在电力供应保障领域,UPS(不间断电源)并机方案的选择至关重要。以下将为大家整理五种常用的 UPS 电源并机方案,详细揭示其原理,并分析各方案的优劣。按照从高端(HIGH)到低端(LOW)的次序进行介绍。
1、模块化并机 + 外置静态开关模式
这是目前较为高端的模式,但成本较高。其结构设计独特,具有诸多优点。当任一台 UPS 故障停机后,负载可由剩余的 UPS 承担,确保电力持续供应。在正常工作时,负载由所有 UPS 分担,使得每台 UPS 的负载率较低,延长了设备的使用寿命。此外,设置独立的 STS(静态切换开关),并设有 STS 的维修旁路,便于维护,提高了 STS 故障时的可靠性,降低了风险点。同时,负载也可进行分散配置,进一步降低风险系数。然而,该方案也存在明显不足,增设设备较多,包括 2 台 UPS、2 台 STS 以及 1 台市电配电柜,这不仅需要较大的占地面积,而且投资额较大。
2、并联式 UPS 热备份系统
这是目前常用的模式,虽然成本不低,但可靠性与之相匹配。若想节省成本,可采用 2 + 1 并机方式,即三台 UPS 并机,这样任何一台故障都不会影响正常供电。以 1 + 1 并机为例,其原理图展示了该方案的工作原理。此方案的优点显著,任一台 UPS 故障停机后,负载能由剩余 UPS 承担,正常工作时负载由所有 UPS 分担,负载率低。并且在市电停止时,电池续航时间为所有电池组的累加时间。不过,它对技术要求较高,调试复杂,要求并机的 UPS 品牌、型号、规格完全一致。同时,对各台 UPS 的输出同步性要求极高,一旦不同步产生环流,有可能导致短路故障。

3、旁路式 UPS 热备份系统
旁路式 UPS 冗余模式属于热备模式,在同一时刻只用一台 UPS 为负载提供电力,另一台处于等待状态,一旦运行着的主 UPS 故障,等待的 UPS 立即接管负载。该方案易于实现后期改造,不同品牌、不同容量的 UPS 都可组建。可分开进行维保,且能保证维保时负载仍受 UPS 保护。其运行效率高于串联式 UPS,在市电停止时,电池续航时间为两组电池组的累加时间。但也存在缺点,UPS1 的静态旁路开关为系统瓶颈,一旦故障可能导致负载断电。而且 UPS2 长期空载运行,效率低,电池组长期得不到放电,会使电池寿命下降。
4、串联式 UPS 热备份系统
串联 UPS 是早期受 UPS 技术落后限制而采取的一种冗余模式,现在已较少使用。该方案的优点是任一台 UPS 故障停机后,负载都可以由剩余 UPS 承担,正常工作时负载由所有 UPS 分担,负载率低。同样设置了独立的 STS 静态切换开关,并设有维修旁路便于维护,提高了 STS 故障的可靠性,降低了风险点,负载也可分散配置。但其缺点也很明显,增设设备较多,需要较大的占地面积和较高的投资额。
5、单机在线式 UPS
前面介绍了并机冗余模式,来看一下 UPS 单机的原理。该方案系统构架简单,控制逻辑易于实现,造价较低。但静态旁路开关为系统瓶颈,一旦故障可能导致负载断电。整机故障需更换时需要停电(可通过增加外部旁路解决),维保时切换到旁路市电供电,负载不受保护。
综上所述,目前常用的方式是 “并联式 UPS 热备份系统”;对可靠性要求更高的用户会采用 “模块化并机 + 外置静态开关模式”;在实际应用中,“旁路式 UPS 热备份系统” 也较为常见,特别是在系统升级后,若原来的老 UPS 还能正常工作,可将其作为 “热备” 角色为新 UPS 的旁路供电。在选择 UPS 及冗余方式时,需根据自身实际需求,找到可靠性与价格的平衡点。

