熟悉模塊化UPS開展的業界同仁應該都了解,模塊化UPS的體系架構從開始就有兩條不同的技能道路:渙散旁路和會集旁路。本文從技能的來歷和功用可靠性方面比照這兩種計劃的優缺點,并深化剖析形成這兩種技能計劃差異的原因。
1 兩種旁路計劃的架構界說和來歷
模塊化UPS,望文生義,是將大功率的UPS體系,分開成多個子模塊并聯,經過優化的體系操控,
完結體系的在線擴容晉級、維護,并大幅進步體系的可靠性、可用性和節能效果,下降客戶的維護本錢,近年來已經逐漸成為干流客戶的首選。下面以商場上典型的依據10個30kVA功率模塊的300kVA體系來作剖析。
(1)渙散旁路架構
渙散旁路架構,即每個功率模塊含有整流、逆變和電池變換等部分以外,還含有與功率模塊容量持平的靜態旁路,可以認為是一臺沒有液晶監控的UPS。多個模塊在機柜中并聯組成體系,模塊間相互關系類似于傳統多并機UPS體系。體系切換到旁路供電時,負載由一切功率模塊內的渙散旁路來并聯供電。體系架構圖如圖1所示。
(2)會集旁路架構
會集旁路架構,即體系只需一個與體系容量持平的會集旁路模塊,功率模塊內僅包括整流、逆變和電池變換電路,每個部分均由獨立的操控器,模塊間的并聯不再是傳統的UPS并機體系,而是包括雜亂的逆變均流、旁路操控和監控等邏輯。體系架構圖如圖2所示。
(3)兩種技能計劃的開展來歷
模塊化UPS的概念,最先起源于客戶對體系修理簡易化的需求,期望能在毛病狀況下不影響要害事務,進行簡略地替換操作即可康復體系。廠家自然地就想到把UPS并機體系規劃成模塊化結構,這也就是渙散旁路計劃的來歷。
渙散旁路計劃的長處是,操控簡略,開發難度小,僅須將原有的UPS并機體系移植并優化監控部分即可;機柜本錢低;旁路器材由于容量較小,本錢也相對較低;靜態旁路有多路冗余。
會集旁路計劃是繼渙散旁路之后開展起來的技能道路，比較傳統并機UPS體系，從并聯均流操控、體系邏輯和諧、容錯才能方面都做了十分大的改動，可以說是一個全新的技能領域，開發難度大。
2 兩種計劃的功用差異
常見的旁路供電的狀況有以下幾種:逆變器毛病、逆變器過載或過溫、輸出短路。可見,旁路供電的工況多為極點工況,對器材的考核加倍嚴格。
(1) 穩態工況
旁路供電時,會集旁路計劃是只需一個旁路供給悉數電流,旁路容量依照體系最大容量來規劃,跟模塊裝備數量無關。
渙散旁路計劃是由多路小功率靜態旁路來承當負載,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流沒有辦法用軟件辦法來操控,模塊間的均流徹底取決于以下幾個要素:
①個體器材間的差異,主要是導通壓降的差異,器材廠家的渙散性不可防止;
②回路阻抗的差異,主要是各回道路纜的長度無法確保共同,且線纜連接點阻抗因工藝操控等原因無法掌握。一般來說,即便是最達觀的估量,均流差異不可能小于20%,也就是說,存在部分模塊電流過大的風險,這在嚴格的使用中是十分風險的。
由于這個不可控的均流才能,部分廠家提出了“處理計劃”——旁路均流電感,即在每個旁路回路串聯一個電感,使用電感的阻抗來平衡各支路的電流(相同也是慣例并機體系的辦法)。且不說電感量的10%的個體差異,帶來更大的體系損耗,這種計劃還會有下面瞬態功用上不可逾越鴻溝。
(2)瞬態工況
逆變切換到旁路的工況,基本上是緊迫工況,切換時序要求十分高,不然簡略形成要害負載中止。在大負載或許是毛病電流狀況下切換,瞬間的操作電流可能會數倍于體系額定電流,這也就是為什么靜態旁路規劃要求更大的余量。
靜態旁路器材抗瞬態電流沖擊的主要參數是I2t,也就是短時間(一般小于10ms)的電流積分,假如I2t過大,器材很可能焚毀。UPS的功用參數中,常見規則的旁路過載才能為1000%、保持10ms,也就是在配電開關維護時間(10ms)內旁路需求供給不小于10倍額定電流。下面以300kVA體系為例,剖析不同器材的抗沖擊才能的差異。
渙散靜態旁路器材,由于現在技能才能的原因,器材單體最大電流等級為70A,依據某聞名廠家的器材規格書,供給的最大為7200(<10ms),300kVA體系可以認為是10路器材并聯運轉。
會集靜態旁路,用的都是SCR模塊,最干流廠家為德國賽米控(SEMIKRON),咱們看看其間一個類型SKKT323/16E的參數,相同10ms條件下為450000,兩者之間的相差超越60倍!
而咱們計算一下關于常見的1000%過載10ms的需求,關于300kVA體系而言,
也就是說,會集旁路的單個SCR模塊,徹底可以供給超越10倍額定電流的10ms維護才能,而依據分立器材的靜態旁路,即便不考慮器材不均流,也是遠遠不夠的!
瞬態切換的均流操控,不只與器材、各回路阻抗有關,也與操控相關。由于各個模塊有各自的操控器,存在各處理器的處理速度、通訊延時和模塊本身差異等要素影響,各模塊的實踐切換動作一定有不等的延時,這就導致了第一個切到旁路的模塊,很可能承受著100倍于模塊容量的額定電流!由于是瞬態大電流,即便串聯旁路均流電感也不會起到任何限流效果。這關于任何器材來說都是不可能完結的使命,這種切換無異于原地爆炸。短路毛病電流的示意圖如圖3所示。
當然,渙散旁路的廠家也深知這個道理,也供給了相應的“處理計劃”,就是在短路狀況下,只需逆變保持200ms,然后不切旁路,直接關機!
咱們來解釋一下,10倍額定電流的工況常見于輸出短路工況,當逆變器不能供給滿足的分斷毛病的電流(一般為3倍額定電流保持200ms)的狀況下,體系將切換到旁路供電,用旁路的低阻抗大電流去沖開短路點的維護器材(開關或熔斷器),這是配電規劃時有必要考慮的,假如是正確規劃的配電體系,各分路的維護規劃不應該發作越級維護,即下流的毛病不應該導致上游的開關動作,體系最壞的狀況就是切換到旁路,然后使用旁路強壯的過載才能沖開下流的維護器材,這就是旁路抗沖擊要求的來歷。
使用渙散旁路的體系,假如強行切換到旁路,由于抗沖擊才能的缺乏和非同步的切換,毫無疑問將會導致器材損壞,體系宕機,所以廠家規劃就只能禁止切換到旁路。可以幻想在一個雜亂的機房或許工廠內,只需有一個分支發作短路毛病,結果就是整個體系束手待斃!這在實踐使用中是無法承受的,這是渙散旁路無法處理的固有問題。
3 體系可靠性剖析
渙散旁路尚可聲稱的長處就是旁路冗余,會集旁路被認為是存在單一毛病點,請見下面的剖析。
(1)從器材選型的視點上剖析從器材選型的視點上來說,單個大功率SCR的可靠性遠高于數量許多的小型器材組成的體系,會集旁路模塊功用簡略,僅需求考慮器材和少數外圍驅動電路的影響,而渙散旁路由于是散布在功率模塊內,一起受模塊內部許多器材的影響。
眾所周知,整流、逆變電路的毛病都有可能由于火花飛濺等原因形成其他部分電路的毛病,靜態旁路面對較多地不斷定風險。假如說會集旁路是單一毛病的話,渙散旁路可能要被稱為“多點毛病”了。
(2)從體系容量視點上剖析
從體系容量視點上來說,會集旁路的容量依照機柜規劃,與裝備的模塊數量無關。而渙散旁路的靜態旁路容量由模塊容量決定,當模塊毛病時,體系將會失掉相應的靜態旁路容量。一個比較極點的比方,當機柜裝備2個功率模塊時,假如負載率是55%左右,當一個模塊毛病時,剩余的一個模塊則會處于110%過載的工況,終究的結果就是體系掉電。相同工況關于會集旁路來說,徹底不是問題。
會集旁路模塊由于器材容量的優勢,甚至有些廠家供給125%長時間過載的才能,這對體系可靠性來說有肯定的保證。
(3)從會集旁路的可靠性規劃剖析
會集旁路的可靠性規劃,許多干流廠家也提出了許多提高可靠性的計劃,比方冗余備份的操控回路計劃,通訊總線冗余的計劃,功率模塊和旁路模塊操控解耦計劃,功率模塊參加旁路操控計劃,每個廠家的處理計劃各有特色,經過多年的商場驗證,可以大大提高體系的可用性,加上旁路模塊遍及的熱插拔規劃,修理晉級與功率模塊相同簡便。
4 結束語
經過以上的剖析,期望可以讓我們可以進一步了解到兩種計劃的體系歸納功用和產品可靠性的差異。
技能門戶的爭辯和道路挑選是產品開發的正常現象,關于用戶來說,正確了解各道路的利弊是至關重要的,兼聽則明,可以防止墮入營銷概念的誤區。然而,關于生產廠家而言,技能道路的挑選意義嚴重,一旦道路斷定,產品開發將無法半途轉變,后續產品系列也必將連續,這就是為何不管業界怎么開展,渙散旁路的廠家仍然無法轉向另一陣營。
現在最干流的模塊化UPS廠家,比方艾默生、伊頓、APC、英威騰、華為等,都是采用會集旁路的計劃,精明的客戶應該心中明白個中緣由。
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