UPS逆变模块的N+m冗余并联结构和均流
并联UPS系统均流控制
图７并联Ｕｌ＇ｓ系统输出电压幅值调节框图 ｎｇ．７ ＵＰＳ ｏｕｔｐｕｔ Ｖｏｌｔａ龄ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｃ伽ｔｒｏｌ ｏｆ
ｐｏｗｅｒ ｓｈａｒｉｎｇ Ｉｏｏｐ
图８并联ｕＰＳ系统输出电压相位调节框图 ｎｇ．８ ＵＰＳ伽ｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｍｌ ｏｆ
第２ｌ期
于玮等：并联ｕＰｓ系统均流控制
图６ ＵＰＳ逆变部分并联等效电路图 Ｆｉｇ．６ ＥｑｌｌｉＶｍ蚰ｔ ｄｒｃｕｉｔ ｏｆ ｐａ隋ｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＵｌＰｓ
感性分量。
由图６可以得出
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Ｊ『，：旦＆：丝！！！！焦±ｊ！垫垒！二堡（３）
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｕＩｌｉｎｔｅ删ｐｔ甜ｐｏｗｅｆ ｓｕｐｐｌｙ；ｐｏｗｅｒｃｏｎⅡＤｌ；
ｐａｒａｌＩｅｌ； ｌｏａｄ－ｓｈａｒｉｎｇ； ｆｉｌｔｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ
摘要ｌ研究了一种不问断电源（ｕｎｉＩｌｔｅⅡ１ｌｐｎｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ， ＵＰｓ）均流控制方法，在有功功率和无功功率控制逆变基准 电压幅值和相位的基础上加入了输出滤波电感电流的直流 分量控制。有功功率和无功功率以及电感电流直流分量通过 ｃＡＮ总线进行传输，提高了并联系统的抗干扰能力和可靠 性。滤波电感电流直流分量控制的加入可以有效地提高整个 并联ＵＰＳ系统的均流特性以及稳定性。２台ＤＳＰ控制的 ３０ｋｖＡ．二相四线ｕＰＳ并联系统验证了该方法的可行性，实 验证明该控制方法可以取得良好的并联均流效果和稳定性。
警
UPS冗余方式介绍
UPS冗余方式介绍UPS（不间断电源）是指电源异常时能够提供电力支持并保证关键设备持续运行的设备。
为了提高UPS系统的可靠性，常会采用冗余方式。
冗余方式是指在系统设计中采用多个相同或相似的元件，并通过合适的互补控制策略来提高系统的可靠性和容错能力。
下面将详细介绍UPS的常见冗余方式。
1.N+1冗余N+1冗余是指在UPS系统中同时运行N+1个并联的UPS模块，其中N个运行正常，而1个作为备份机组。
当任意一个模块发生故障时，备份机组会自动接管并提供电力，保证关键设备的连续供电，从而实现不间断电源。
N+1冗余方式在UPS系统设计中被广泛使用。
2.2N冗余2N冗余是指在UPS系统中设置两个独立的并行系统，每个系统都能独立支持负载。
这种方式要求系统的双重容量，但能够提供更高的可靠性。
当其中一个系统发生故障时，另一个系统能够完全接管负载并继续供电，保证不间断的电力供应。
3.N+X冗余N+X冗余是指在UPS系统中设置N个模块，并增加X个备份模块。
当任意一个模块发生故障时，备份模块能够接管负载并提供电力。
这种方式提供了更高的冗余级别和容错能力，适用于对可靠性要求极高的应用场景。
4.双转换冗余双转换冗余是指UPS系统通过两个独立的AC/DC和DC/AC变换器进行工作，其中一个变换器负责直接提供电力给负载，另一个变换器则作为备份。
当主变换器发生故障时，备份变换器会立即接管负载。
这种方式提供了无缝切换和较高的可靠性。
在UPS系统的冗余设计中，还可以采用冗余电池组、冗余输入/输出回路等方式来进一步提高系统的可靠性和容错能力。
冗余的设计和措施可以有效地减少UPS系统因设备故障、电池耗尽或电力中断等原因而导致的停机和数据丢失。
总结而言，UPS冗余方式是通过合适的系统设计和互补控制策略来提高UPS系统的可靠性和容错能力。
通过采用N+1冗余、2N冗余、N+X冗余和双转换冗余等方式，可以保证关键设备的连续供电，减少停机时间和数据丢失风险，提升系统的稳定性和可靠性。
UPS原理与并机冗余方案
UPS原理与并机冗余⽅案UPS并机冗余⽅案汇总UPS并机的⽅案有⼏种，这⾥简单整理出来供⼤家参考。
主要揭⽰原理，分析优劣。
这⾥先从⾼端（HIGH）到低端（LOW）的次序。
1、模块化并机+外置静态开关模式这是⽬前⽐较⾼、⼤、上的模式，较费银⼦，先看结构：优点：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；设置独⽴STS静态切换开关，并设有STS的维修旁路便于维护，STS故障的可靠性有所提⾼，降低风险点；负载也可分散配置，降低风险系数；缺点：增设设备较多，2台UPS、2台STS、市电配电柜1台，需要占地⾯积较⼤,投资额较⼤；2、并联式UPS热备份系统这是⽬前最常⽤的模式，虽然成本不低，但是可靠性对得起这个价格，所有是最最常⽤的并机⽅式，如果您还想再节省⼀些Money，那就采⽤2+1并机⽅式：三台UPS并机，任何⼀台故障，都不会影响正常的供电。
下⾯是1+1并机的原理图：优点：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；市电停⽌时，电池续航时间为所有电池组的累加时间；缺点：技术要求⾼、调试复杂，要求并机UPS的品牌、型号、规格完全⼀致；对各台UPS的输出同步性要求⾼，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，即：在同⼀时刻只⽤⼀台UPS为负载提供电⼒，另⼀台等着，⼀旦运⾏着的主UPS故障，等待的UPS⽴即接管负载。
原理如下：优点：易实现后期改造，不同品牌、不同容量UPS都可组建；可分开维保，且保证维保时负载仍受UPS保护；运⾏效率⾼于串联式UPS；市电停⽌时，电池续航时间为两组电池组的累加时间；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；UPS2长期空载运⾏，效率低；且电池组长期得不到放电，寿命下降；4、串联式UPS热备份系统串联UPS 是早期冗余模式受UPS技术落后限制⽽采取的⼀种冗余模式，现在已经不在使⽤，其原理如下：优点：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；设置独⽴STS静态切换开关，并设有STS的维修旁路便于维护，STS故障的可靠性有所提⾼，降低风险点；负载也可分散配置，降低风险系数；缺点：增设设备较多，2台UPS、2台STS、市电配电柜1台，需要占地⾯积较⼤,投资额较⼤；5、单机在线式UPS前⾯列举了并机冗余模式，最后看看UPS单机的原理：优点：系统构架简单，控制逻辑易实现，造价低。
UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择
UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择：1、ups不间断电源并联冗余并联冗余是将多于两台同型号、同功率的UPS电源，通过并机柜、并机模块或并机板，把输出端并接而成。
目的是为了共同分担负载功率，其基本原理是：正常情况下，两台UPS 均由逆变器输出，平分负载和电流，当一台UPS故障时，由剩下的一台UPS承担全部负载。
三机并联也是常用的一种方式，比如对于60KVA的负载，我们可以考虑三台30KVA并联，即使一台UPS出现故障，另两台UPS仍然可以承担全部负载，此为N+1并联冗余。
并联冗余的本质，是不间断电源均分负载。
要实现并联冗余，必须解决以下技术问题：1．每个UPS逆变器输出波形保持同相位、同频率；2．每个UPS逆变器输出电压一致；3．每个UPS电源必须均分负载；4．UPS不间断电源故障时能快速脱机。
不间断电源并联冗余的缺点：1．由于要求功率均分，因而调试困难。
有些品牌UPS要在满负载运行时调节功率均分。
另外：输入、输出线长、线径都是影响均分的因素。
2．并机柜系统如发生故障，将中断整个系统供电（瓶颈故障）。
LEUMS是世界五大UPS生产厂之一，由于采用DSP控制技术，具有高超的冗余并联运行技术：不间断电源并联冗余的优点：1．并机运行的UPS独立控制电压与相位，没有公共控制部分，不存在瓶颈故障。
2．并机调试非常简单，只须每台UPS不间断电源参数设置完毕，即可投入并联运行。
3．由于采用DSP控制技术，并机运行的每台UPS输出滤形，电压都非常一致，因此并机环流很小。
4．多机并联运行，SYNTHESIS系列：三台并联；EDP90系列：六台并联。
5．在并联系统中任意一台UPS故障时，DSP控制技术可以在正弦波的任意一点切换，使故障UPS快速脱机，由其它UPS继续不间断地供电。
并联冗余技术的要点说明：大功率UPS相位跟踪在±3°，两台UPS并联有可能在相位上相差6°，造成电压差，sin6°=30V，因而在输出端会造成很大的环流，就有可能使逆变器因过载而烧毁。
浅析UPS的冗余连接技术（3）
浅析UPS的冗余连接技术（3）2.UPS的并联连接增加UPS供电系统可靠性的另一个方法就是并联连接，但是UPS 的并联连接并不象热备份连接那么容易。
因为所有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，则各个UPS的电压即有相位差又有幅值差，因此用普通UPS直接并联是危险的，只有具备并联功能的UPS才能并联。
从一般原理上讲，普通在线式UPS都可直接并联，但应说明的一点是，这些UPS必须由同一路电网供电，在这种情况下，因为UPS的逆变器永远在跟踪旁路市电，由于这些UPS都在跟踪同一路市电，也就相当于互相在相位上跟踪。
这些UPS在频率和相位上都是一致的，因此可以并联。
但这种并联是不保险的，因为：在相位上；虽然它们都在频率和相位上跟踪旁路，但在相位上有超前和落后之分，一般大容量UPS的相位跟踪在±3°，如果这两台并联的UPS一个是＋3°，一个是－3°那么两个并联后就有可能在相位上差了6°,这就有可能使输出电压相差30V，这将会在UPS输出端造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。
在电压上；虽然是同型号、规格的UPS逆变器，但由于逆变参数和变压器参数的微小差异会导致输出电压不一样，比如一个为218V，一个为220V等，也将会在UPS输出端造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。
以上两方面的差异都会导致输出电压的不一致，一方面形成环流，另一方面各相负载输送的电流也不一样，很可能出现1台过载的情况。
以上两项指标虽然可以通过一次调整而达到基本一致，但随着UPS的工作温度和时间的变化，这种平衡很快就会失去。
可以这样说，不加任何措施的几台UPS并联，其可靠性不一定比单台UPS高，甚至还要低。
UPS并联连接的优点在于它不但可以提高可靠性，而且过载、动态性能比热备份方式好得多，并且可以增容。
并联连接的方式有下述几种：①主从式并联系统；这种方式是并联系统中有一台UPS为主机，其它为从机。
n+1模块允余逆变模块
n+1模块允余逆变模块
在UPS不间断电源系统中，采用“N+1”冗余并联技术是提高其可靠性和可用性的关键技术之一。
“N+1”冗余并联运行条件为：各UPS的逆变模块的频率、相位、相序、电压幅值和波形必须相同；在输入电压和负载的变化范围内，能够实现对负载有功和无功电流的均匀分配；当均流或同步出现异常情况或UPS的逆变模块出现故障时，应能自动检测出故障模块，并将其迅速切除而又不影响其它逆变模块的正常运行。
采用“N+1”冗余并联具有以下优点：可以方便地提高系统的容量；通过并联实现冗余，提高可靠性；提高系统的可维护性；容易实现模块化和标准化。
总之，“N+1”冗余并联技术是一种提高系统可靠性和可用性的有效方法，广泛应用于UPS不间断电源等领域。
UPS冗余配置方案分析
冗余配置方案分析
一：主从热备份方案
整流器逆变器
负载
手动维修旁路
二：双机并联方案：
整流器逆变器
方案比较：
1．设备容量：两个方案相同，两台UPS输出容量均按负荷容量选择；
2．可靠性：方案二比方案一高一级；设UPS1、UPS2及旁路的可靠度均为0.95，直流电源可靠度为1，见下计算：
方案一=1-（1-0.95）（1-0.95²）²=0.9995246
方案二=1-[1-（1-0.95）²]²=0.9999937
3．后备方式：方案一明备用，方案二暗备用；
4．利用率：方案一其中一台空载，利用率低，方案二两台利用率一样；
5．技术难度：方案二要求双机并列，均压均流，性能一致；
6．投资：方案二少于方案一；
7．过载能力：方案二比方案一高一倍，方案一如果遇到冲击、短路、过载等，切换旁路可能有两次，可靠性降低；
8．应用场合：方案一适用于旧系统不需增容的改造工程或性能达不到均压并联要求的场合，新工程及设备增容或增加冗余应采用方案二。
UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择剖析
UPS电源并联冗余方式和串联冗余方式的选择:1、ups不间断电源并联冗余并联冗余是将多于两台同型号、同功率的UPS电源,通过并机柜、并机模块或并机板,把输出端并接而成。
目的是为了共同分担负载功率,其基本原理是:正常情况下,两台UPS 均由逆变器输出,平分负载和电流,当一台UPS故障时,由剩下的一台UPS承担全部负载。
三机并联也是常用的一种方式,比如对于60KVA的负载,我们可以考虑三台30KVA 并联,即使一台UPS出现故障,另两台UPS仍然可以承担全部负载,此为N+1并联冗余。
并联冗余的本质,是不间断电源均分负载。
要实现并联冗余,必须解决以下技术问题:1.每个UPS逆变器输出波形保持同相位、同频率;2.每个UPS逆变器输出电压一致;3.每个UPS电源必须均分负载;4.UPS不间断电源故障时能快速脱机。
不间断电源并联冗余的缺点:1.由于要求功率均分,因而调试困难。
有些品牌UPS要在满负载运行时调节功率均分。
另外:输入、输出线长、线径都是影响均分的因素。
2.并机柜系统如发生故障,将中断整个系统供电(瓶颈故障。
LEUMS是世界五大UPS生产厂之一,由于采用DSP控制技术,具有高超的冗余并联运行技术:不间断电源并联冗余的优点:1.并机运行的UPS独立控制电压与相位,没有公共控制部分,不存在瓶颈故障。
2.并机调试非常简单,只须每台UPS不间断电源参数设置完毕,即可投入并联运行。
3.由于采用DSP控制技术,并机运行的每台UPS输出滤形,电压都非常一致,因此并机环流很小。
4.多机并联运行,SYNTHESIS系列:三台并联;EDP90系列:六台并联。
5.在并联系统中任意一台UPS故障时,DSP控制技术可以在正弦波的任意一点切换,使故障UPS快速脱机,由其它UPS继续不间断地供电。
并联冗余技术的要点说明:大功率UPS相位跟踪在±3°,两台UPS并联有可能在相位上相差6°,造成电压差,sin6°=30V,因而在输出端会造成很大的环流,就有可能使逆变器因过载而烧毁。
UPS的冗余性分析
UPS的冗余性分析UPS的冗余性分析UPS的基本作用是为负载提供高质量、不间断的电力输出。
但遗憾的是作为一种电子设备，UPS本身没有容错能力。
传统在线式UPS 系统虽然实现了蓄能供电及旁路转换过程的不间断供电，但随着电力需求标准的提高，用户渴望得到更为安全的UPS系统，甚至希望电源系统在故障、维护和维修过程中，负载仍能够得到UPS的全天候保护。
最初，用户通常选择串连热备份的冗余方式，从技术上要求比较低，参与串联的可以是普通单机，这种方案的缺点是设备老化程度不同、冗余度高（≥100%），系统转换可靠度低，不能扩容。
随后逐渐出现了1+1并联方案，这种冗余方案以100%设备冗余为代价，使系统拥有了一次容错能力；与单机及串连系统相比，可靠度得到了提高，但系统效率低下（不超过75%）。
N+1多机并联技术的出现使系统冗余度第一次降到了100%以下，并有能力构成容错性超过一次的N+X系统。
影响多机并联发展的因素主要是能够参与并机的UPS容量普遍偏大、价格较高，不太适合100KVA以下的中功率用户使用。
功率单元容量适中是模块系统的突出特点，这使得容量不足100KVA的用户也有了享受N+1甚至N+X级别安全保护的机会。
模块化系统在功率器件技术和制造工艺方面继承了UPS技术发展的成果；在系统架构方面，其以多机并联为基础，不仅实现了系统单元的热插拔，而且更好地处理了系统单元独立运作、相互协作和平稳转换的关系。
传统多机并联，因参与并联UPS功率较大，成本较高，故很难应用于中功率段用户。
由于模块功率适当，不仅使N+1或N+X解决方案对中功率段用户有了现实意义，而且统计数据表明，与传统多机并联不同，多数用户在实际使用当中，处于N+X级别的保护之下。
N+X并联冗余模式构成当今最为可靠的供电解决方案，模块。
UPS逆变模块的Nm冗余并联结构和均流
UPS逆变模块的Nm冗余并联结构和均流0 引言随着国民经济的发展和用电设备的不断增加，对UPS容量的要求越来越大。
大容量的UPS有两种构成方式：一种是采用单台大容量UPS；另一种是在UPS单机内部采用功率模块N＋m冗余并联结构。
前者的缺点是成本高、体积重量大、运输安装困难、可靠性差，一旦出现故障将会引起供电瘫痪。
后者的好处是提高了供电的灵活性，可以将小功率模块的开关频率提高到MHz级，从而提高了模块的功率密度，使UPS的体积重量减小；并且减小了各模块的功率开关器件的电流应力，提高了UPS的可靠性；同时动态响应快，可以实现标准化，便于维修更换等。
N＋m冗余并联技术是专门为了提高UPS的可靠性和热维修〔也称作热插拔和热更换（hotplug-in）〕而采用的一种新技术。
所谓N＋m冗余并联，是指在一个UPS单机内部，采用N＋m个相同的电源模块（power supply units，简称PSU）并联组成UPS整机。
其中N代表向负载提供额定电流的模块个数，m代表冗余模块个数。
m越大USP的可靠性越高，但UPS的成本也越高。
在正常运行时UPS由N＋m个模块并联向负载供电，每个模块平均负担1/(N＋m)的负载电流，当其中某一个或k个（k≤m）模块故障时，就自行退出供电，而由剩下的N＋（m－k）个模块继续向负载提供100％的电流，从而保证了USP 的不间断供电。
1 N＋m冗余并联的可靠性、可用性及条件1.1 可靠性的提高由N＋m个小功率模块组成的冗余并联结构形式的UPS如图1和图2所示。
图1是采用n个整流模块、一组蓄电池和k个逆变模块组成的冗余并联结构形式，n可以等于k，也可以不等于k。
图2是采用n个整流模块、n组蓄电池和n个逆变模块组成的UPS模块冗余并联结构形式。
图3是采用单一大功率整流模块、一组蓄电池和一个大功率逆变模块组成的结构形式，是一般UPS常用的结构形式。
图1 n个整流模块和k个逆变模块组成的冗余并联式UPS图2 n个整流模块和n个蓄电池及n个逆变模块组成的冗余并联式UPS图3 单台大容量UPS的结构形式下面我们以图2所示的冗余并联结构为例，说明为什么冗余并联结构能够使可靠性得以提高。
电源模块并联供电的冗余结构及均流技术
电源模块并联供电的冗余结构及均流技术摘要：介绍了将电源模块并联，并构成冗余结构进行供电的好处，讲述了几种传统的并联均流电路，讨论了各种方式下的工作过程及优缺点，并对均流技术的发展做了展望。
1 概述随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求。
若采用多个电源模块并联供电，如图1所示，就不但可以提供所需电流，而且还可以形成N＋m冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得。
图1 多个电源模块并联供电框图但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。
这将使系统的稳定性降低，会给我们的生产和生活带来严重的后果，而且电源模块自身的寿命也会大大缩短。
国外有资料表明，电子元器件在工作环境温度超过50℃时的寿命是在常温（25℃）时的1/6。
因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。
本文从均流电路的拓扑结构出发，介绍几种传统的并联均流方案，对于其他均流方案（比如按热应力自动均流法），暂不做讨论。
对于文中提到的每一种均流方法，都做了详细的介绍，并结合简单电路图，讲述其工作原理及优缺点[1][2][3][4]。
在文章的最后部分，对并联均流的发展做了简单的展望。
2 N＋m冗余结构的好处采用N＋m冗余结构运行，可以提高系统稳定性。
N＋m冗余结构，是指N＋m个电源模块一起给系统供电。
这里N表示正常工作时电源模块的个数，m表示冗余模块个数。
m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也会相应增加。
在正常的工作情况下，由N个模块供电。
当其中某个或者某些模块发生故障时，它们就退出供电，而由m个模块中的一个或全部顶替，从而保证整个系统工作的持续性及稳定性。
2n结构ups
2n结构UPS1. 什么是2n结构UPS？2n结构UPS是一种高可靠性的电源系统，用于保护关键设备免受电力故障的影响。
它由两个独立的电源模块组成，每个模块都能够独立地提供所需的电力。
当一个模块发生故障时，另一个模块会立即接管，确保设备的连续供电。
这种冗余设计提供了更高的可靠性和可用性，适用于对电力供应要求极高的场所，如数据中心、医院和通信基站等。
2. 2n结构UPS的工作原理2n结构UPS的工作原理基于并联冗余技术。
它由两个独立的电源模块组成，每个模块都包含输入电路、整流器、电池和逆变器等关键组件。
当输入电源正常时，整流器将交流电转换为直流电，并将其用于充电电池。
逆变器将直流电转换为交流电，以供应给所需的设备。
同时，备用模块也在工作，以便在主模块发生故障时接管供电。
当主模块发生故障时，备用模块会立即检测到，并接管供电。
这种切换过程通常非常迅速，以确保设备不会断电。
一旦主模块修复好，它将重新接管供电，并进行自身的备份。
这种冗余设计确保了设备的连续供电，即使一个模块发生故障，也不会影响到整个系统的工作。
3. 2n结构UPS的优势2n结构UPS相比其他类型的UPS具有以下优势：3.1 高可靠性2n结构UPS采用了冗余设计，由两个独立的模块组成。
当一个模块发生故障时，另一个模块会立即接管供电，确保设备的连续运行。
这种设计大大提高了系统的可靠性，减少了停机时间和数据丢失的风险。
3.2 高可用性由于2n结构UPS具有冗余的设计，它可以在不中断供电的情况下进行维护和保养。
当一个模块需要维修时，另一个模块可以继续工作，确保设备的持续运行。
这种可维护性使得系统的可用性更高，减少了维护对业务的影响。
3.3 高性能2n结构UPS通常具有更高的性能指标，如更高的功率因数、更低的失真率和更短的切换时间等。
这些性能优势可以提供更稳定、更可靠的电力供应，保护设备免受电力波动和故障的影响。
4. 2n结构UPS的应用领域2n结构UPS广泛应用于对电力供应要求极高的场所，如：4.1 数据中心数据中心是许多组织的核心设施，需要持续稳定的电力供应，以保障服务器、存储设备和网络设备的正常运行。
浅析UPS的冗余连接技术（4）
浅析UPS的冗余连接技术（4）2.1并联控制技术由于采用的UPS特性和应用环境不同，并机的控制技术在不同的制造厂家也各有千秋，主要有以下三种：2.1.1利用数字电压信号通信：在并联系统的各UPS之间利用高速通信线连接，每台UPS都对其负载电流进行实时测量，然后将其本身的输出电流调整到总负载电流的1/N，目前这种方法应用最为普遍。
2.1.2光纤通信：为了提高传输信号的抗干扰能力和实现较远距离的并联系统，采用光缆传输是一种最可靠的办法，在远距离并机中更有明显优越性。
2.1.3无线并机：这是一种采取自我调整的方法来达到电流均分目的的技术。
无线并机又分为“下垂法” 如图2所示，和“T’型连接法，如图3所示。
利用数字电压信号通信和光纤通信两种方法可使并联数目达到4至9台。
多台UPS并联时，通常地做法是将并联控制信号线从一台UPS接到另一台UPS，一直连到最后一台UPS，如图4（A）所示。
这种连接方式有一个不足之处是万一控制信号线中有一条断开或接触不良，就会影响整个并联系统的正常运行：为了提高可靠性有的机器就又加了一条冗余电缆，如图4点线所示。
SILCON UPS系统的方案是将并联信号线仍照此方法从一台UPS接到另一台UPS，一直连到最后一台UPS，但这时的连接并未结束，再用一条信号线将第一台与最后一台连接起来，形成环形控制。
系统在运行中即使有一条信号线断开或接触不良，组成系统的所有UPS仍在同一的控制下工作，从而提高了系统的可靠性。
2.2并联方式由于在并机的实现过程中，不同产品在不同应用环境有不同的实现方式，下面介绍两种并联系统。
2.2.1初级式并联由于一般UPS控制系统多为模拟反馈电路，其输出参数及特性随温度、元件参数及器件的老化而漂移，同时由于各UPS一致性较差，故这种类型的UPS无法直接并联。
为了提高供电系统可靠性，需要将UPS并联使用时，为确保各并联UPS之间输出参数的一致性，达到同步运行的目的，需要增加一个并联柜，即在原基础上增加一些检测环节。
UPS的串并联冗余技术
• 1 UPS的串并联冗余技术在UPS的应用中,用户为了提高运行可靠性,往往要求几台UPS冗余连接。
UPS的冗余连接有串联和并联两种方式。
1.1 UPS的串联连接任何具有旁路(BYPASS)的UPS都可以进行串联连接,两台UPS的串联连接的方式如图1所示。
图1 UPS串联连接这种连接很方便,只需要将一台UPS(如UPS1)的BYPASS(BYPSS1)的输入与市电断开,并连接另一台UPS(如UPS2)的输出端,就构成了两台UPS的热备份冗余系统。
在正常情况下由UPS1向负载供电,而UPS2处于热备份空载运行;当UPS1故障时,UPS2投入运行接替UPS1继续给负载供电。
只有当UPS2因过载或逆变器故障时,才由两台UPS的旁路给负载提供市电。
1.2 UPS的并联连接提高UPS供电系统可靠性的另一个方法是并联连接,但是UPS的并联连接并不像串联连接那样容易。
因为所有UPS的输出阻抗不可能相同,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,致使各个UPS的输出电压既有相位差又有幅值差,因此一般UPS直接并联是危险的,只有具有并联功能的UPS才能并联。
图2中将两个UPS并联,这种将两台UPS的输出直接并联,必须满足下列条件:相位和幅值相同,以保证两个UPS之间无破坏性环流产生。
图2 UPS并联连接为了满足上述条件,仅具备BYPASS结构的UPS就远远不够了,如果是不具备并联功能的UPS,就必须在原UPS的基础上增加并联柜或并联板,这样就必须增加投资。
并联连接的优点在于它不仅可以提高可靠性,而且过载、动态性能比串联方式好得多,且便于增容。
并联连接的方式有以下几种:(1)主从并联这种方式是并联系统中以一台UPS为主机,其他为从机。
从机在主机的控制下,从机中任意一台出现故障,均不影响系统的正常供电,但若主机出现故障则全系统瘫痪。
(2)无主从并联并联系统中无主从之分,系统中任一台UPS既是主机也是从机,哪台先开哪台就是主机,而后开机的都是从机。
电力电子系统建模及控制 第9章 逆变器并联系统的动态模型及均流控制
为实现并联运行，UPS模块必须满足以下两 个条件：
(1)任一模块输出正弦电压的频率、相位和幅 度必须与并联工作其他模块一致，否则会导致 UPS模块之间产生环流，甚至导致UPS并联系统 的崩溃。
(2)各UPS模块输出平均分担负载，否则会 导致部分工作模块过载。
早期逆变器并联采用在输出端串联电感的方 法来抑制环流，要想达到较好的环流抑制效果， 需要使用较大的电感，从而导致逆变器的体积、 重量增加，同时输出串联电感上存在较大的电 压降，降低了逆变器的输出精度。目前逆变器 的并联控制方法主要有：集中控制方式、主从 控制方式、分布逻辑控制方式和无互连线控制 方式。
n
(1
ZT
GH / nZL 1 / nZL )(1 GH
/
ZT
)
n j 1
idj
jk
（9-9）
式（9-8）和式（9-9）展示了系统的电压调节特 性和均流特性。系统的稳定性由式（9-8）和式（9-9） 分母的根的位置决定。
9．2．3 稳定性分析
下面通过实例讨论并联逆变器系统的稳定性设 计。并联逆变器系统中的单个逆变器的结构如图97 所 示 。 逆 变 器 的 直 流 输 入 是 300V ， 开 关 频 率 为 40kHz ， 额 定 输 出 电 压 的 有 效 值 为 110V ， 频 率 为 50Hz，额定输出电流有效值为11A。逆变器的其他 参数如表9-1所示。
9.2.2 并联逆变器系统的建模
下面讨论并联逆变器系统的动态模型。先讨论单 个逆变器的模型，继而推导出并联逆变器系统动态模 型。
如图9-6所示，一个典型单相逆变器主要包含一个 直流源、一个桥式（全桥或半桥）PWM逆变器和一个 LC输出滤波器。桥式逆变器根据调制信号um将直流输 入斩波成为一组脉宽调制脉冲。Lf、Rf和Cf分别为输 出滤波器的电感、电阻和电容。图9-6中所示的负载可 以为阻性、感性、容性、或是非线性任何类型。
UPS冗余方式介绍
UPS冗余工作方式介绍及配置举例第一部分：系统性冗余（即单机双母线冗余）UPS配置方案一、系统性冗余和设备冗余前置说明：系统性冗余又叫单机双母线字冗余1.什么叫系统性冗（rong）余系统性冗余就是由两个完全独立的系统组成互为备用的冗余系统。
它包括UPS主机、电池、防雷器、双电源自动切换开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等所有的设备、配件、辅件都是冗余的,互为备用的。
2.什么叫设备冗余在某一系统中对于重要环节增加一台设备作为备用，而对于其它部分是没有冗余配置的，如：双机并联冗余UPS系统和双机热备份UPS系统均属于设备冗余。
因为并联冗余和热备份仅仅是UPS主机和电池是冗余配置，虽然互为备用，但不完全独立。
另外，其它配套件如防雷器、双电源自切开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等均不是冗余配置。
3.系统性冗余和设备冗余的适用场合系统性冗余的UPS系统适用于具有2个交流输入端的DCS负载或主要负载为DCS的场合，UPS一般选用三进单出UPS。
当然对于多个DCS负载，也可选用三进三出UPS。
设备冗余的UPS系统适用于所有的不能停电的重要场合，特别适用于只有1个交流输入端的非DCS负载。
UPS选用三进单出或三进三出均可。
二、系统性冗余UPS系统在不同负载情况下的配置方案1.纯DCS负载的系统性冗余UPS系统的配置对于纯DCS负载，采用系统性冗余UPS方案，在方案设计、设备采购、安装施工和调试检修等都非常简单。
即选购2台功率相等的UPS，将UPS1的输出端连接到DCS交流电源输入端1，将UPS2的输出端连接到DCS交流电源输入端2，这样就组成了系统性冗余UPS 系统。
2.除了DCS负载外还有其它单交流输入端的负载的系统性冗余UPS系统的配置①选购2台功率相等的UPS。
②将UPS1输出端与DCS交流电源输入端1连接，UPS2输出端与DCS交流电源输入端2连接。
这样对于DCS负载而言，实现了系统性冗余UPS配置。
UPS并联系统逆变器并联均流控制技术
常把根据电路结构不同把 ＵＰＳ 分为三种类型分别为互动 式 ［１］、在线式 ［２］、后备式 ［３］。
传统的用电设备使用单台 ＵＰＳ 系统已经足以满足其
图 1 UPS 原理图
60 日用电器技术·创新 /
用电需求，但是近年来随着科技的不断发展各种大型用 电设备的推广应用，因此对 ＵＰＳ 电源的容量需求越来越 大。所以单台 ＵＰＳ 系统难以满足日益增长的现实需求， 研究人员提出利用并联多台 ＵＰＳ 系统来提高 ＵＰＳ 系统的 容量，但是同时在并联 ＵＰＳ 系统中由于各个并联逆变器 间极易出现环流，而环流的过大会导致系统并联失败， 这就造成了系统的稳定性不够高。所以研究可以实现对 各个并联 ＵＰＳ 系统实现准确控制从而实现各个逆变器并 联均流具有了重要意义。
UPS 功率板并联均流技术研究
10
3.2 并联实验的功率板主要规格参数（实测） 实测）
表一 影响PFC电路均流的主要元件的参数
PCB A（主控板） 额定值 升压电感L IGBT饱和导通压降 驱动电阻 IGBT驱动板 650uH —— 36 Ω —— POS 786uH 2.55 2.61 22Ω 实验比较，会使电流偏小 NEG 787uH 2.58 2.57 PCB B（受控板） POS 637uH 2.20 2.19 47Ω 实验比较，会使电流偏大 NEG 642uH 2.06 2.32
20
3.3.10 PWM调节器元件误差对均流的影响 （市电模式） 调节器元件误差对均流的影响 市电模式）
PWM_IN
1 R 2
R
AND PWM_OUT 参数1
3
C 1n 2.2n PCB A
Rb 49.9k 10k PCB B 30.3511
D1&D2 4148
Q 1815
AND 4081
1k
D1 Rb Q
在实际PFC均流调节器设计过程中，为使电路简单化，我们仅对单边进行操作。 由于电压外环控制总电流不变，一块板电流减小，另一块板电流会自然增大。 ∆I=Ia-Ib>0 Duty PCB A PCB B ↓ L充电t ↓ IL ↓ ↑ |∆I| ↓ ↓ Duty ↓ ∆I=Ia-Ib<0 L充电t ↓ IL ↑ ↓ |∆I| ↓ ↓
29.255 0.776 2.65% 26.4659 27.0857 26.776 0.310 1.16%
结论：PWM调节器元件误差对稳态均流效果无明显影响。
21
3.3.11 性能综合比较（市电模式） 性能综合比较（市电模式）
R 直接并联 电流不均衡度 稳态均流效果 21.43% 差 差模电感 12.20% 较好 均流板 2.26% 好 直接并联 23.56% 差 RCD 差模电感 13.05% 较好 均流板 1.65% 好
UPS冗余并联与双总线连接供电方案.doc
2．2 UPS双总线供电方案的电路结构有一种说法，双总线是根据美国T4等级(Tier4)标准的要求而来的。
图6就是这种双总线UPS冗余供电方案。
从图中可以明显地看出，双总线的每一路都是由多台UPS并联的。
就目前的UPS并联水平来看，可以做到8台并联。
比如台湾至少有5个数据中心采用的就是8台并联×2的双总线供电系统。
如果在8台UPS冗佘并联之内就可以解决的问题，最好不要轻易采用双总线。
尤其是在两台单机UPS就可以做l+l并联冗余的时候，硬要改用双总线方案，不但使设备量成倍增加，而且由于引入了串联功能的设备STS，使能量通道上又多增加了故障点，导致的投资还要远高于双倍1+1并联冗余时的情况，因为STS要比同容量的UPS价格高得多，同时还失去了原来直接并联时过载能力强的优点，可靠性比原来也有所降低。
众所周知，任何解决方案和规划都是有条件的，有其特定的使用环境，也就是有其局限性。
因此，不可不讲条件、时间和地点地到处乱用，否则，不但达不到预期的目的，反而会事倍功半。
3 两种供电方案的比较3．1 两种供电方案的可靠性及故障率比较为了有一个量的概念和直观而容易理解，仍设所有设备的可靠性r都是0．99；也是为了简单明了，暂不考虑UPS以前和STS以后的这些共有的配电部分。
由此见图7(a)虚线方框内的部分，并由此作出可靠性结构模型图。
从可靠性的观点出发，凡是在该环节故障时都能导致系统不正常的情况通通算作串联环节，因此连接图7(a)的同步器LBS、静态开关STS 和隔离变压器B1在可靠性上同UPS都是串联关系，如图8所示。
由于两台UPS在STS的输出端在功能上对双电源负载是并联关系，就认为二者是并联关系，由此得出系统可靠性：不可靠性或故障率就是O．001 55，即万分之十五。
从前面的式(3)可以看出，两台UPS 直接并联时的供电系统可靠性是万分之一，而图7(a)增加了6个设备以后，造价成倍地增加，而可靠性则成十倍地降低。
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UPS逆变模块的N＋m冗余并联结构和均流摘要：介绍了UPS采用电压源逆变器模块的并联运行，及构成N＋m冗余并联结构进行供电的好处，讲述了一种新的并联均流电路。
关键词：不间断电源；逆变器模块；并联；冗余N＋m引言随着国民经济的发展和用电设备的不断增加，对UPS容量的要求越来越大。
大容量的UPS有两种构成方式：一种是采用单台大容量UPS；另一种是在UPS单机内部采用功率模块N＋m冗余并联结构。
前者的缺点是成本高、体积重量大、运输安装困难、可靠性差，一旦出现故障将会引起供电瘫痪。
后者的好处是提高了供电的灵活性，可以将小功率模块的开关频率提高到MHz级，从而提高了模块的功率密度，使UPS的体积重量减小；并且减小了各模块的功率开关器件的电流应力，提高了UPS的可靠性；同时动态响应快，可以实现标准化，便于维修更换等。
N＋m冗余并联技术是专门为了提高UPS的可靠性和热维修〔也称作热插拔和热更换（hotplug in）〕而采用的一种新技术。
所谓N＋m冗余并联，是指在一个UPS单机内部，采用N＋m个相同的电源模块（powe rsupplyunits，简称PSU）并联组成UPS整机。
其中N代表向负载提供额定电流的模块个数，m代表冗余模块个数。
m越大USP的可靠性越高，但UPS的成本也越高。
在正常运行时UPS由N＋m个模块并联向负载供电，每个模块平均负担1/(N＋m)的负载电流，当其中某一个或k个（k≤m）模块故障时，就自行退出供电，而由剩下的N＋（m－k）个模块继续向负载提供100％的电流，从而保证了USP的不间断供电。
1 N＋m冗余并联的可靠性、可用性及条件1.1 可靠性的提高由N＋m个小功率模块组成的冗余并联结构形式的UPS如图1和图2所示。
图1是采用n个整流模块、一组蓄电池和k个逆变模块组成的冗余并联结构形式，n可以等于k，也可以不等于k。
图2是采用n个整流模块、n组蓄电池和n个逆变模块组成的UPS模块冗余并联结构形式。
图3是采用单一大功率整流模块、一组蓄电池和一个大功率逆变模块组成的结构形式，是一般UPS常用的结构形式。
下面我们以图2所示的冗余并联结构为例，说明为什么冗余并联结构能够使可靠性得以提高。
当n=k=N＋m 时，假定由一个整流模块和一组蓄电池及一个逆变模块组成的UPS模块（如图2中虚线框内所示）的可靠性为P1，则N＋m个UPS模块的可靠性为例如，当一个UPS模块的可靠性P1=0.99时（不可靠性为1％），如果N＋m=3，则P3=1－(1－0.99)3=0.9999993个UPS模块的并联可以将可靠性提高4个数量级，不可靠性由原来的1％降到了0.000001％。
1.2 可用性的提高UPS的可用性的一般定义为可用性（Availability）=MTBF/(MTBF+MTTR）（1）式中：MTBF为平均无故障时间，反映UPS的可靠性及冗余性；MTTR为平均维修时间，即维修所需要的时间。
式（1）说明，UPS的可用性不仅仅取决于MTBF，而且还取决于MTTR，只有采用热更换（热插拔）方式，才能使UPS实现不停机更换模块，即不中断供电维修，这样才能真正减小MTTR，提高可用性。
要实现UPS的热插拔不停机更换模块技术，必须满足3个条件：一是正常工作UPS模块自动投入电网；二是并联运行的UPS模块之间要实现有功和无功电流的平均分配；三是USP退出并联，特别是在不干扰电网的情况下快速切除故障的USP模块。
有了这3个方面的工作，也就解决了USP模块的热插拔（热更换）技术。
通常采用的是N＋1（即m=1）冗余并联方式，这种方式已在通信直流电源中得到了成功应用。
直流电源的N＋1冗余并联运行技术比较简单，只需要使电压的大小和极性相同就可以了，而且还能很方便地用二极管来隔离故障的模块。
但是，对于UPS交流电源模块的并联技术要复杂得多，它需要使相序、频率、相位、电压幅值和波形等5个参数相同才能并联。
同时对故障模块的隔离也不能用二极管来实现。
USP模块的并联，也不同于同步发电机的并联，后者由于输出阻抗高，靠其本身的下垂特性可以自行均流。
同时输出电流大的发电机可以自行降低转速，达到频率和相位的一致。
而USP模块不具备这些特性，需要用控制电路来解决静态和动态同步均流及热插拔技术。
1.3 UPS模块实现N＋1冗余并联的条件USP模块的N＋1冗余并联技术，是提高USP可靠性和可用性的关键技术，模块的并联必须满足以下3个条件才能实现：1）各个UPS模块的频率、相位、相序、电压幅值和波形必须相同；2）各个UPS模块在输入电压和负载的变化范围内，必须能够实现对负载有功和无功电流的均匀分配，为此要求均流电路的动态响应特性要好，稳定度要高；3）当均流或同步出现异常情况或UPS模块出现故障时，应能自动检出故障模块，并将其迅速切除而又不影响UPS的正常运行。
其中有两项关键技术：一是同步技术，另一个是均流技术。
前者主要是解决各UPS模块的频率、相位、波形和相序的一致，后者主要是解决各UPS模块均匀负担负载功率的问题。
由于各个UPS模块都是与市电电网同步并联工作的，在各个UPS模块中都有相同的相应电路或各模块有一共用的相应电路来实现与市电的同步，同步后各模块的频率、相位、波形和相序都与市电电网相同，满足了条件1）中五个参数的四个。
只有各模块之间的输出电压可能有些差别，这种差别主要是由直流电压的不同（例如蓄电池电压不同），或模块内阻压降不同（例如整流管或逆变器开关器件的正向压降的不同）等引起的。
因此，均流就成了UPS模块并联工作的主要问题，必须用均流的办法使各UPS模块的输出电压一致。
由于各个模块的输出是通过共用母线加到负载上的，这相当于各个模块共同负担同一个负载，所以，各模块的输出负载功率因数只取决于母线上总的负载的功率因数，因此，各模块的输出功率因数相同，在均流时不必再区分有功和无功，只对模块的总输出电流进行均流即可。
下面介绍模块的均流方法。
图72 USP模块的均流UPS模块的均流有多种方法，例如，自整步均流法、外特性下垂法、外部控制法、主从控制均流法、平均电流均流法、自动均流法和民主主从均流法等。
在这些均流法中，并不都适合于UPS模块的N＋1冗余并联，例如，外特性下垂法和基于外特性下垂法的均流法，使模块的输出外特性变软，电压调整率降低，不适合于对输出电压精度要求较高（例如±1％～±3％）的USP应用；主从均流法必须要有通信连线，将使系统复杂化，同时，如果主USP模块一旦失败，则整个UPS就不能工作，因此，主从均流法也不适用于UPS的冗余并联系统，再则电压环的带宽较大，也易受外界噪声的干扰；外部控制法需要外加专门的控制器，UP S模块要进行多路联系，连线较复杂也不能实现冗余并联，故也不适合于USP的多模块冗余并联；平均值电流法的输出电流，是通过跟踪同一个给定电流来实现均流的，各模块之间的信号连线较多，同时也不能实现冗余并联，故也不能采用；只有自动均流法和民主主从均流法既适合于USP模块的冗余并联工作，又不影响输出电压的精度，电路也比较简单，是一种比较好的均流法。
自动均流法和民主主从均流法，都是源于上个世纪80年代的直流均流法。
将这两种直流均流法应用于交流均流时，只须加一个整流环节，将交流信号变换成直流信号就可以了。
由于逆变器的交流稳压控制的基准电压给定值，一般都是采用与电压有效值等效的直流信号。
所以，均流电路输出的直流调整控制信号，可以直接用于通过对基准电压直流给定信号的改变，来实现USP模块的交流均流。
2.1 自动均流法自动均流法（automaticapproach）又称作外加均流器法（externalcontrollerapproach）。
在每一个模块的控制电路中都需要加一个特殊的均流控制器〔sharingcontroller，（SC）〕，用以检测并联各模块输出电流的不均衡情况，输出调整控制信号Uck，以控制各个模块实现输出均流。
这种均流法需要加一根均流母线（sharebus）的带宽较窄的通信线连接各个模块，均流母线上的电压为UB。
图4给出N个模块并联系统的自动均流法的原理框图。
图中只示出了均流控制环，电压控制环没有画出，它由模块的控制电路来实现。
模块k（k=1，2，……N）的均流控制器SCK，其输入为均流母线电压UB和模块k的输出负载电流Ik的直流检测信号UIk，SCk的输出电压信号Uck与基准电压给定值Ug相加，产生出基准电压Urk，用基准电压UrK对UPS模块中的逆变器进行PWM控制，就可以使模块的输出电压发生变化，以达到均流的目的。
为了检测各个模块的输出电流，在均流控制器的输入端接了一个采样电阻R。
如果把均流母线看成是一个节点，根据电工学中基尔霍夫定律可知：流入均流母线的总电流代数和应为零。
于是当各模块的采样电阻值相同时可得式（2）说明，均流母线上的电压UB，是各个并联模块负载电流的直流检测信号，亦即是各模块负载电流相对应的整流放大器的输出电压UI1，UI2，……，UIN的平均值，它反映的是各模块输出电流的平均值。
UIk与UB之差代表均流误差，通过均流控制器输出一个调整控制电压Uck，一般情况下，UB可能大于UIk 也可能小于UIk。
当UB=UIk时，UB－UIk=0，表明这时已实现了均流，则Uck=0。
当UB≠UIk时，Uck≠0，表明电流分配不均匀。
这时，基准电压Urk按下式修正：Urk=Ug±Uck，相当于通过均流误差放大器Ak改变Urk，以达到均流目的。
使用这一方法实现均流，可以使N个并联模块的电流不均衡度（即均流误差）在5％以内。
定义模块k的不均衡度为式中：IL为并联输出的负载电流；Ik为模块k承担的电流；Ikmax为模块k的最大电流。
应用均流母线检测模块的输出电流，还要在窄频带的均流环中用运算放大器产生均流误差信号，以调节基准电压，将使并联系统的瞬态过程复杂化。
为避免使UPS的瞬态特性变坏，甚至不稳定，应正确设计均流环的增益。
自动均流法的优点是电路简单、容易实现、均流精度高，缺点是如果有一个模块与均流母线短路，或接在母线上的任一个模块不能工作，则母线电压下降，将促使各模块电压下调，甚至到达其下限，结果造成故障；而当某一模块的电流上升到其极限值时，该模块的电流检测信号UIk大幅度增大，也会使它的输出电压自动调节到下限。
下面介绍解决上述两个缺点的措施。
2.1.1 监控均流母线对地短路故?的措施均流母线工作正常时电压UB为一定值，且等于各模块电流Ik检测信号电压UIk的平均值；而均流母线短路时其电压UB=0，利用这个特点，在均流电路中接一个均流母线电压检测电路，就可以及时发现母线短路故障。
检测电路如图5所示，它由光耦、继电器和声光报警器组成。
2.1.2 任一模块不工作时的监控措施模块失效时，其输出电流也为零，相应的模块电流Ik检测信号电压UIk=0，即图6中a点电压等于零。