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冗余式UPS关键技术研究

来源:机房360 作者:王 宁 钱希森 王吉校 更新时间:2013-8-22 15:39:57

摘要:冗余式UPS的出现,极大地提高了电力保障系统的可靠性、灵活性、智能化、免(或少)维护等方面的性能。由于冗余式UPS在电力供应中的重要性,国内外都对其相关技术极为关注。国外的科研机构和一些UPS制造厂商投入了大量资金、人力和物力进行相关技术的研究,目前已经有少量相关产品问世。国内该技术起步较晚,目前还处于探索阶段,因此有必要对冗余式UPS中的关键技术进行深入研究。本文主要从均流(负载均分)技术、单元模块热插拔、系统的监控与保护等三个方面来介绍冗余式UPS中的关键技术。

  1.2 系统参数对并联均流的影响

  在不同状况下,环流分量相对于各逆变电源呈现出不同的负载特性,或为有功或为无功;环流分量改变了各逆变电源的输出电流,也相应改变了各逆变电源的输出功率,使各逆变电源所承担的负载均衡。

  系统参数对逆变器并联均流的影响有所不同。电感参数的偏移对并联系统均流程度的影响一般,电感量偏移50%时,系统将产生最大环流,使带载能力下降,但仍能正常工作。输出滤波电容参数的偏差对并联系统的均流效果影响不大,在电容量相差50%时,系统产生的环流不到总输出电流的2%,带载能力基本不变。输出电压幅值的偏差对并联系统的均流效果有很大影响。电压幅值相差5%时,并联系统将产生2倍于输出电流的环流,带载能力急剧下降,不能正常工作。输出电压相位的差异对并联系统均流效果的影响很大,在相位相差9°的情况下,并联系统将会产生系统总输出电流的6倍左右的环流,系统丧失带载能力,环流将会对逆变器的功率器件产生破坏性作用。

  2 单元模块热插拔技术

  并联冗余式UPS采用了先进的单元模块热插拔技术,故障模块可任意在线投入或退出并联系统,无需停电操作,实现了并联系统的在线维护,同时克服了传统UPS转旁路维修的技术难题,使维修超常简便。

  基于DSP控制的模块化并联冗余UPS系统的设计方法已在实际产品中运用,其控制灵活实用,智能化程度高,系统可靠性好,可实现单元模块的热插拔,是一种理想的容错性可在线维修的电源系统,如图3所示。

  2.1 基于DSP控制的冗余式UPS系统原理

  基于DSP(高速数字信号处理器)控制的UPS模块,其系统采用主从控制方案。当多个模块组成的并联冗余系统通电运行时,通过同步总线CAN(Controller Area Network)的竞争机制自动生成主模块。主模块输出电压的相位信息——发出的同步信号将成为各从模块运行的时序依据,实现模块间的同步运行。采用该方案后,各模块之间同步误差很小,同步效果非常好。

  当同步控制一旦建立,DSP检测本模块各项系统参数,启动模块功能,为负载供电,同时通过均流控制通信线将本模块的运行参数向总线上的各个模块发送,延时等待后,再从总线上获取其他模块的运行参数,DSP结合本模块运行参数,根据均流控制策略计算得到均流误差参数,从而调整PWM 脉冲调控本模块各项输出参数,实现系统均流。

       

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