新型模块UPS应用特征及模块高效BUS电源设计方案

1 问题的提出

随着通信与网络应用的蓬勃发展，网络化、集成化趋势正以前所未有的速度和深度影响着我们的生活。UPS电源系统在网络系统、智能大厦等项目的集成、各行业的实时监控、运算系统供电质量等项目中要求变得越来越高。而传统的UPS系统存在单机故障率高、可扩展性差、可管理性差、维护成本高昂等等弊端，市场已强烈需要新一代更具精密性与综合性、更能灵活管理、更安全可靠的网络UPS登台问世。值此以Power+(10kVA-100kVA)模块UPS电源为例对其作分析介绍。

模块UPS，其具备的卓越优势不仅仅是智能型的电源保护系统。应该说全新电源保护理念除了包含传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器等装置外，还采用了连续电流控制整流技术和三阶逆变等新型概念技术。在降低运输及库存成本的同时可提供更高的效率、更灵活的机动性及更好的可靠性。

2 新型模块UPS电源应用特征

2.1 全制式并联冗余环保电源

⑴ 并联冗余UPS系统

整体由系统控制器、静态开关(STSW)以及1至10个额定容量为10kVA的功率模块所构成，可采用热插拔模式随意进行扩充。POWER+系统结构极具弹性，功率模块的概念是在系统运行时可随意移除或安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现“随需应变”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。

⑵ 故障冗余的构成

可实现最大程度的故障冗余。各主要构成部分包括系统控制器、静态开关(STSW)以及功率模块皆为内置冗余的智能型独立个体，可单独运行(见图1所示)。任何模块发生故障后(包括系统控制模块)，POWER+冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转。



图1 新型模块UPS故障冗余的构成示意图

图1中的电池组由系统中所有UPS模块共享(包括充电和放电)。可按用户需求，使用单一电池或并联多组电池来增加系统备用时间，并作为电池冗余结构。POWER+具备多项配件选择，如充电模块、无线传输(GPRS、蓝牙)、隔离变压器及功能强大的控制软件等，用户可完全依照实际所需进行选择。

⑶独有的电源相位的多制技术

UPS系统率先开发了独有的电源相位的多制技术，改变了整个UPS领域输入输出相位固定的单一性，可根据电源输入情况将模块设置成3/3(三相进三相出)、1/1、3/1、1/3四种电源系统，有独特的三阶逆变电路(见图2所示)，并保持功率不变。独有的全制性刷新了传统UPS领域输入输出相位固定的传统特性，为用户带来了前所未有的选择空间及便利。因此在终端客户或经销商选购UPS产品时，无需再去考虑如何购进不同相位或不同容量的产品，或担心某种型号产品滞销、短缺而导致的进货、存储的烦琐；可根据不同客户的需求调整电源相位，使经销商对产品、零配件等备品进行单一品牌的简易管理，大大降低经营和管理成本，购销存整体销售链便捷高效。

⑷关于三阶逆变电路

三阶逆变电路如图2所示。三相输出完全独立，可带100%不平衡负载；其三相/单相输出现场可调变：逆变效率高达97%;输出电源质量高—谐波2%；负载100%阶跃;输出电压波动2%。



图2 有独特的三阶逆变电路示意图

2.2 冗余性

在传统UPS产品中，一直存在着单台UPS容易出现单点故障的问题，用户唯一的安全保障措施是采用“1+1”或“N+1”旧的安全防范格局，该措施不仅造成较大的经济浪费，而且容错率仅有一次之多。

UPS系统阵列中的所有功率模块平均负担系统负载，各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需系统控制器对并联系列集中控制。任何模块发生故障后(包括系统控制模块)，其冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，实现最大程度的故障冗余，同时用户还可根据需要选择超过一次容错率的冗余。也就是说客户如果在一个系统中安装了比能支持最大系统负载所需要的最少模块还多X个模块，那么就能够在有X个模块失效的情况下仍保证维持系统全部正常工作。

UPS模块式设计概念全面优化了“N+X”投资方案，客户仅需购置10KVA功率模块，即可轻松实现X次故障冗余及升级扩容。

2.3 可用性

新型模块UPS具有超强的并联功能，是高端UPS技术的领先技术，其平均无故障时间(MTBF)是传统UPS系统的1.5倍，平均无重大故障时间(MTBCF)是传统UPS系统的3倍，平均修复时间(MTFR)传统UPS为停机维修8小时，而POWER+在系统正常运行状态下仅需5分钟。极高的可用性凸显POWER+所具备的完善保护功能和安全适用能力，确保系统本身和用户设施负载受保护时间成倍提升。

2.4 热扦拨性

传统UPS系统在日常维护、设备维修期间均需采取转旁路的工作方式，负载因此不受UPS保护。此时如果发生交流电源中断、过载等故障，势必造成负载电源供应中断或设备损坏。同时设备维修还需要经过一系列烦琐的程序：系统管理员通知厂商+厂商赶至维修现场+停电维修。为了解决类似的可靠性瓶颈，新型模块UPS采用了先进的UPS模块热插拔技术，单体模块可任意在线投入或退出并联单元，无需停电操作，实现了并联系统的在线维护，同时该操作无需专门的仪器和技术即可进行。

通过热插拔技术使单体功率模块可任意在线投入或退出，解决了传统UPS转旁路维修的技术难题，使维护超常简便，同时实现了UPS随意扩展和冗余两大性能，充分满足用户实际需求。