CN207098747U - 一种可在线热插拔的模块化ups电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，包括功率模块、控制模块及静态开关；功率模块采用双变换在线式结构，多块功率模块电性连接，功率模块包括整流器、逆变器、交流输入单元、交流输出单元、控制电路及静态开关，整流器在通电时将交流输入单元输入的交流电变为直流电对电池组合及逆变器进行充电；控制模块为冗余的可插拔结构，多块控制模块电性连接在交流输入单元和交流输出单元之间控制整个模块化UPS电源；两个静态开关分别电性连接在交流输入单元和交流输出单元的一端控制电路的通断。该模块化UPS体积小，节省安装面积，便于安装、使用及维护，通过减少关键设备与负载之间的故障点，模块化UPS可提高整个系统的可用性及可靠性。

Description

一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统

技术领域

本实用新型属于UPS电源技术领域，具体涉及一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统。

背景技术

众所周知，UPS的功能是确保负载供电的不间断，并改善供电电源质量，使市电电源的各种干扰与负载彻底隔离，保证在任何情况下均能供给负载稳定可靠的交流电源。

UPS已有近40年的应用历史，最初的UPS产品主要用于大型计算机系统的供电，随着数字技术的发展，其应用范围逐渐扩大，在电信、金融、能源、交通、医药、教育、商业、工业、军事等各个领域都得到了广泛的应用，现在UPS已成为重要负载必不可少的配套电源系统。目前要求UPS供电的负载设备容量范围很宽，对电源的要求也不尽相同，传统的UPS电源常为塔式，安装时，占用空间较多，且用户在预计UPS容量时，时常会出现低估或者高估计等情况，给负载设备造成一定的影响，影响负载设备的使用性能。

实用新型内容

本实用新型是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，该模块化UPS电源能够安装在标准机柜中，节省占地面积与空间，便于安装、使用及维护，能够使用较短的功率连接电缆，通过减少关键设备与负载之间的故障点，模块化UPS可提高整个系统的可用性及可靠性。

为了达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，包括功率模块、控制模块及静态开关；所述功率模块采用双变换在线式结构，多块所述功率模块电性连接，所述功率模块包括整流器、逆变器、交流输入单元、交流输出单元、控制电路及静态开关，所述整流器在通电时将交流输入单元输入的交流电变为直流电对电池组合及逆变器进行充电，所述交流输入单元电性连接在整流器上，所述整流器电性连接在逆变器上；所述控制模块为冗余的可插拔结构，多块控制模块电性连接在交流输入单元和交流输出单元之间控制整个模块化UPS电源；两个所述静态开关分别电性连接在交流输入单元和交流输出单元的一端控制电路的通断。

作为本实用新型的一种优选方案，所述整流器和逆变器均为具有并联冗余功能的装置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述整流器和逆变器均为具有在线热插拔更换功能的装置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块为两块。

作为本实用新型的一种优选方案，多块所述功率模块并联连接。

作为本实用新型的一种优选方案，还包括静态旁路模块，所述静态旁路模块与靠近所述交流输出单元处的静态开关连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述静态旁路模块并联输出电压精度为±1%。

作为本实用新型的一种优选方案，UPS电源系统还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器安装在所述UPS电源系统中并无线连接设置在UPS电源系统外部的远程监控模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述远程监控模块与UPS电源系统无线连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述UPS电源系统采用连续电流模式。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中的可在线热插拔的模块化UPS电源系统，模块化UPS采用标准的结构设计，每套系统由功率模块、控制模块、静态开关组成，其中功率模块可并联，平均分担负载，如遇故障自动退出系统，由其它功率模块来承担负载，既能水平扩展，又能垂直扩展，独特的冗余并机技术使设备无单点故障，以确保电源的最高可用性，保证负载设备的使用性能，所有的模块可以实现热拔插，可以实现在线更换，维修是最安全的电源保护方案。

附图说明

图1是本实施例中可在线热插拔的模块化UPS电源系统的结构示意图；

图2是本实施例中可在线热插拔的模块化UPS电源系统的功能框图。

附图标记：1、交流输入单元；2、交流输出单元；3、整流器；4、静态开关；5、电池组合；6、逆变器；7、控制模块；8、远程监控模块；9、功率模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作详细说明。

实施例：如图1-2所示，一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，包括功率模块9、控制模块7及静态开关4，上述功率模块9采用双变换在线式结构，多块上述功率模块9电性连接，上述功率模块9包括整流器3、逆变器6、交流输入单元1、交流输出单元2、控制电路及静态开关4，具有输入功率因数补偿功能，上述整流器3在通电时将交流输入单元1输入的交流电变为直流电对电池组合5及逆变器6进行充电，上述交流输入单元1电性连接在整流器3上，上述整流器3电性连接在逆变器6上；上述控制模块7为冗余的可插拔结构，多块控制模块7电性连接在交流输入单元1和交流输出单元2之间控制整个模块化UPS电源；两个上述静态开关4分别电性连接在交流输入单元1和交流输出单元2的一端控制电路的通断。

模块化UPS采用标准的结构设计，其中功率模块9可并联，平均分担负载，如遇故障自动退出系统，由其它功率模块9来承担负载，既能水平扩展，又能垂直扩展，独特的冗余并机技术使承载设备无单点故障，以确保电源的最高可用性，所有的模块可以实现热拔插，可以实现在线更换，维修是最安全的电源保护方案。

整流器3和逆变器6均为具有并联冗余功能的装置，并联冗余系统是为提高设备运行的可靠性和便于后期的检修维护，由一台或多台主用电源设备与一台备用电源设备并联而成的供电系统，能够有效保证过载设备运行的稳定性。

整流器3和逆变器6均为具有在线热插拔更换功能的装置，热插拔即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，例如一些面向高端应用的磁盘镜像系统都可以提供磁盘的热插拔功能，具体用学术的说法就是：热替换（Hot replacement）、热添加（hot expansion）和热升级（hot upgrade），热插拔最早出现在服务器领域，是为了提高服务器易用性而提出的，在我们平时用的电脑中一般都有USB接口，这种接口就能够实现热插拔，若没有热插拔功能，即使磁盘损坏不会造成数据的丢失，用户仍然需要关闭系统，以便能够对硬盘进行更换，而使用热插拔技术只要简单的打开连接开关或者转动手柄就可以直接取出硬盘，而系统仍然可以不间断运行，本实施例中整流器3和逆变器6均为具有在线热插拔更换功能的装置，在整流器3和逆变器6需要更换时，不会影响整个UPS电源系统的使用，仍能保证使用性能。

控制模块7为两块，模块化UPS电源系统的控制模块7采用工业CAN BUS总线控制结构，由两块冗余的可热插拔的控制模块7来完成对系统的控制管理，其中一块控制模块7故障不会影响到系统的正常工作，控制模块7可在线热插拔更换。

多块上述功率模块9并联连接，能够有效平均分担负载，如遇故障，功率模块9自动退出系统，由其它功率模块9来承担负载，既能水平扩展，又能垂直扩展，独特的冗余并机技术使设备无单点故障，以确保电源的最高可用性。

本实施例中的UPS电源系统中还包括静态旁路模块，上述静态旁路模块与靠近上述交流输出单元2处的静态开关4连接，当UPS需要进行定期维护或过载时间超过了逆变器3的输出能力时，或UPS故障时，就需要将负载转换到旁路电路，旁路电路可以隔离逆变3并提供一个直接的AC旁路电源，UPS的逻辑电路连续监视旁路电源的可用性，以便必要时进行转换，旁路电路由静态旁路开关组成，与逆变器3电源输出静态开关连接，可以将负载从一个电源转换到另一个电源，上述静态旁路模块并联输出电压精度为±1%，并联电路中，无论各支路电阻如何变化（滑动变阻器如何移动），都不会影响电压，能够有效保证电压的稳定性。

UPS电源系统还包括温湿度传感器，上述温湿度传感器安装在上述UPS电源系统中并无线连接设置在UPS电源系统外部的远程监控模块8，插入多功能网卡，通过网络实现对机房环境的温湿度监控和报警，以便工作人员能够及时了解UPS电源系统周围的环境情况，以能够对该电源系统及时处理，保证UPS电源系统整体的运行状态。

远程监控模块8与UPS电源系统无线连接，可远程观测到UPS电源系统的使用状态，不用时刻监视，降低了操作人员的劳动强度。

UPS电源系统采用连续电流模式，减少电网干扰。

从设计原则上讲，承担供电任务的整个电源系统都必须采用具有高度“容错”功能的冗余式的供电方案，以确保无论是在市电电网出故障时或是在任何模块(包括系统控制模块)发生故障时，还是在进行日常维护/检修操作时或因故致使保险丝烧毁/断路器开关“跳闸”时，互联设备均应由“在线式UPS”的逆变器电源来供电，而不应进入由普通的市电电源/应急备用发电机组经UPS的交流旁路来供电的状态。

本实施例中的UPS电源系统，具有最长的履行职责平均无故障时间(λmission)，最小的平均维修时间 (MTTR)及最强的抗市电干扰风险能力及高度“容错”功能，是最可靠的电力保证，其具有多种制式可供选择，易于操作，可实现多种进出线方式：1/1,1/3,3/1或3/3、输入频率可为50Hz也可设置输出频率60Hz、输出电压可设为220V、230V、240V，若再配置输入、输出变压器则可满足全球范围内所有国家和地区的供电需求，其体积小，便于安装，且工作效率高，功率密度大，是其最大的特点。

在提倡环保节能的今天，绿色节能型模块化UPS备受关注，输入功率因数达0.999以上，减少了线路损耗，提高了电源利用率，其逆变效率可达98%以上，从而提高了整机工作效率，降低了损耗、节省了电能。

本实施例中的UPS电源系统，由各个模块组成，可实现热插拨功能，且各模块机架可完全分离，便于用户以后的扩容或减容，使用方便，可实现在线更换、在线维护，降低了维护难度、减少了维护时间，且各模块尺寸均可按照标准19英寸结构设计，使整机外形与标准机架一致，美化了机器外形，且模块可与标准机架通用。

各模块之间的并联控制采用了分散式逻辑控制方式，没有主机与从机之分，任何一个模块拨出或插入均不会影响其它模块的正常工作，按需构成N+1，N+X冗余系统，减少了系统本身和负载的风险系数，是负载受UPS保护时间全面提升，既增加了整机工作的可靠性，又简化了用户维护难度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：1交流输入单元；2、交流输出单元；3、整流器；4、静态开关；5、电池组合；6、逆变器；7、控制模块；8、远程监控模块；9、功率模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：包括功率模块（9）、控制模块（7）及静态开关（4）；所述功率模块（9）采用双变换在线式结构，多块所述功率模块（9）电性连接，所述功率模块（9）包括整流器（3）、逆变器（6）、交流输入单元（1）、交流输出单元（2）、控制电路及静态开关（4），所述整流器（3）在通电时将交流输入单元（1）输入的交流电变为直流电对电池组合（5）及逆变器（6）进行充电，所述交流输入单元（1）电性连接在整流器（3）上，所述整流器（3）电性连接在逆变器（6）上；所述控制模块（7）为冗余的可插拔结构，多块控制模块（7）电性连接在交流输入单元（1）和交流输出单元（2）之间控制整个模块化UPS电源；两个所述静态开关（4）分别电性连接在交流输入单元（1）和交流输出单元（2）的一端控制电路的通断。

2.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述整流器（3）和逆变器（6）均为具有并联冗余功能的装置。

3.根据权利要求2所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述整流器（3）和逆变器（6）均为具有在线热插拔更换功能的装置。

4.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述控制模块（7）为两块。

5.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：多块所述功率模块（9）并联连接。

6.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：还包括静态旁路模块，所述静态旁路模块与靠近所述交流输出单元（2）处的静态开关（4）连接。

7.根据权利要求6所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述静态旁路模块并联输出电压精度为±1%。

8.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：UPS电源系统还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器安装在所述UPS电源系统中并无线连接设置在UPS电源系统外部的远程监控模块（8）。

9.根据权利要求8所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述远程监控模块（8）与UPS电源系统无线连接。

10.根据权利要求1所述的一种可在线热插拔的模块化UPS电源系统，其特征在于：所述UPS电源系统采用连续电流模式。