UPS并联冗余系统在关键系统中的应用

UPS并联冗余系统在关键系统中的应用

黄飞

广西广播电视台广西 南宁 530000

摘要： 由于广播电视安全播出的特点，对广播电视中心机房供配电系统运行的可靠性、稳定性提出了极为严格的要求，而高品质的电源系统是确保这一要求实现的前提条件。因此，在广播电视播出系统中，不间断电源的选用和配置是一个关键。基于此，本篇文章围绕广播电视中心机房供配电的工艺要求和特点，对UPS并联冗余系统在关键系统中的应用进行研究，以供参考。

关键词：UPS并联冗余系统；关键系统；应用分析

引言

各类数据中心因工作特点、实际运用等不同需求,在系统组成和设备布局上,对UPS供电系统种类和建设方式有不同的要求。在广播电视播出系统中，存在着大量精密的电子设备，其对于电压稳定性和电能质量有着较高的要求。因此,本文分析UPS并联冗余系统在广播电视中心机房关键系统中的应用方面,对UPS供电方案设计方法进行探讨,并对使用、维护保养要求提出建议,以期给相关人员提供有益参考。

1. UPS基本概述

1.1 UPS的功能

UPS又称不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是一种将多节相同型号的蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)相连接组成的电池组与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。随着现代科技的发展，生活用电需求也变得多样。不间断电源已经成为人们生产和生活中不可或缺的电源设备。UPS其主要作用有：第一，当电网失电时，UPS能为负载提供高质量稳定的电源，保证设备不受停电的影响持续运行；第二，UPS在电网与负载之间发挥着隔离的作用，可以消除电网波动、谐波、噪声等干扰，有良好的抗干扰能力；第三，UPS可以为设备提供高质量的电源，提高功率等，从而营造高效的生产环境；第四，UPS可以通过设备的监控模块，提供多样的数字化接口，给工作人员提供便捷的可视化管理。

1.2 UPS工作原理

虽然UPS有工频机与高频机之分，但是其基本原理和逻辑是相似的。广播电视的关键系统通常采用的是在线式不间断电源，其主要由整流模块、升压模块、功率因数校正模块、逆变模块、充电模块、电池组等组成。当电网侧正常时，交流电经过整流器变换成直流稳压电源，经充电器给电池组充电，直流电源经过逆变电路变成稳定、高质量的交流电；当电网侧异常时，供电由市电切换到蓄电池给逆变器提供直流电源，然后经逆变器输出交流电。只有当逆变器出现故障时，才由旁路向设备提供电能。

2. UPS并联运行的技术要求

UPS并联，实质上是UPS中逆变器的并联，由于所有UPS的输出阻抗不可能一样，加之各逆变器的输出电压和市电电压锁相都具有正负误差，各UPS的电压既有相位差又有幅值差，因此，不能用普通的UPS直接并联。只有具备并联功能的UPS才能并联，并联必须满足以下3个条件：1.每台UPS输出的相位和幅值相同，以确保2台UPS之间无破坏性的环流产生；2.2台UPS并联后，每台UPS的输出电流均为总负载电流的一半，如是N台并联则为1/N；3.当并联系统中任何一台的逆变器出现故障时，均不能将本身的负载单独转到旁路，而是将负载分配到与其并联的其他UPS上，只有并联系统中所有UPS的逆变器都停止工作时，才能集体转到旁路上。

3. 艾默生HIPULSE U系列UPS并联冗余系统

采用2台160kVA的HIPULES U系列UPS组成双机并联冗余系统，集中为广播电视关键系统和数据机房供电，双机并联供电系统如图1所示。为最大限度地改善工况运行环境对UPS的影响，单独为并联系统配置了机房和空调系统。

各单机功率电缆的长度和规格应尽量一致，包括旁路输入电缆和UPS输出电缆，从而在旁路模式下可达到均流的效果。由于并机系统中各UPS单机的输出必须并联在一起，由各UPS单机内的并机控制逻辑保证所有单机自动均分负载，所以系统会检查各逆变器控制电路是否同步，以及与旁路的频率及相位是否完全吻合，同时还要保证它们各自输出电压基本完全相同。通过QF1等开关可以方便地隔离UPS，维护检修后能快速并入系统。

图1. HIPULSE U系列UPS双机并联供电系统

4. UPS的使用

由于负载在启动瞬间存在冲击电流，而UPS内部元件都有一定的安全工作范围，虽然在选用器件时都留有一定的余地，但是过大的冲击波还是会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件的提前损坏，所以在使用UPS时应尽量减少冲击电流带来的不利影响。在并机模式下必须一次执行一个步骤，且对每台单机操作完同一个步骤后，再进行下一个步骤。（1）在开机时先送市电给UPS，使其处于空载工作状态，再逐个加入负载，先打开冲击电流较小的负载，最后打开冲击电流较大的负载。这里应注意：在开机时千万不能将所有的负载同时开机，也不可带载开机。（2）关机时先逐个关闭负载，再关闭UPS输入开关，防止感性负载在关机时的尖峰冲击。（3）严格防止过载现象的发生，负载不超过UPS额定功率的80%为好，此时UPS的效率高、可靠性好。（4）UPS带载运行的过程中，若发生电网停电需恢复供电时，负载必须逐步加入，严防数台设备同时启动，过大的冲击电流会损坏UPS。（5）放置UPS的区域必须有良好通风，远离水、可燃气体和腐蚀剂。（6）不要将磁性介质放在UPS上，否则容易导致UPS机内数据信息丢失而损坏机器。（7）在使用UPS时最好不要使UPS长期处在满载或轻载状态下运行，一般选取额定容量的50%-80%为宜。

5. 日常保养维护方法

（1）定期进行充放电。为保证供电系统稳定、不人为缩短电源寿命,对指挥中心内UPS进行经常性的正确维护保养是十分必要的。根据不同指挥中心运行情况,通常每2~3个月就要进行一次维护保养工作,即测试电池两端电压是否超出临界值、电池内阻是否大于80mΩ。如是,应该及时对其均衡充电或替换。如果市电长期不停电,则需要维护人员定期进行一次断电,让UPS带负载放电。在放出电池容量的30%~40%后,再接入市电正常工作,并记录放电日期。电池定期放电可以激活其充放电能力,延长实际寿命。每次放电之后需利用内部充电回路进行浮充。充电时间不得少于10~12小时,否则会造成电池实际容量变小。（2）定期进行除尘和检修。正常情况下,应每年对UPS主机进行除尘和器件检查,以防止因灰尘堆积或者散热片松动造成温度过高而影响电源寿命。如机房环境较差可缩短至每半年检修一次。检修前先断电。检修内容包括:风扇运转是否正常;主机内部接线接头、接插件是否接触牢固;板间的排线连接是否异常;器件是否发生烧焦变色;电解电容是否有漏液、膨胀现象。

结束语

随着5G等技术的快速发展，广播电视网络化也在全面建设中，能源消耗也越来越高，采用UPS并机运行模式可以提升UPS的容量，节约成本的同时也提升了使用效果。在广播电视领域的关键系统中应用UPS系统，做好UPS系统的设计规划和管理维护，降低市电停电对关键系统和数据中心的影响。

参考文献

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