CN2812380Y - 具有互助式冗余并机功能的ups系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有互助式冗余并机功能的UPS系统，其至少包括有第一UPS及第二UPS，所述第一UPS及第二UPS的前端接市电，其后端接负载，第一UPS及第二UPS分别包含有一个用于市电跟踪同步及旁路转换的第一转换开关或第二转换开关。本实用新型具有实现简单、每台UPS的使用均衡合理、系统可靠性高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种UPS系统，特别是涉及一种具有互助式冗余并机功能的UPS系统。
背景技术
不间断电源(UPS)作为重要电子设备的电力保护电源，应用已经越来越广泛。由于这些重要电子设备对可靠电源的依赖性，UPS的可靠性成了非常重要的因素。目前较大功率(5KVA及以上功率)的高品质UPS基本上采用双转换体制的在线式UPS，其基本工作方式如下所述。如图1所示，市电交流能量经过整流器变换成为直流能量，再经过逆变器重新变换成为高质量的交流能量输出，为负载供电；同时市电通过充电器对蓄电池充电，进行备份能量的存储。
如图2所示，当市电出现异常时，蓄电池的直流能量经过逆变器变换成为高质量的交流能量输出，不间断地继续为负载供电。
如图3所示，当逆变器停止输出，市电交流能量通过静态旁路线和静态开关，直接为负载供电；同时，市电仍然可以通过充电器对蓄电池充电。
对于重要的负载，带静态旁路的双转换在线式UPS仍然不能满足电源可靠性的需求，业界通常会采用“冗余并机”的技术来保证更高的可靠性，即采用双机乃至多机并机实现冗余运行，使得UPS供电系统的可靠性进一步提高，从而使得UPS系统除非同时处在下述情形，否则不会中断供电：冗余系统中多台UPS逆变器同时故障(故障容量超过冗余容量)而未能及时修复，且市电出现异常。
传统的冗余并机方案主要包括并联冗余并机和串联热备份冗余并机两种方案。如图4所示，其为一种并联冗余的并机示意图，即两台UPS采用输出直接并联，共同向负载提供电力输出的方案。两台UPS并联冗余并机运行时，其输出的火线、零线是完全并联连接并共同输出的，其冗余运行的原理为：
双机均正常逆变工作时，各带50％负载均流输出，共同为负载提供逆变电力输出。当任一台UPS逆变器故障时，故障UPS自动关闭其输出，负载由另一台UPS独立逆变输出供电。当两台UPS逆变器均故障后，负载自动通过静态开关无间断地转由市电旁路供电。当且仅当两台UPS逆变器均故障，同时市电发生异常时，才会影响负载的正常工作。
如图5所示，其为一种串联热备份冗余并机的示意图，即两台UPS通过静态开关进行串联备份的冗余方案。两台UPS串联热备份冗余并机运行时，其中的UPS1作为主UPS逆变带载，UPS2作为备UPS为主UPS提供逆变的输出备份。其冗余运行的原理为：双机均正常逆变工作时，负载主要由主UPS逆变承担，而备UPS则主要作为主UPS的输出备份。当主UPS逆变器故障而备UPS正常时，负载自动通过主UPS的静态开关无间断地转由备UPS逆变输出供电。当备UPS逆变器故障而主UPS正常时，主UPS的带载逆变运行不受影响。当两台UPS逆变器均故障后，负载自动通过静态开关无间断地转由市电旁路供电。当且仅当两台UPS逆变器均故障，同时市电发生异常时，才会影响负载的正常工作。
上述两种冗余并机方式，均存在有优缺点：
由于并联冗余并机方式是将并机的UPS输出直接并联，这要求参与并机的UPS在逆变器输出电压、频率、相位、波形等方面必须不断相互跟踪，并在一定的较小范围内保持瞬时的一致，而且对于各种环境条件的变化(如市电、负载、温度等)，其动态响应也应保持基本一致，才能确保各并机UPS之间的环流被控制在平衡幅度之内，而不致造成并机系统的失衡甚至崩溃。其优点在于：两台UPS可自动均流输出，负载配置方便。两台UPS不分主、备机，各带50％负载，这对于UPS主机及蓄电池的使用比较合理。其缺点在于：该方案的技术实现有一定难度，成本也相应会较高。由于两台UPS的逆变器输出端直接并联接在一起，令两台UPS主机相互间存在电路关联。虽然各逆变器的输出电压、频率、相位可以尽量做到差异很小，但波形、谐波、动态响应必然存在差异，这就使得两台并联机器存在一定的运行风险：虽然并机系统的可靠性会有所提高，但其单机的可靠性却要受到影响。由于并联系统对并机控制电路可靠性的过度依赖，并机控制电路的可靠性成为并联系统的可靠性的重要瓶颈。原则上该方案只能在同一厂家生产的产品中实现，而且必须预先定制，不能随时更改方案。
对于串联热备份冗余并机方式而言，主要是直接利用UPS现有的静态开关的静态旁路转换动作来实现串联热备份转换。其优点在于：实现技术比较简单容易，基本不需另外增加成本。原则上所有双转换在线式UPS都可实现，不需要提前定制，方案实施比较灵活。两台UPS主机相互间是串联关系，不存在直接电路关联，因此UPS单机的可靠性不受影响。其缺点在于：由于该方案中，负载主要由主UPS逆变承担，而备UPS则主要作为主UPS的输出备份。因此，可能主UPS长期满载运行，而备UPS长期空载运行，两台UPS的逆变器带载不均衡，而且两台UPS的蓄电池使用也不均衡，这对于UPS主机及蓄电池的使用都不太合理。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于：为克服现有的UPS系统并联冗余及串联冗余方式的不足，而提供一种具有互助式冗余并机功能的UPS系统，其实现简单、每台UPS的使用均衡合理、系统可靠性高。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案在于：提供一种具有互助式冗余并机功能的UPS系统，其至少包括有第一UPS及第二UPS，所述第一UPS及第二UPS的前端接市电，其后端接负载，所述第一UPS及第二UPS分别包含有一个用于市电跟踪同步及旁路转换的第一转换开关及第二转换开关。
在本技术方案的改进中，所述第一转换开关及第二转换开关的空置端均连接市电的火线，所述第一UPS的静态开关的空置端连接第二转换开关的输出端，第一转换开关的常闭端与第一UPS的静态开关的输出端连接，第一转换开关的输出端与第二UPS的静态开关的空置端连接，且第二转换开关的常闭端连接第二UPS的静态开关的输出端。
在本技术方案中，所述第一转换开关与第一UPS的静态开关同步联动，第二转换开关与第二UPS的静态开关同步联动。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型，保留了现有串联热备份冗余方案的“技术简单，成本不高”的优点。其只需在每一个UPS中加一个简单的转换开关，在双转换在线式UPS上很容易实现；且UPS相互间无直接电路关联，UPS单机可靠性不受影响，安全性高。因为UPS不分主、备机，可以同时带载输出，故UPS使用非常均衡。
附图说明
图1是现有UPS在市电正常时的原理框图。
图2是现有UPS在市电异常时的原理框图。
图3是现有UPS在逆变器故障时的原理框图。
图4是现有UPS双机并联冗余并机的连接示意图。
图5是现有UPS双机串联热备份并机的连接示意图。
图6是本实用新型第一实施例的示意图。
图7是本实用新型第二实施例的示意图。
具体实施方式
如图6所示，是本实用新型的第一实施例的示意图。在该实施例中，两台UPS通过静态开关作交叉连接，实现双机互为主、备机的基本连接方式。同时，每台UPS内均增加了一个带转换开关的并机电路板，其作用主要是实现市电跟踪同步和旁路转换的功能，转换开关的转换动作应该与本台UPS的静态开关备份转换是完全同步联动的，因此我们将此第一实施例称为本机控制的互助冗余并机方案。我们把其中的UPS分别称为第一UPS及第二UPS。其具体的连线方式如下所述：所述第一UPS及第二UPS的前端接市电，其后端接负载，第一UPS含有第一转换开关，第二UPS含有第二转换开关。该第一转换开关及第二转换开关的空置端均连接市电的火线，该第一UPS的静态开关的空置端连接第二转换开关的输出端，第一转换开关的常闭端与第一UPS的静态开关的输出端连接，第一转换开关的输出端与第二UPS的静态开关的空置端连接，且第二转换开关的常闭端连接第二UPS的静态开关的输出端。
如图7所示，是本实用新型的第二实施例的示意图。在该实施例中，与本机控制的互助冗余并机方案不同的是，第二转换开关设在第一UPS内，第一转换开关设在第二UPS内。转换开关的转换动作应该交叉与另一台UPS的静态开关备份转换完全同步联动，因此我们将此第二实施例称为交叉控制的互助冗余并机方案。其具体的连线方式如下所述：其中，该第一转换开关及第二转换开关的空置端均连接市电的火线，该第一UPS的静态开关的空置端连接第二转换开关的输出端，第一转换开关的常闭端与第一UPS的静态开关的输出端连接，第一转换开关的输出端连接第二UPS的静态开关的空置端，且第二转换开关的常闭端与第二UPS的静态开关的输出端连接。
在图6及图7所示的并机连接中，当双机均正常逆变工作时，两台UPS均可各自逆变直接输出带载，同时又分别为另一台UPS作输出备份，此时，两台UPS互相跟踪同步。
当任意一台UPS逆变器故障时，该UPS的负载自动通过其静态开关无间断地转由另一台UPS逆变输出供电，即两台UPS的负载全部由正常工作的一台UPS逆变输出供电。此时，正常工作的UPS将迅速转为跟踪同步市电。当另外一台UPS逆变器也发生故障时，两台UPS的负载均通过转换开关自动无间断地转由市电旁路供电。当且仅当两台UPS逆变器均故障，同时市电发生异常时，才会影响负载的正常工作。
在该两种实施例中，均保留了串联热备份冗余方案的“技术简单，成本不高”的优点。其只需增加一个简单的“并机电路板”，同样在双转换在线式UPS上很容易实现，方案实施非常灵活。保留了串联热备份冗余方案的“UPS主机相互间无直接电路关联”的优点，UPS单机可靠性不受影响。克服了串联热备份冗余方案的“主UPS满载而备UPS空载”所带来的“UPS主机及蓄电池使用不均衡”的问题，两台UPS不分主、备机，可以同时带载输出，使用比较合理。
Claims (3)
1.一种具有互助式冗余并机功能的UPS系统，其至少包括有第一UPS及第二UPS，所述第一UPS及第二UPS的前端接市电，其后端接负载，其特征在于：第一UPS及第二UPS分别包含有一个用于市电跟踪同步及旁路转换的第一转换开关或第二转换开关。
2.如权利要求1所述的具有互助式冗余功能的UPS系统，其特征在于：所述第一转换开关及第二转换开关的空置端均连接市电的火线，所述第一UPS的静态开关的空置端连接第二转换开关的输出端，第一转换开关的常闭端与第一UPS的静态开关的输出端连接，第一转换开关的输出端与第二UPS的静态开关的空置端连接，且第二转换开关的常闭端连接第二UPS的静态开关的输出端。
3.如权利要求2所述的具有互助式冗余功能的UPS系统，其特征在于：所述第一转换开关与第一UPS的静态开关同步联动，第二转换开关与第二UPS的静态开关同步联动。
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