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英威腾:浅谈模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案

发布时间: 2024-02-12 作者:欧宝竞彩体育

产品介绍

  模块化UPS的概念,最先起源于客户对系统维修的简易化的需求,希望能在故障情况下不影响关键业务,进行简单的更换操作就可以恢复系统。厂家天然地就想到把UPS并机系统设计成模块化结构,这也就是分散旁路方案的来源。

  分散旁路方案的优点是:控制简单,开发难度小,仅须将原有的UPS并机系统移植并优化监控部分即可;机柜成本低;旁路器件因为容量较小,成本也相比来说较低;静态旁路有多路冗余。

  集中旁路方案是继分散旁路之后发展起来的技术路线,相比传统并机UPS系统,从并联均流控制、系统逻辑协调、容错能力方面都做了非常大的改动,能够说是一个全新的技术领域,开发难度大。

  静态旁路作为UPS供电的最后一道屏障,重要性不言而喻,常见的旁路供电的情况有以下几种:逆变器故障、逆变器过载或过温、输出短路。能够正常的看到,旁路供电的工况多数是极端工况,对器件的考核应该加倍严酷。

  旁路供电时,集中旁路方案很好理解,只有一个旁路提供全部电流,旁路容量按照系统最大容量来设计,跟模块配置数量无关,不存在任何问题。

  分散旁路方案是由多路小功率静态旁路来承担负载,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流没有很好的方法用软件方法来控制,模块间的均流完全取决于以下几个因素:

  1)个体器件间的差异,主要是导通压降的差异,器件厂家的分散性不可避免;

  2)回路阻抗的差异,主要是各回路线缆的长度没办法保证一致,且线缆连接点阻抗因工艺控制等原因无法把握;

  一般来说,即使是最乐观的估计,均流差异都不大可能会小于20%以内,也就是说,存在部分模块电流过大的风险,这在严酷的应用中是很危险的。

  由于这个不可控的均流能力,部分厂家提出了“解决方案”——旁路均流电感,原理简单粗暴,就是每个旁路回路串联一个电感(如图3所示),利用电感的阻抗来平衡各支路的电流(同样也是常规并机系统的方法)。且不说电感量的10%的个体差异,带来更大的系统损耗,这种方案还会有下面瞬态性能上不可逾越鸿沟。

  逆变切换到旁路的工况,绝大多数都是紧急工况,切换时序要求非常高,否则易引起关键负载中断。在大负载或者是故障电流情况下切换,瞬间的操作电流可能会数倍于系统额定电流,这也就是为什么静态旁路设计的基本要求更大的余量。

  静态旁路器件抗瞬态电流冲击的主要参数是I2t,也就是短时间(一般小于10ms)的电流积分,如果I2t过大,器件即很可能烧毁。UPS的性能参数中,常见规定的旁路过载能力为1000%维持10ms,也就是在配电开关保护时间(10ms)内旁路需要出示不小于10倍额定电流。下面以300kVA系统为例,分析不同器件的抗冲击能力的差异。

  分散静态旁路器件,因为目前技术能力的原因,器件单体最大电流等级为70A,根据某著名厂家的器件规格书,提供的最大I2t为7200A2S(

  集中静态旁路,用的都是SCR模块,最主流厂家为德国赛米控(SEMIKRON),我们一起看看其中一个型号SKKT323/16E的I2t参数,同样10ms条件下为450000A2S,两者之间的相差超过60倍!

  而我们计算一下对于常见的1000%过载10ms的I2t需求,对于300kVA系统而言.

  也就是说,集中旁路的单个SCR模块,完全能提供超过10倍额定电流的10ms保护能力,而基于分立器件的静态旁路,即使不考虑器件不均流,也是远远不足的!

  瞬态切换的均流控制,不光与器件、各回路阻抗有关,也与控制相关。由于各个模块有各自的控制器,存在各处理器的处理速度、通信延时和模块自身差异等因素影响,各模块的实际切换动作一定有不等的延时,这就导致了第一个切到旁路的模块,很可能承受着100倍于模块容量的额定电流!由于是瞬态大电流,即使串联旁路均流电感也不会起到任何限流作用。这对于任何器件来说都是不可能完成的任务,这种切换无异于原地爆炸。短路故障电流的示意图如图4所示。

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