、容量相同,就可连接,不需再增加另外的设备.若两台不同容量的UPS相连,其容量只能按小的那一台计算。这种热备份连接方式也有它的不足之处。


       这种UPS的热备份连接一般不超过两台,它不能增加系统的输出容量,尤其是两台不同容量的UPS连接时,该系统的输出容量不能超过其中容量较小的那一台的功率。由于是同容量串联连接,所以如果一台UPS过载。转到另一台后仍然过载,即供电系统的带载能力没有加强。实用中很少有两台以上UPS的串联连接,因此应用场合受到了限制。


       UPS的热备份的目的是确保负载设备不会在市电停电时因主机故障而断电,计算机等负载设备数据不会丢失。而UPS的热备份要解决的关键问题是旁路开关的切换要由严密的电路控制,不会在切换时有任何断电情况发生。下面介绍目前常见的几种热备份连接方式。


       1.双机主备冗余供电方式


       UPS处于旁路工作状态时,负载不受UPS保护。此时,如果发生交流电中断、过压等故障,就将造成负载电源供应中断或设备损坏。因此,很自然想到用一台UPS的输出作为另一台UPS主机的静态旁路电源,这就是双机主备冗余供电,也叫双机串联冗余供电,如图2-1所示。

    (1) 工作原理简述


       ①正常情况下,负载的工作电源由UPS主机的逆变器提供,备机处于空载运行状态。


       ②UPS主机故障时,主机转为旁路供电,此时UPS备机的逆变器输出通过主机静态旁路开关供给负载电源.UPS主机故障转为旁路在毫微秒的时间内完成,不会产生负载电源中断。


       ③备机故障时,备机转为旁路。此时主机的静态旁路输入的不再是备机的逆变器输出,而是交流电经过备机的静态旁路开关供给,此时相当于主机单机工作。


       ④UPS主、备机同时故障时,UPS主、备机同时转为旁路工作,交流电经过备机的静态旁路开关,再经主机的静态旁路开关供给负载电源。当然,UPS主、备机同时故障的可能性极小。


       (2) 优点


       ① 安装方便,易于实现。只要UPS主机具有独立的静态旁路输入口,就可以很容易地实现UPS主、备机冗余供电,甚至是不同型号、不同品牌的UPS,都可以很方便地组成双机冗余供电。


       ② 可靠性高。系统调试时,只要将UPS主、备机的输出电压调整一致即可,根据实际经验,UPS双机主、备冗余供电的可靠性高于双机并联冗余供电。


       (3) 缺点


       双机冗余提高了UPS电源供电系统的可靠性,但存在以下一些缺点。


       ①主UPS本身发生故障时.可能无法切换而造成输出中断。当主UPS内部电源板或电源模块发生故障时,主UPS会立即停止工作,输出中断。此时,主UPS也不可能再从静态开关转向旁路.这时即使从UPS是好的也无济于事.整个计算机系统的供电将被中断。当主UPS控制电路出现问题后,在逆变器烧毁的瞬间(此时不满足切换条件)及出现一些其他原因时,也可能会出现静态开关不切换而造成供电中断的现象。


       ②切换瞬时输出出现间断。UPS供电系统为输出波形连续,采用先合后断技术,即旁路通过静态开关与逆变器输出有一叠加过程以输出无间断.但这两路电压须***频率、相位和幅值完全一致,否则将有可能造成切换过程中输出的不连续。在频率正常的情况下,主UPS为带载工况,从UPS为空载。而在电网频率偏离UPS跟踪频率范围时,UPS将启动自身晶体振荡器,由于两台UPS为独立系统,无法进行“锁相”跟踪,如在此时发生切换过程,输出波形将会有更大的输出间断时间。特别是在主UPS逆变器发生故障,强行切换时,由于无法进行正常跟踪,将有可能出现较大的间断时间,甚至切换失败。


       ③在双机主备冗余方式的供电系统中,增加了两个公共故障点。一旦主UPS静态开关出现故障,此时又要求切换,则会造成负载供电中断。发生过载时,主、从UPS将依次转旁路,这时UPS的静态开关如出现问题,也将造成输出中断。


       ④设备使用效率低.在整个供电过程中,始终有一台UPS长期闲置不用,使用效率低,并且备份UPS的蓄电池长期处于浮充状态下,蓄电池无法放电,使用寿命大大缩短,但可以增加一个主从转换装置,定期将主机与从机进行转换,对主、从机的蓄电池轮流充放电,以解决此问题。但是在主、从转换过程中,从机处于空载运行状态,一旦出现切换过程,负载量将从。突变到100 %,整流器和逆变器将受到大电流冲击,易于损坏,影响正常输出,甚至断电。


       ⑤维修困难。当主机发生故障,切换到从机供电时,用户负载不能停机,无法关闭主UPS进行维修。一旦从机出现故障,会造成整个供电系统中断。


       2.多机主备冗余供电方式


       由于两台UPS同时发生故障的概率几乎为零,因此在双机主备冗余供电方式的基础上,可发展一种更为合理、更为节省投资、更为可靠的多机主备冗余供电方式,这就是三机主备冗余供电方式。三机以上的主备机冗余供电原理与三机主备机冗余供电原理相同。


       (1)工作原理简述


       ① 正常情况下,负载电源由主机UPSI和主机UPS2分别承担,备机处于空载备用状态。


       ② 主机UPS1故障时,主机UPS转为旁路,备机逆变器输出通过主机UPS1的旁路开关给负载提供电源。


       ③ 主机UPS2故障时.同主机UPS1故障情况。


       ④ 备机故障时.相当于主机UPS1和主机UPS2分别单机工作。


       (2)优点


       ① 节省投资。比如要实现8okVA双机冗余热备份,需两台8okVA的UPS,而用上述三机冗余热备份方式,只要3台40kVA的UPS即可实现目的,可节省相当一笔投资。


       ② 避免单一故障点,增加可靠性。不论双机主备冗余供电或双机并联冗余供电,其输出线路为单路输出口,如果输出总线路故障或输出线路中任何不受开关保护的负载短路,都将造成所有的负载供电中断。而三机主备冗余供电,具有两路输出口,即使其中一路故障,另一路仍有输出,因此可有一半的负载正常工作。对干具有双路交流电输入的计算机或计算机系统要双机热备份时,采用三机主备冗余供电方式完全可排除因电源故障而引起计算机系统工作中断的可能性。

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