UPS电源设计与运用

李广环

摘 要：本文就不间断电源（UPS）的热备冗余设计问题进行了一些探讨，提出UPS多机热备冗余的解决方案，具有线路简单、在线维护方便、不断电等特点。因此，UPS多机热备冗余方案容易被越来越多的企业用户所接受。

关键字：UPS电源;热备冗余;维护方便

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.119

1 目前UPS运行中存在的问题

在制药行业中，UPS电源在配电系统、 DCS、监控系统、自动化仪表，调度通信系统、微机系统等核心设备中发挥重要作用，它能够保证在市电突然事故断电情况下，使这些设备的电源能够维持一段时间，保证它们在紧急情况下进行操作处理，不发生安全事故，也能使用户数据能够紧急存盘，不致因停电丢失数据，因此UPS 得到广泛运用，但在使用中还是存在许多问题，主要表现在以下几个方面：

（1）UPS主机出现故障转为旁路运行时，在线维修难度大，仍然需要把主机退出来，增加了负载失电的风险;

（2）单台UPS运行时，不管哪个部件发生故障，就会影响输出;

（3）即时有双机UPS运行的设备，仅为简单的并列，且并列环流大，不利于长期运行。

2 UPS双机冗余系统的优点

针对现有问题，结合多年实际使用情况，提出UPS多机热备冗余的解决方案，解决热备份连接方法的不足，将多台同型号、同参数、同功率的的UPS电源输出端通过联络开关并联在一起，各UPS输入端取至不同变压器的供电电源。目的就是为了不能因为UPS进线电源故障或主机本身故障影响供电，提高供电的可靠性，并联后的多台UPS可靠性数学模型如图1所示，根据上面的假设台数，其系统可靠性R（t）可根据下式函数计算得出：

R（t）=1-（1-R1）（1-R1）2=0.9999999

由上面的结果可以看出，双机冗余系统要比单机系统可靠性高出两个数量级，其基本工作原理是：正常情况下，两台UPS均各自独立输出，均可独自对负载设备供电，当一台UPS故障时，由剩下的一台UPS承担全部负载。且因为有外部旁路系统，在不影响输出的情况下，可脱机检修，比如对于30kW的设备负载，我们可以考虑2台15kW容量的UPS系统并联，即使一台UPS出现故障，另外一台UPS仍然可以承担全部负载，此为双机热备冗余。并联冗余的本质，是不间断电源可靠稳定的输出。具体电路如图2。

具体工作原理和操作流程如下：正常运行时QA11、QA13、QB1和QA21、QA23、QB2合闸，QA12、QA22、GK1分闸，两台功率相同的UPS分别对应不同的负载;若UPS1故障或市电失电时，需要退出UPS1进行维修，则该台UPS会自动转为内部旁路，另外一台UPS人为转为内部旁路，合GK1，2台UPS在旁路状态并联运行，分QA13，再将UPS2转为自动运行，所有负载由UPS2提供电源，分QA11，UPS1退出运行，主机取出维修;当UPS1故障排除后，按逆顺序投入UPS1。

检修和维护：若UPS1计划检修和维护，可直接合GK1，使两台UPS在热机冗余情况下运行，分QA13、QA11开关（注意分合顺序不能搞反），退出UPS1运行，取出主机检修。

故障解决方式：若UPS1和UPS2同时发生故障，UPS会自动转为内部旁路，此时合QA12、QA22，分QA13、QA23和QA11、QA21开关，退出UPS1和UPS2，改为市电供电模式。

从上面UPS冗余系统来看，运行的稳定性增强了，故障率低、供电方式更加灵活，检修也方便，因此要比单UPS供电可靠性强，在非冗余情况下，组合方式多样，也可提供单机运行模式、市电运行模式、电池供电模式，彼此独立互不影响，可靠性大大提高。

該UPS不间断电源并联冗余系统有以下优点：

（1）提高供电系统的稳定性，没有公用的元器件，不会因为一台UPS主机或元器件故障影响全部输出;

（2）因并机运行的每台UPS功率、型号均一样，内部阻抗、输出波形也一样，在带载运行时基本上没有环流，在空载时环流具有自平衡功能;

（3）线路简单、可以在线检修、维护，也可脱机检修UPS主机。

（4）因系统结构一样，备件成本低。

3 UPS双机冗余系统运行中的不足

我公司购买多台该系统设计的UPS，车间使用后反映效果良好，但在使用中也存在一些不足：

（1）由于故障时需要并联运行，故需要并联运行的UPS品牌、型号、参数一致，对于多品牌的使用增加了局限性;

（2）并机使用有环流存在，降低了运行的稳定性。

总之，在对UPS电源系统进行设计时，要结合使用工况、负载情况有针对性的选型设计，我们具有考虑可操作性、智能化，也要考虑投资成本、后期维护费用，同时还要考虑将来系统的扩容，不要只顾眼前利益，对设备进行简单的堆积或组合，避免投资费用过大，又为达到预期要求，只有准备充分、用心设计，就一定能设计出满足自己需求、性价比高的UPS冗余系统。

参考文献：

[1]路华山.海南炼化生产控制系统UPS的应用技术探讨与改进[J].电工技术，2010（03）.