熟悉模块化UPS开展的业界同仁应该都了解,模块化UPS的体系架构从开始就有两条不同的技能道路:涣散旁路和会集旁路。本文从技能的来历和功用可靠性方面比照这两种计划的优缺点,并深化剖析形成这两种技能计划差异的原因。
1 两种旁路计划的架构界说和来历
模块化UPS,望文生义,是将大功率的UPS体系,分开成多个子模块并联,经过优化的体系操控,
完结体系的在线扩容晋级、维护,并大幅进步体系的可靠性、可用性和节能效果,下降客户的维护本钱,近年来已经逐渐成为干流客户的首选。下面以商场上典型的依据10个30kVA功率模块的300kVA体系来作剖析。
(1)涣散旁路架构
涣散旁路架构,即每个功率模块含有整流、逆变和电池变换等部分以外,还含有与功率模块容量持平的静态旁路,可以认为是一台没有液晶监控的UPS。多个模块在机柜中并联组成体系,模块间相互关系类似于传统多并机UPS体系。体系切换到旁路供电时,负载由一切功率模块内的涣散旁路来并联供电。体系架构图如图1所示。
(2)会集旁路架构
会集旁路架构,即体系只需一个与体系容量持平的会集旁路模块,功率模块内仅包括整流、逆变和电池变换电路,每个部分均由独立的操控器,模块间的并联不再是传统的UPS并机体系,而是包括杂乱的逆变均流、旁路操控和监控等逻辑。体系架构图如图2所示。
(3)两种技能计划的开展来历
模块化UPS的概念,最先起源于客户对体系修理简易化的需求,期望能在毛病状况下不影响要害事务,进行简略地替换操作即可康复体系。厂家自然地就想到把UPS并机体系规划成模块化结构,这也就是涣散旁路计划的来历。
涣散旁路计划的长处是,操控简略,开发难度小,仅须将原有的UPS并机体系移植并优化监控部分即可;机柜本钱低;旁路器材由于容量较小,本钱也相对较低;静态旁路有多路冗余。
会集旁路计划是继涣散旁路之后开展起来的技能道路，比较传统并机UPS体系，从并联均流操控、体系逻辑和谐、容错才能方面都做了十分大的改动，可以说是一个全新的技能领域，开发难度大。
2 两种计划的功用差异
常见的旁路供电的状况有以下几种:逆变器毛病、逆变器过载或过温、输出短路。可见,旁路供电的工况多为极点工况,对器材的考核加倍严格。
(1) 稳态工况
旁路供电时,会集旁路计划是只需一个旁路供给悉数电流,旁路容量依照体系最大容量来规划,跟模块装备数量无关。
涣散旁路计划是由多路小功率静态旁路来承当负载,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流没有办法用软件办法来操控,模块间的均流彻底取决于以下几个要素:
①个体器材间的差异,主要是导通压降的差异,器材厂家的涣散性不可防止;
②回路阻抗的差异,主要是各回道路缆的长度无法确保共同,且线缆连接点阻抗因工艺操控等原因无法掌握。一般来说,即便是最达观的估量,均流差异不可能小于20%,也就是说,存在部分模块电流过大的风险,这在严格的使用中是十分风险的。
由于这个不可控的均流才能,部分厂家提出了“处理计划”——旁路均流电感,即在每个旁路回路串联一个电感,使用电感的阻抗来平衡各支路的电流(相同也是惯例并机体系的办法)。且不说电感量的10%的个体差异,带来更大的体系损耗,这种计划还会有下面瞬态功用上不可逾越鸿沟。
(2)瞬态工况
逆变切换到旁路的工况,基本上是紧迫工况,切换时序要求十分高,不然简略形成要害负载中止。在大负载或许是毛病电流状况下切换,瞬间的操作电流可能会数倍于体系额定电流,这也就是为什么静态旁路规划要求更大的余量。
静态旁路器材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,假如I2t过大,器材很可能焚毁。UPS的功用参数中,常见规则的旁路过载才能为1000%、保持10ms,也就是在配电开关维护时间(10ms)内旁路需求供给不小于10倍额定电流。下面以300kVA体系为例,剖析不同器材的抗冲击才能的差异。
涣散静态旁路器材,由于现在技能才能的原因,器材单体最大电流等级为70A,依据某闻名厂家的器材规格书,供给的最大为7200(<10ms),300kVA体系可以认为是10路器材并联运转。
会集静态旁路,用的都是SCR模块,最干流厂家为德国赛米控(SEMIKRON),咱们看看其间一个类型SKKT323/16E的参数,相同10ms条件下为450000,两者之间的相差超越60倍!
而咱们计算一下关于常见的1000%过载10ms的需求,关于300kVA体系而言,
也就是说,会集旁路的单个SCR模块,彻底可以供给超越10倍额定电流的10ms维护才能,而依据分立器材的静态旁路,即便不考虑器材不均流,也是远远不够的!
瞬态切换的均流操控,不只与器材、各回路阻抗有关,也与操控相关。由于各个模块有各自的操控器,存在各处理器的处理速度、通讯延时和模块本身差异等要素影响,各模块的实践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,即便串联旁路均流电感也不会起到任何限流效果。这关于任何器材来说都是不可能完结的使命,这种切换无异于原地爆炸。短路毛病电流的示意图如图3所示。
当然,涣散旁路的厂家也深知这个道理,也供给了相应的“处理计划”,就是在短路状况下,只需逆变保持200ms,然后不切旁路,直接关机!
咱们来解释一下,10倍额定电流的工况常见于输出短路工况,当逆变器不能供给满足的分断毛病的电流(一般为3倍额定电流保持200ms)的状况下,体系将切换到旁路供电,用旁路的低阻抗大电流去冲开短路点的维护器材(开关或熔断器),这是配电规划时有必要考虑的,假如是正确规划的配电体系,各分路的维护规划不应该发作越级维护,即下流的毛病不应该导致上游的开关动作,体系最坏的状况就是切换到旁路,然后使用旁路强壮的过载才能冲开下流的维护器材,这就是旁路抗冲击要求的来历。
使用涣散旁路的体系,假如强行切换到旁路,由于抗冲击才能的缺乏和非同步的切换,毫无疑问将会导致器材损坏,体系宕机,所以厂家规划就只能禁止切换到旁路。可以幻想在一个杂乱的机房或许工厂内,只需有一个分支发作短路毛病,结果就是整个体系束手待毙!这在实践使用中是无法承受的,这是涣散旁路无法处理的固有问题。
3 体系可靠性剖析
涣散旁路尚可声称的长处就是旁路冗余,会集旁路被认为是存在单一毛病点,请见下面的剖析。
(1)从器材选型的视点上剖析从器材选型的视点上来说,单个大功率SCR的可靠性远高于数量许多的小型器材组成的体系,会集旁路模块功用简略,仅需求考虑器材和少数外围驱动电路的影响,而涣散旁路由于是散布在功率模块内,一起受模块内部许多器材的影响。
众所周知,整流、逆变电路的毛病都有可能由于火花飞溅等原因形成其他部分电路的毛病,静态旁路面对较多地不断定风险。假如说会集旁路是单一毛病的话,涣散旁路可能要被称为“多点毛病”了。
(2)从体系容量视点上剖析
从体系容量视点上来说,会集旁路的容量依照机柜规划,与装备的模块数量无关。而涣散旁路的静态旁路容量由模块容量决定,当模块毛病时,体系将会失掉相应的静态旁路容量。一个比较极点的比方,当机柜装备2个功率模块时,假如负载率是55%左右,当一个模块毛病时,剩余的一个模块则会处于110%过载的工况,终究的结果就是体系掉电。相同工况关于会集旁路来说,彻底不是问题。
会集旁路模块由于器材容量的优势,甚至有些厂家供给125%长时间过载的才能,这对体系可靠性来说有肯定的保证。
(3)从会集旁路的可靠性规划剖析
会集旁路的可靠性规划,许多干流厂家也提出了许多提高可靠性的计划,比方冗余备份的操控回路计划,通讯总线冗余的计划,功率模块和旁路模块操控解耦计划,功率模块参加旁路操控计划,每个厂家的处理计划各有特色,经过多年的商场验证,可以大大提高体系的可用性,加上旁路模块遍及的热插拔规划,修理晋级与功率模块相同简便。
4 结束语
经过以上的剖析,期望可以让我们可以进一步了解到两种计划的体系归纳功用和产品可靠性的差异。
技能门户的争辩和道路挑选是产品开发的正常现象,关于用户来说,正确了解各道路的利弊是至关重要的,兼听则明,可以防止堕入营销概念的误区。然而,关于生产厂家而言,技能道路的挑选意义严重,一旦道路断定,产品开发将无法半途转变,后续产品系列也必将连续,这就是为何不管业界怎么开展,涣散旁路的厂家仍然无法转向另一阵营。
现在最干流的模块化UPS厂家,比方艾默生、伊顿、APC、英威腾、华为等,都是采用会集旁路的计划,精明的客户应该心中明白个中缘由。
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