由于不間斷電源設備(UPS)是一種電子電源系統,其基本功能是當正常電源局部的或全部的發生故障時,通常作為局部電源,為用戶設備提供符合規定連續性和質量的電力。當公用電源較長時間不能用或不合要求時, 通過實施轉換某種蓄電池供電方式,在規定時間內向用戶設備供電。目前已開發出功率范圍從不足百瓦至數兆瓦,能滿足使用者不同類型負載對供電連續性和供電質量要求的各種型式UPS。
為此,我國國家標準GB/T 7260.3-2003《不間斷電源設備(UPS) 第3部分:確定性能的方法和試驗要求》的附錄A中,給出了不間斷電源設備(UPS)的配置類型。包括了各種 UPS的配置圖形,其范圍包括簡單的設備直至附加有負載電力安全保障的十分復雜的設備。 UPS的各種配置圖形用以達到各種負載電力連續性要求和/或增加輸出功率的額定值。并闡述了常用的一些典型配置及每種配置的主要特征。
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一、單臺UPS
最簡單的配置是單臺UPS。它分為以下情形:
1、無旁路單臺UPS
只要在其技術規范內連續運行,單臺UPS能保證負載電力的連續性。
2、逆變器和蓄電池共用一個整流器的單臺UPS
負載總是由逆變器供電,而逆變器由交流輸入經整流器或由蓄電池供電,如下圖1-2所示。整流器必須是可控的以便蓄電池再充電,并使蓄電池保持在充電狀態。
圖1-2:逆變器和蓄電池共用一個整流器的單臺UPS
在交流輸入電源故障時,由蓄電池在直流電壓不斷降低的情況下供電,直至低到不能滿足逆變器輸出要求為止。蓄電池的類型和容量將決定系統在沒有交流輸入電源供電時,尚能運行的時間值。UPS的輸入、輸出可有不同的頻率、相數和電壓等級。其設計的輸出特性能滿足比許多一般電源更嚴格的技術要求。亦即更窄的電壓和頻率允差,更小的瞬態偏差,以及更好的輸入電源故障保護等等。
3、有獨立蓄電池充電器的單臺UPS
整流器作為逆變器輸入電源和給蓄電池充電的要求可能互相矛盾,所以UPS可設計成具有獨立的蓄電池充電器,如下圖1-3。從使用者的觀點看,上述對單臺UPS的說明也適用于這種系統。
圖1-3:有獨立蓄電池充電器的單臺UPS
4、可輸出直流和交流的單臺UPS
某些用途既需要有不間斷的直流電,又需要不間斷的交流電,并可能是組合設備。如圖1-4給出的例子。在某些情況下,直流環節電壓的選擇受所需直流輸出的限制。本部分適用于間接交流變流器系統,因此本部分所含蓋的僅是這種系統的交流輸出部分。
圖1-4:可輸出直流和交流的單臺UPS
5、帶旁路的單臺UPS
如下圖1-5所示,它又分為下述三種運行方式:
圖1-5:帶旁路的單臺UPS
1)雙變換:通過增設旁路,借助轉換開關在下表1-5所示情況下投切旁路,可改善負載電力的連續性;增設旁路的一些限制條件也列在1-5中。
表1-5:帶旁路單臺UPS的旁路投切情形與限值條件
2)互動運行:在互動運行時,交流輸入通過旁路向負載供電(逆變器作空載運行),而當輸入電源故障時,逆變器和蓄電池保持負載電力的連續性。雙變換類所述的所有限制也適用于此。
3)后備運行:在后備運行時,交流輸入通過旁路向負載供電,而當輸入電源故障時,起動逆變器,與蓄電池一起保持負載電力的連續性。雙變換類所述的所有限制也適用于此。
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二、并聯UPS
1、無旁路的并聯UPS
如果使用并聯UPS單元或并聯局部單元,應把系統作為一個UPS看待。局部并聯和并聯UPS的兩個例子如圖2-1(a)和圖2-1(b)所示。
圖2-1(a):局部并聯的UPS(只逆變器并聯)
圖2-1(b):并聯UPS(UPS單元并聯)
2、帶旁路的并聯UPS
當并聯UPS作為單臺UPS運行時,則上述第一項第5種中的全部說明全都適用于此,且配置圖形與圖1-5等效。
三、冗余UPS
1、備用冗余UPS
當運行的UPS單元故障時,備用UPS投入運行,將負載全部接受過來,并斷開故障的UPS。
1)無旁路備用冗余UPS:如下圖3-1-1,該系統保留了上述第一項所示的各項特性,它提供了一種改善負載電力連續性的一個方法。
圖3-1-1:無旁路的備用冗余UPS
2)帶旁路的備用冗余:如下圖3-1-2,為了更進一步改善如上述第一項第5種所述那樣的負載電力的連續性,UPS可包含一個旁路電路,此外,可使負載從一個UPS轉移到另外一個。旁路具有低的阻抗,能流過滿載電流而輸出電壓無明顯下降。
圖3-1-2:帶旁路的備用冗余UPS
2、并聯冗余UPS
并聯冗余UPS由許多共同分擔負載電流的UPS單元組成。并聯冗余UPS的總容量超出負載所需容量的值應至少等于一個UPS單元的容量,如此,斷開其中的一個或幾個UPS單元,其余UPS仍可保持負載電力的連續性。
1)旁路并聯冗余UPS:如下圖3-2-1所示。如果一個UPS單元故障,它必須被隔離,以避免干擾其他UPS單元,使剩余的UPS單元得以連續向全部負載供電。此外,在這些系統中要求分擔負載的各電路必須同步。注意:并聯冗余UPS中的某些部分可能為所有單元共用,像這樣的共用部分的故障,可導致失去負載電力的連續性。
圖3-2-1:無旁路的并聯冗余UPS
2)帶旁路的并聯冗余UPS:如上述那樣的系統,可在周圍連接一個或多個旁路,以提供第二項第2種所述的性能。
上述簡要介紹了準GB/T 7260.3給出的UPS的各種配置類型,從前到后使得UPS變得越來越復雜,目的是為了提高其UPS系統的可靠性,以適應向不同的負載供電。若要詳細了解GB/T 7260.3的附錄A具體內容的請查閱下附件。
附件:GB/T 7260.3給出的不間斷電源設備(UPS)的配置類型
對于通信用不間斷電源系統(UPS),為了獲得較高的可靠性,其設備配置類型選擇的是并聯冗余(有N+1并聯冗余和雙總線并聯冗余)。
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