基于UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術的研究

程彩霞

中央廣播電視塔，北京 100142

電源系統在廣播電視行業中占據著非常重要的位置，確保電源系統正常工作，進而確保廣播電視節目高質量、不間斷播出是廣播電視人永遠的課題。因而在電源系統的建設中，出于穩定性、可靠性和安全性考慮，電源設備的選擇多以不間斷電源作為主要供電設備，以此來保證長期、穩定、連續供電，將電力負面影響降至最小。UPS不間斷電源作為目前普遍應用的形式，“n+1”并機冗余技術的應用進一步提升了供電穩定性，提升了電源設備的工作效率與抗雷擊等性能。下面我們基于“1+1”并機冗余技術加以分析研究。

1 UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術工作原理

UPS不間斷電源并機冗余技術采用并機工作系統，兩臺電源同時均勻承擔系統負載，并平分電流，形成雙機冗余系統，在主輸入電源發生故障時，二者電池共同承擔逆變器供電工作，直到電量耗盡會同時跳到旁路或者停機，在提升供電穩定性與安全性方面有卓越表現[1]。并機冗余技術的工作原理見圖1。由UPS、雙隔離變壓器、輸出柜、并機板等組成。從圖中我們可看到，并機系統中的任何一臺UPS電源發生故障，其系統負載都會（轉移到）由另外一臺電源提供，在二者都正常時則并機工作。假如其中一臺UPS主輸入電源出現故障，由其電池供電，直到電量耗盡脫機（該UPS都不會停止工作）由另一臺UPS單機為負載供電。（直到故障解除或者停機、跳到旁路。）這種系統運行中可隨時對其中一臺電源進行維護檢修而不必擔心系統供電與負載，無論是日常維修養護還是供電運行都十分可靠。

圖1 UPS并機原理圖

2 UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術應用研究

不同的類型與型號的UPS不間斷電源，在并機冗余技術的應用上各有差別，主動并機和被動并機技術是因主電源和從電源的主從關系和對等關系而實現不同方式的冗余運作。串聯冗余和并聯冗余是UPS電源系統設備的冗余。出于提升可靠性考慮，并機冗余技術在實際應用中主要針對UPS電源冗余系統作出變動，以滿足自身應用需求。串聯即為一臺帶載、一臺空載熱備用，將備用狀態UPS串入帶載運行旁路，并聯則為冗余系統中兩臺UPS設備均處于同步輸出狀態，均分負載，任意一臺故障不會影響負載?？梢钥闯?，并聯冗余更具有可靠性較高、能增加帶載能力等優勢，所以目前市場上應用較為普遍，尤其是雙機并聯冗余系統，可靠性較單機提升六倍以上，是大中型結構和企業的主流選擇。

并機冗余系統的并機方式目前主要有數據線通信并機和無數據線熱同步并機兩種，前者通過并機線、板傳遞同步信號和負載量信號，保證鎖相同步、負載均分實現并機，后者通過自動跟蹤并機輸出母線電壓、電流自適應調節逆變器輸出，與另一臺實現負載均分并機，并且這種防護四由于取消了并機線、板等公共部件，完全實現了100%冗余，減少了設備故障發生率，提升了運行質量與效率。對于并機系統而言，決定其可靠性的關鍵在于UPS之間環流大小，數據線并機方式依賴鎖相環實現同步，每個周波最多調節兩次，其并機環流偏大，約為6%～12%，熱同步并機方式采用自適應技術實現同步，每個周波可調整六十次，并機環流偏小，基本在3%以下，多數僅有1.5%左右，這就使得后者可靠性得到大力提升。從二者優劣勢和電源系統發展取向來看，熱同步方式無疑將會是日后并機冗余系統發展的重要方向，也是多數電力調度系統的首選方案。

在網絡管理中心和數據管理中心，普遍使用雙轉換、三相高頻在線式UPS，在出現電壓瞬時跌落、減幅震蕩、高壓脈沖、電壓波動、浪涌電壓、諧波失真、頻率波動等狀況時刻迅速提供良好解決方案，對于用戶而言供電、負載安全可靠。目前還有不少UPS不間斷電源設計中將每一相由一個單獨的PFC電路把交流轉換成直流再經過逆變器將直流轉換成交流輸出，同時，提供一塊單獨的控制器，對PFC電路進行的實時控制和數據采集，以使整個系統更協調的運行，更及時的把系統狀態反饋給用戶。這種控制方式不僅有效延長了電池的使用壽命，且雙市電輸入結構顯著提升了系統可靠性，增加了系統防護等級。

UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術在供電系統中發揮了重要作用，合理的技術運用能夠顯著提升工作效率，提升運行穩定性、可靠性與安全性，因此有“黃金冗余”之稱。

隨著冗余并機技術的發展，“n+x”并機可靠性也隨之增長。如我單位使用的英飛Symmetra? px 是“n+1”UPS直接并機冗余系統。它整機采用模塊化熱插拔技術。系統配置隨需要調整。增加功率模塊就可以增加系統的輸出功率。任意功率模塊故障，只影響10KVA的功率輸出。帶來的好處是降低系統擴容成本，備件的數量減少，更大大降低了設備的維護時間。另外，系統具備監控模塊，實時統計系統內的各個模塊的工作狀態及供電情況，為維護人員及時掌握電源系統動態提供可靠保證。2005年底使用工作至今，可靠的運行、簡便的維護為保障安全播出提供了可靠的保證。

UPS電源可靠性對于電力系統運行、調度和安全至關重要，需要維護工作人員對自身所使用的電源設備運行原理、結構、實現方式有深入了解，這樣才能夠很好的解決運行過程中出現的各類問題，確保電源發揮運行中的現實意義。

[1]賴偉勇.UPS電源在高速公路供電系統中的應用[J].中國新技術新產品，2011(2).

[2]張鯤，鹿優.電網調度自動化主站不間斷供電電源的運行與維護[J].中國電力教育，2011(24).

[3]趙亮.UPS不間斷電源“1+1”并機冗余技術應用[J].中國交通信息化，2010(8).