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UPS与ATS协同应用分析

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-24 1:15:01 * 浏览: 63
数据中心,工厂,医院,轨道交通等用电场所对电源系统的可靠性要求越来越高,除了UPS应用解决方案和选型的不断变化外,传统的单向电源已逐渐变成两种。该电源甚至由三个电源(例如两个主电源和一个油轮)提供,那么如何合理地转换这些电源以更好地匹配UPS?本文讨论了UPS与ATS合作的应用,分析了存在的问题并提出了解决方案。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(”1简介)从应用程序的角度来看,更改经历了三个阶段。第二阶段是硬件保护,它保护负载设备的硬件系统不因异常电源或突然的电源中断而损坏;第二阶段是数据保护,它在主电源中断时保护负载设备的数据。突然断电会造成损坏或丢失,第三步是系统可用性保护。在正常,异常甚至中断的主电源情况下,有必要确保稍后向关键负载提供高质量的电源。这三个阶段的变化都是随着社会的发展和技术的进步,人们对生产系统的需求不断得到提升。 UPS诞生后不久,这一阶段就在1970年代和1980年代得到了强调,第二阶段在1990年代中期盛行。自1990年代后期以来,这一阶段变得越来越重要,直到今天,系统可用性仍然是PS电源系统所需的最重要的指标之一。为了提高系统可用性,人们提出并实施了多种改进方案,例如从单UPS到UPS组合方案中的串联热备份,再到并行冗余,双总线,分布式冗余等。从塔式一体机到每个部分的热插拔模块单元,在匹配的外围设备中,选择了性能更高的电池以提高智能性和人性化。监视管理系统,引入多种电源并配置ATS(自动转换交换设备)等。其中,UPS和ATS设备的协作应用目前较为普遍,存在许多问题,本文主要讨论该应用。 2 UPS与ATS结合使用的方案和分析基于《供电和配电系统设计规范》(GB50052-2009),并且在满足以下条件之一时,应被视为一级负载:经济上造成重大损失时,③断电会影响重要用电设备的正常运行[1]。主负载应由双电源供电。当一个电源发生故障时,不应同时损坏另一电源[2]。因此,数据中心,铁路运输,工厂,医院等一些重要场所通常具有一线电力和一线石油电力,或者两线电力和一线石油电力。此时,UPS和ATS的应用已经出现。 UPS和ATS的当前应用(或将两个输入电源连接到UPS的方案)主要包括三类:(1)不使用外部ATS。在图1中,两个电源连接到UPS的主输入,另一个电源连接到UPS的旁路输入。这种方案在市场上有更多的应用,但是有逐渐减少的趋势。其实质是将UPS内部的静态开关用作外部ATS。优点是节省了ATS的成本,但缺点也很明显。如果主输入电源中断,UPS只能切换到电池才能工作。此时,即使其他电源正常,也无法使用。仅当电池放电或异常时,才能将其转移到其他电源。电路中,未经UPS整流和逆变器处理,如果输入电源异常,则负载可能无法正常工作甚至被中断。如果旁路输入电源中断,UPS将在警报状态下运行,而不会出现byp笨拙,一旦UPS本身异常,可能直接导致负载中断。同时,我们还必须考虑两个电源的零线处理。处理不当可能会导致意外警报或UPS或负载故障。简而言之,该解决方案没有充分发挥两个电源的有效性,并且改变了UPS设备的原始设计意图,不建议使用。在图2中,两个电源进入不相关的UPS双总线电源系统的总线。尽管此解决方案不存在零线处理和更改UPS原始设计的问题,但也仅限于后端不使用STS(StaticTransferSwitch静态转换开关)供电的单个电源设备的应用,以及任何输入电源中断时,系统将以单总线电源状态运行,除非电池配置足够,否则这将影响系统的可靠性。 (2)采用单个ATS此解决方案是指通过ATS将两个电源转换成一个UPS电源,用于其后面的UPS设备或系统(如图3所示)。该方案是合理的,通常用于UPS单系统或并行系统。对于双总线系统,此方案相对较薄,并且存在ATS单点故障的风险。此时,采用了ATS组合方案。 (3)采用ATS组合。有多种使用ATS组合的方案。不同组合的最终可靠性和成本可能相差很大。图4是传统的ATS组合式UPS双总线接线图,图中有3个电源输入,通过2个ATS的组合转换成一个电源给UPS系统供电,因为有一个电源负载由STS,两条总线上的UPS在它们之间安装了LBS(LoadBusSynchronizer负载同步控制器)。乍一看,该方案更为合理,但与图5相比,它会发现明显的缺点。最重要的是,图4具有太多的单点故障和依赖性,并且工作可靠性显然未如图5所示。图5添加了ATS3和输入配电柜2,并将集中式STS设备更改为分散式机架式ATS。根据机架式ATS的特性,取消了LBS控制器,从而成为完全隔离的双总线系统。一条总线和另一条总线彼此冗余且完全隔离,从而大大提高了工作的可靠性。在成本投资方面,尽管图5中的设备数量有所增加,但是添加的设备相对便宜。与取消的集中式STS设备和LBS设备相比,总成本不一定会增加。 3ATS类型选择和差异分析在上述UPS和ATS应用方案中,仍然存在一个问题,即ATS模型的选择,主要是指3极ATS和4极ATS的选择。具体来说,有四种类型的四极ATS转换:①中性线和相线同时断开并同时进行导通;②相线之后中性线断开,并且首先接通中性线, ③首先接通中性线。断开后,始终保持不间断。对于3极ATS,零线始终连接并且不会断开。选择这种类型的ATS仅需要处理两个电源的两条线的连接问题。它不能被强制短路,也不能形成不规则的标准。地面。中性线和相线断开并同时导通的4极ATS不会出现直接短路两个电源的中性线的问题,但是会出现中性线中断,甚至会发生中性线电压干扰在转换过程中。将问题转储到UPS和背面的负载中。同时,很难确保四个触点完全同步。如果在相线之前断开中性线,则可能会在中性线上产生瞬态高压和电弧,从而腐蚀触点。中性线在相线和第一导电类型d的4线ATS之后断开o没有中性线接触的电弧现象,但是中性线仍然闪烁,甚至中性线干扰。中性线先通后断型的ATS需要处理两个电源的中性线之间的电压差。连接时无法产生电流。从以上比较可以看出,各种类型的ATS之间的区别在于中性线是否应该一起转换以及如何转换!对于不需要连接到中性线的3P3W + PE UPS系统,它自然没有作用,但是对于3P4W + PE,必须采用TN。对于-S接线系统的UPS系统,此问题是:非常关键,有些用户无法处理此问题。 (1)中性线在UPS设备中的作用以及断开后的风险均在UPS设备内部。中性线的作用将随UPS的结构而变化。图6是工频UPS架构的示意图,可以看出中性线仅在旁路和输出变压器的次级侧可用。中性线不用于整个UPS的内部主线中。中立是直的。这是因为工频UPS的整流器使用三相SCR自然换向整流,即不需要中性线的相控整流。整流的直流母线电压只有一组,没有中间抽头。逆变器已满电桥正在逆变,仍然不需要零线。中性线在UPS的旁路和输出变压器的次级中的作用是为后续负载提供正常工作的中性线,否则单相负载将不起作用。实际上,在电源频率UPS中仍有零线有用的地方,即辅助电源和逻辑电路的参考点。 UPS通常采用单相电源(L和N)供电。转换后,辅助电源将提供给控制电路以进行整流,逆变器,静态切换,以及DSP(或CPU),风扇等的电源。同时,UPS的逻辑电路还使用中性电位作为参考点,以确保检测电路的准确性。图7是高频UPS的架构示意图。可以看出,中性线在高频UPS中的使用将远远多于工频UPS。这是因为高频UPS的整流器大多是IGBT整流器,并配备了PFC电路。工作方法是分别处理输入交流电源的正半周和负半周,因此使用零线。整流后的直流母线电压也具有正负两组。直流电容器分别连接在中性线和正极和负极之间,以进行滤波和续流。高频UPS的逆变器使用半桥逆变器,该逆变器将正负两组直流电压分别转换为交流输出的正半周期和负半周期。高频UPS在内部无法从中性线前后分开,但输入和输出之间的中性线仅通过高频滤波器的电感线圈。对于三相电源,中性线中断将导致电压重新分配。如图8所示,如果三相电源中每两相之间的电压为380V,则单相负载1和负载2分别连接到三相电源。在单相上,如图8(a)所示,正常情况下,每个负载的输入电压为AC 220V,互不影响,负载即可正常工作。如果中性线中断,将形成图8(b)的情况。 380V AC电压同时施加到负载1和负载2。负载1和负载2共享的电压分别为:阻抗相等,则每个负载共享的电压为:380V / 2 = 190V。如果负载1的阻抗为5Ω,负载2的阻抗为1Ω,则负载1上共享的电压为317V,负载2上共享的电压为63V。他们两个都将无法正常工作,甚至可能会被烧光!在UPS电源系统中,UPS是下游负载的电源和上游电源的负载。当上游电源系统的中性线中断时,UPS也面临着380V电压重新分配的问题,尽管它不像UPS后面的负载那样严重三相不平衡,但是它也会有一个对UPS有一定影响。毕竟,上游电源的稳定性和标准性不如UPS输出功率中断输入电源的中性线的中断或干扰将直接威胁UPS的EMI电路中的X电容器和MOV,从而导致否则会导致效率下降甚至爆裂,还可能影响UPS整流,逆变器,PFC等电路的异常控制。