UPS的性能分類與標準化UPS系統結構

隔離冗余系統或備用冗余UPS系統。如采用分布冗余，可將同樣的兩個400kva的UPS用做兩個獨立的UPS。正常時，400kva負載的一半接在其中一臺UPS輸出上（負載母線 1），另一半負載接在另一個UPS輸出上（負載母線 2）。

　　如后文所述，采用適當的配電電路，就可以在所有的負載設備輸入端上（不是在UPS輸出端上）得到了冗余電源系統。即電源系統的冗余已分散到各個負載設備，因此稱為“分布冗余”。正常時，兩個獨立的UPS系統（兩個負載母線）分別承擔一半負載的供電。當其中一臺UPS故障時，另一臺UPS就會自動地承擔起全部負載的供電。因此，故障UPS可以脫離負載進行維修。

　　分布冗余UPS 系統的兩個獨立的UPS系統可以采用并聯冗余UPS 系統，也可以采用單機UPS 系統。采用1+1并聯冗余UPS組成的分布冗余UPS 的可靠性和可用度非常高，但成本為普通的1+1并聯冗余UPS 的兩倍。采用單機UPS 的分布冗余UPS 系統與1+1并聯冗余UPS 系統的成本基本相同，但其可用度和可靠性比1+1并聯冗余UPS 系統的要高。因此，這種所謂單機分布冗余UPS（或稱為單機雙母線UPS）更為經濟適用，更容易為用戶接受。

　　分布冗余UPS也可以擴容，對于較大應用系統，每個獨立的UPS系統可以采用較大容量N+1并聯冗余UPS系統，也可以采用并聯無冗余UPS系統（僅為擴大容量而并聯）。

　　
圖10 分布冗余UPS （雙母線供電系統）

　　3.3.2 分布冗余UPS的同步問題

　　對于雙電源負載設備，只要任何一個輸入電源正常，負載設備就可以正常工作。當兩個UPS給雙電源負載設備供電時，只需將兩個UPS電源直接接到雙電源負載設備的輸入端，當其中一個UPS 出現故障時也不必進行電源轉換。因此兩個UPS是完全獨立的，其輸出不必同步。這種配電電路最簡單。

　　對于單電源負載設備，其輸入電源是不允許停電的。當兩個UPS給單電源輸入的負載設備供電時，應采用靜態轉換開關，正常時由其中一個UPS為負載供電，當供電的UPS 故障時或需要維護時，靜態轉換開關將負載不間斷地轉換到由另一UPS供電。

　　目前，雙電源輸入的負載設備正在不斷增加，還有三電源負載設備。但是大部分負載設備還是單電源輸入的。因此，分布冗余UPS的配電系統必須考慮兩個UPS 的同步和相互之間轉換的問題。

　　在分布冗余UPS中，兩個UPS的同步是非常重要的問題，兩個UPS 必須在全部時間內保持同步。同步不僅可以縮短兩個UPS之間的轉換時間，減少單電源輸入的負載設備供電中斷時間，而且可以有效地保護電源設備和負載設備，避免事故發生。因為如果兩個UPS不同步，進行了不同相位的轉換，兩個電源之間就會出現環流，損壞電源設備。而且還會損壞負載設備。例如，對于交流磁性負載（比如變壓器、繼電器線圈和電動機等），交流電源相位的突變會產生非常大的再磁化電流，致使電源設備過載或使過流保護裝置動作、開關跳閘。當兩個不同步的電源進行相互轉換時，一定要進行中斷的轉換。

　　兩個UPS在正常情況下一般是同步的，因為兩者都同步于同一個旁路電源（市電）。但是在市電故障時（同步源消失），如果兩個UPS都同步于各自的內部時鐘，兩者就不會同步。為此，應配置了 “負載母線同步電路（LBS）”，以保證在市電停電時，兩個UPS都工作于儲能方式，或者兩個UPS工作于兩個獨立的發電機組時，也能可靠地同步。 LBS 連續檢測兩個UPS 的輸出之間的相位關系，如果失步超過預定的時間（0.5～5s），LBS 就使指定為“從系統（DSS）”的UPS 同步于指定為“主系統（DMS）”的UPS。在此期間LBS 連續監視兩個系統的旁路輸入電壓的質量和同步情況。一旦恢復正常，LBS就將兩個系統恢復為同步到各自的旁路輸入電源。

　　值得順便一提的是，分布冗余UPS 系統中的兩個獨立的UPS 必須在任何時間保持同步，雙變換UPS通過LBS就能做得到。市電交互UPS 和 Delta 變換UPS 正常運行時只能同步于為其供電的市電交流輸入電源，不能進行輸出頻率的控制。這種UPS構成分布冗余UPS時，要求所有獨立的UPS的輸入電源（獨立的備用發電機組）同步運行。每個獨立的UPS模塊還需要有一個內部系統同步單元用于蓄電池供電時各獨立UPS模塊的同步。

　　3.3.3分布冗余UPS的配電電路

　　1）分布冗余UPS常用配電電路

　　圖11示出雙母線分布冗余UPS供電系統的常用的配電電路。UPS1和UPS2經各自的輸出配電屏為雙電源負載和單電源負載供電。

　　（1）雙電源負載設備，只要任何一個輸入電源正常，負載設備就可以正常工作。因此。只需將兩個UPS輸出經UPS輸出配電屏、分配電屏（）直接接到雙電源負載設備的輸入端，就可以在負載輸入端得

到冗余的電源。當其中一個UPS 出現故障時負載設備仍能正常工作，不需要靜態轉換開關進行電源轉換。考慮到分布冗余UPS系統還有單電源負載設備，仍配置了LBS，以保證兩個UPS的同步。這種配電電路完全實現了將電源系統的冗余擴展到負載設備的電源輸入端。

　　（2）單電源負載需經UPS輸出配電屏、靜態轉換開關（STS）轉換后再經分配電屏（列頭柜）供電。靜態開關采用快速先斷后合（break before make）的轉換技術，可確保兩個UPS電源的獨立性，既保證電源切換時不影響負載正常工作，又防止了一個UPS的故障影響另一個UPS。

　　（3）如果不配置LBS，只能構成非同步的雙母線分布冗余UPS供電系統，此時雙電源負載的配電電路與前述相同。而單電源負載就只能接在一個母線上，不再是雙母線供電了。當全部負載都是雙電源負載，或者雙電源負載多，單電源負載很少時，這種不同步的雙母線供電系統方案也是可行的。

　　
圖11 雙母線分布冗余UPS的常用配電電路

　　2）超高可用度的分布冗余UPS配電電路

　　圖12 示出一種可用度非常高的雙母線分布冗余UPS配電電路。在此電路中，UPS1和UPS2構成雙母線分布冗余UPS系統。靜態轉換開關STS1和STS2的兩個輸入電源均引自UPS1的輸出配電屏1和UPS2的輸出配電屏2。STS1整定為UPS1為主用，其輸出接到分配電屏1（列頭柜1），STS2整定為UPS2為主用，其輸出接到分配電屏2（列頭柜2）。各個雙電源負載的兩路輸入電源均引自分配電屏1和分配電屏2。單電源負載再經“使用點轉換開關”供電，“使用點轉換開關”的兩個輸入電源也引自分配電屏1和分配電屏2。

　　在正常情況下，UPS1和UPS2 各帶一部分負載，因此避免了其中一個UPS 故障時需要進行100%的負荷轉換。這種配電電路的成本很高，因為雙電源負載也增加了STS ，單電源負載增加了“使用點轉換開關”（采用機械開關）。但是，整個供電系統，從UPS設備直到雙電源負載的電源輸入端和單電源負載的使用點轉換開關之前的電路，都可以脫離系統進行維護。

　　分布冗余UPS還可以組成三母線、四母線等供電系統，本文不贅述。

　　
圖12 超高可用度的雙母線分布冗余UPS配電電路

　　分布冗余UPS系統與單機、并聯冗余或隔離冗余相比，可維護性和故障容限得到了很大的提高。采用雙母線配電，可以將負載全部轉換到一個母線上（不必象并聯冗余UPS那樣轉換到旁路），由一個UPS 供電。而另一個UPS 及其斷路器、配電設備都可以脫離系統進行維護。因此可以得到連續的可用度。

　　分布冗余UPS系統比并聯冗余或隔離冗余系統簡單、便宜。最普通的方法是用兩臺單機UPS和LBS構成雙母線分布冗余UPS系統。不需要增加系統級控制設備。由于采用了雙母線和靜態轉換開關，使單電源負載也具有類似于雙電源負載的功能性。因此，分布冗余UPS系統在進行預防性定期維護時的風險較小。 4 結束語

　　由于國際上UPS 的名稱尚未統一，有些UPS 的名稱容易引起混淆；而且，其性能與其名稱不符。 IEC62040 規定了新的標準化UPS 名稱和系統結構，以及UPS性能分類方法。UPS 性