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UPS并联机好,还是串联热备机好?

2015-10-22

来源:沈阳网源电子-UPS电源专卖

 

时下用户在选购三相UPS时,常会发问:选择并联的机器好,还是串联热备机好?现就此总是分析如下:

首先就增加系统可靠性而言,双机并联(参考附图)的确是可以增加可靠度,当其中一台UPS出故障时,所有的负载可由另一台UPS承担。因此在应用时,负载的总容量最好不要超过其中一台UPS的额定容量,否则容易发生过载。如果以2台100KVA三相UPS并机为例,负载最多不可超过100KVA。因此设备设资利用率最高权有100KVA/200KVA=50%。而不是100KVA+100KVA=200KVA,简单来说是“1+1=1”,而不是1+1=2。而且每台UPS最高的负载比率也仅有50%。

双机串联热备机的应用,同样可以达到增加系统可靠度的目的。其中主机UPS故障时,可由另一台串联的热备机承担所有负载。同样,负载的总容量亦不超过其中热备机的额定容量。设备投资的利用率最高亦仅有50%。但是串联的主机平时即承受100%的负载(以上述例子而言,100KVA的负载平时完全由串联主机负担,帮承载100%)。一般而言承载100%的UPS会比承载50%的UPS效率来得高。因此,经长年累朋工作于在线的模式下,所节省的电费即相当可观,有可能3年或5年内即可将省下的电费买下另一台UPS。总的说,串联的效率比并联的效率高。此外,就“并联机可增加输出容量”而言,虽是事实,但依上述的说明,为使双机并联的可靠度能得到保证,负载一般不超过任一台的额定负载。此种应用与串联热备机的应用相同。因此,“并联机可增加输出容量”的论调并没有比双机串联热备机优越。UPS厂商反倒是因为双机并联的功能而提高售价。要求使用者花更多的钱去买与双机热备机具有相同可靠度的并联机。使用者必须仔细考虑是否真有此必要。

再就操作而言,一般双机串联热备机UPS在安装完毕后操作即与单机一样简单。但是在双机并联的应用中,由于双机并联需考虑各UPS之电压、频率及相位三者完全一致条件下才可并联。因此操作上须注意的事项甚是复杂。尚且,双机并联要增加UPS的配件,形成2台UPS要同时锁相输出,因此在长时间的作业下,并联机的故障率将会比串联机高。有时因电压、频率、相位无法一致,操作时仅能保持主机(Master)运转而仆机(Slaver)则关闭。主仆式(Master-Slaver)架构为一般双机并联的主要架构。

另外在保养维修时,双机串联热备机在主机维修时,由于可由旁路副机提供稳定的电源,继续供应电力给负载,甚是方便。但双机并联欲作维修时须先关闭其中一台UPS。而维修完毕时,欲再作并联运转时,须再次遵照其复杂的操作程序开、关机,以确保向负载继续供电及使电压、频率、相位均一致而成功并联运行,甚是不便。而且在开、关机程序中,是否仍能持续供应负载电力仍是一个大问题。

在双机并联的应用中,有时为使两机之电压、频率、相位保持一致,须再额外加一个通讯盒(或称并联板),以便使两台并联UPS内部的微机处理(CPU)作沟通通讯。因此,此一通讯盒或并联板有电缆线连至两台并联的UPS。额外增加了空间的占有率及连接的配置。反观在双机串联热备机中则没有上述的通讯盒或控制盒,可节省空间位置。

综合上述论点分析,以双机串联作热备份,会比双机并联有较佳的经济效益,而且具有个同的可靠度。因此建议使用者在先购时须仔细、慎重地考虑。兹将双机串联热备机与双机并联及单机使用的各项应用上需考虑的事项列表于后,仅供参考(见附表)。

 

提高UPS系统可靠性方案的选择:

提高UPS系统可靠性方案的选择可以从如下几方面考虑。

 

1、必要性

尽管大功率UPS的可靠性很高,但有些用户系统还需要更高的可靠性,因此需要寻找提高UPS可靠性的方法。不同品牌的UPS,其单机的可靠性是有很大差别的,当然不同的并机方法其运行可靠性也截然不同。

 

2、方法

(1)单机UPS运行:重要部件或电路采用冗余并联;

(2)多台UPS(≥2台)运行:

1)主从热备份(含互助热备份,主机带载,备机空载);

2)互动热备份(两机均带负载,功率由人工分配);

3)冗余并联(负载功率自动均分)。

 

3、比较

(1)多机运行可靠性比单机采用重要部件冗余并联运行可靠性高,因为故障可能出现在没有冗余的部件上,这是单机运行的薄弱环节。

(2)多机运行的可靠性按原理分析是很高的,从技术上说可靠性应当服从下列次序:冗余并机>互动热备份>互助热备份>主从热备份。

 

4、方案

(1)主从热备份

主机带负载,备机空载,备机接入主机的BYPASS(旁路)输入端,接线框图如图1所示。

优点:

1)灵活性高,不受品牌限制;

2)安装简单,无须额外调试;

3)不增加额外辅助电路,不增加购置成本;

4)不可作N+1热备份,可分期扩容。

缺点:

1)瞬时过载能力低;

2)两机老化不一致;

3)备机电池长期处于浮充状态,影响电池寿命。

(2)互动热备份

两机分别带负载,预先由人工分分配负载,是主从热备份的改进型,接线框图如图2所示。

优点:

1)本方案是主从热备份的改进型,是人工一次分配负载的并机方案。除保留主从热备份的优点外,克服其全部缺点;

2)瞬时过载能力强;

3)两机同等老化;

4)不存在备机电池长期浮充状态;

5)没有冗余并机方案的致命弱点——环流。

缺点:如果负载功率不能由人工分配时,此方案不适用。

(3)互助热备份

单机带载,单元互助.

优点:

1)由于采用单元互助,系统故障机率大大下降;

2)两台UPS可轮换工作;

3)没有瓶颈故障点。

缺点:瞬时过载能力低

(4)冗余并联

自动均分负载。从并机柜、并机模块、并机板、无线并机到数码控制自动并机(并机之UPS采用电流控制均分,完全独立控制)的发展过程。

优点:

1)瞬间过载能力强;

2)自动均分功率。

缺点:

1)存在环流。不同并机方法,具有不同环流。环流增加无功损耗,降低系统可靠性;

2)无论何种并机方案,均需增加额外辅助电路,使成本、故障点增加。

 

5、结论

(1)冗余并联功率均分,技术档次最高。如能彻底解决环流,才能认可本方案可靠性最高。但如果并机环流处理不好,则严重影响其可靠性并增大无功损耗。

(2)目前流行的并机板冗余并机方案,由于采用电压控制方案,未能彻底解决环流问题,除了调试均分负载困难外,还存在老化漂移及温度漂移的致命缺点。

(3)三菱UPS是采用瞬时电流差(△I)控制,并运用全数字化、DSP技术方案。因而并机环流很小,长期稳定性好,冗余并机可靠性大大提高。由于其并机技术含量高,因而价位也随之升高。

(4)如果冗余并机采用并机板方案,而又未解决环流这一核心问题时,其并机可靠性还不如主从热备份,更不如互动热备份。

(5)从兼顾可靠性与投资成本两方面因素考虑,应首选互动热备份。

(6)有些品牌UPS单机运行可靠性已经很高,例如三菱UPS,单机(权逆变器工作)平均无故障时间已达20万小时(约22年),因此三菱UPS冗余并联技术的发展,主要不

是解决可靠性问题,而是为了系统扩容需要。