UPS并机几种方法

UPS并机的性能分析

目前，计算机系统已成为发电厂，工业企业，政府，银行的控制枢纽中心，其供电电源普遍采用UPS，因而UPS的安全可靠性就直接影响发电厂机组的安全稳定运行。用户为了提高UPS的供电可靠性不遗余力。目前，大多发电厂及大型工业政府企业和政府为了提高供电的安全可靠性而广泛采用并机方案，但投入后与可靠性而要求还是有较大的差距，出现了各类故障，严重威胁负载的供电安全。本文对采用并机方案时常被忽视的技术问题进行分析整理以供参考。

1 常见的三种UPS并机方案

1.1串联热备份方案

本方案是并机早期的链接方式，因受当时并机技术的制约，本方案中设备的使用率较低，安全可靠性有限，不能满足用户的更高安全要求，目前用户已很少采用此种并机方案。由于两台UPS无需在同一控制程序下协调工作，无需通讯链接，所以只要UPS功率满足负载要求的情况下，可以是不同品牌的UPS，如图1所示。

1.2 “1+1”并机方案

在用户既要求提高安全可靠性又要求提高设备使用率的情况下，随着并机技术的不断发展，可以实现两台UPS在同一控制程序下稳定地协调工作，根据两台UPS的工作方式称之为“1+1”并机。正常工作时两台UPS各承担50%负载；若其中一台UPS出现故障，另一台UPS自动承担100%发在，故障UPS自动退出并机模式；当故障UPS维修好以后可直接投入并机，两台UPS自动均分负载；若故障UPS退出并机还没有维修好，而带载UPS也出现故障，此时将自动切换至带载UPS的旁路；当两台UPS全部维修好以后，按并机开启步骤可将两台UPS投入到“1+1”并机工作状态，如图2所示。

图2 “1+1”UPS并机方案

单击UPS若逆变器裤长时就自动切换至旁路，“1+1”并机相对单机UPS，多了一台UPS 自动承担100%负载安全保护措施，可以有效避免逆变器切换至旁路时造成的切换风险，“1+1”并机相对性能稳定的单机安全可靠性又得到了较大的提高，可在同一控制程序下协调工作，两机之间需要通讯连接，所以两台UPS要求是同品牌就、同系列、同规格的UPS。

如果用户选用的UPS单机性能是非常稳定的，有严格的质量保证，安全性不是过于苛求，处于设备成本考虑，单机完全可以满足用户运行要求。若经济条件允许，可以选择“1+1”并机方案。

1.3 “N+1”并机方案

“N+1”并机方案（见图3）主要是解决当负载功率大于UPS单机功率时的带载问题，目前工业用户（特别是发电厂）的负载一般都不会超出现有UPS的单机功率，大型行业用户（如石化厂）处于安全性考虑，全厂所有的负载供电不会设计成由一套UPS供电系统来承担，通常以每个车间的负载来单独配置UPS，所以工业用户基本上用不到并机方案。

图3 “N+1”UPS并机方案

当负载功率大于UPS单机功率时，如负载功率为5000kVA，而现有的UPS单机最大功率为1000kVA，可以用5台1000kVA的UPS并机分担负载，考虑到安全性，再加一台UPS 做为备用，当其中一台UPS故障时，备用UPS投入运行承担负载，此方案则为“5+1”并机方案。

此方案多用于如国家计算机中心、银行结算中心、通讯中心等大型数据中心。现在UPS 最多可实现8台UPS并机，大型企业用户处于安全考虑，负载尽可能避免由一套UPS系统集中供电，而将大系统分成多个小系统单独供电，这样可以有效地降低因并机数量太多和UPS控制系统难度增大而造成的风险。理论上说UPS并机越多，负载的安全性就越好，但从实际UPS基本技术来讲，UPS并机数量越多对控制系统的要求越高，受并机技术制约，若没有非常完善的并机技术的解决措施，并机数量越多稳定性越差，负载的宫殿风险也越大，运行管理也越复杂。

影响UPS安全运行的基本因素

2.1 解决UPS单机基本技术问题是UPS安全运行的保证

现在有很多出于成本和安全性考虑的新并机方案，其实若考虑成本只需采用一台性能稳定的UPS就可，若经济条件允许要达到更高的安全性，“1十1”并机就足够了。现在很多大型工业用户在采用并机方案时进大了一个误区，单机运行不稳定就采用并机方案，错误地理解单机存在的技术问题可以由并机来解决，虽然开机相对单机在安全性上有较大提高，但最主要影响UPS安全运行的因素是，所选用的UPS生产厂家能否很好地解决单机与并机技术，并机是建立在非常稳定的单机基础上，若单机技术没有得到很好的解决，并机出现的问题将更多。

2.2 ups应同时具备两项非常重要的功能

（1）在设备使用期内给负载提供纯净、标准的正弦波交流电源

其实UPS不是孤立连接在独立的电网中，电网给UPS供电不是绝对的所需标准值，存在标准值与非标准值两种情况，同一电网用电设备越少越接近标准值(如普通商业使用环境)。UPS故障大多表现为元器件故障，即硬性故障。用电设备越多越偏离标准值(如大型工业系

统使用环境)，在元器件质量满足要求的情况下UPS的故障，多表现为电网因素造成的监测、处理、控制系统故障等，即软性故障。外部因素是一个变量，很难去具体地监测和抑制它，即具有较大的随机性和隐蔽性，这就是同一UPS在工业环境比商业环境使用更难以实现稳定运行的原因，由于用户对UPS基本技术了解的局限性，很难区分上述因素并进行全面的技术分析及安全评估，而很多UPS厂家因受技术制约又不想区分太清楚，这是多年来一直困扰大型工业用户投入的UPS与运行要求有较大差距的主要原因。

（2）为负载提供非常稳定的不间断电源保护

随着UPS技术的不断发展，若只是实现UPS给负载提供纯净、标准的正弦波交流电，已不是UPS技术的主要难题，现UPS技术真正面临的难题是怎样实现对负载更稳定的不间断保护，而外部因素又难以去具体地监测和抑制，具有较大的随机性和隐蔽性。简单地说，UPS技术所面临的难题就是怎样提高UPS抗击外部因素的能力，便UPS运行尽可能少地受制于外部因素，这是UPS要实现稳定运行必须解决的问题，尤其是要满足大型工业系统运行要求的UPS。

工业系统负载电压多为220V，输出电压220V的UPS设计与生产难度要远高于输出为380V的UPS，因I=P/U，当P一定时,I与U成反比关系，220V时UPS元件所承受的电流强度将近380V时UPS的两倍，当P越大时要求元件所承受的电流强度越大，这对元器件将是一个巨大的考验，所以380V的UPS功率可以做到10OOkVA，而220V的UPS最大功率都在2OOkVA以下。220V的UPS元器件所承受电流强度的能力是一个非常重要的指标，这就是很多UPS使用不久就出现硬件故障的一个重要原因。

UPS并不是连接在一个理想的电网中，同一电网下设备的运行都会对电网造成冲击和千扰，这冲击和千扰在电网中的出现具有较大的随机性和隐蔽性，因此很难去具体地监测和抑制它，也不可能为UPS装备一套独立的、比较理想的电源。在这种情况下只有提高UPS自身抗外部干扰的能力，使UPS运行尽可能少受制于外部因素。UPS的设计方案只有有效地避开外部因素的干扰，在硬件技术得到充分解决的情况下，UPS在设备的使用期内才能实现稳定运行。

UPS要实现稳定运行需要非常快速地处理供电系统，当UPS遇到较大外部因素干扰时，能快速地进行处理与控制，不会出现UPS无法控制的局面而出现各类故障，为了对负载供电执行紧急保护，严重时负载供电会出现中断，每个厂家设计与控制方案不一样。因受技术的制约，每个厂家的设备运行稳定性也不一样，包括进口设备。所以工业用户在选购UPS 时务必全面地对设计方案进行技术分析和安全评估，靠简单的验收时的实验，单一地以UPS 是否切换及输出正常、业绩数量、是否是进口产品做为选择标准，选择UPS的运行稳定性肯定与运行要求有很大差距。

2.3 环境因素

（1）环境温度

UPS是由大量半导体器件组成的精密电气设备，半导体材料受温度影响比较大，当环境温度大于要求值时，半导体材料容易老化。静态开关是由半导体材料做成的，工作时自身会产生一定压降及通态功耗。工作的静态开关会产生一定的热量，需要散热器散热，当温度达到80℃——90℃时，静态开关将自动迸人关闭状态，虽然有机房空调和UPS风扇进行散热，

但常年运行导致粉尘积聚在散热器上较厚或UPS风扇故障时，会使静态开关的局部温度急剧上升，很容易造成静态开关自动关闭。

（2）环境湿度

半导体器件对湿度也有严格要求，湿度太大在遇机房冷气时会在设备内形成水雾或细水珠，尤其在潮湿较大的雨季，元器件容易短路造成设备损坏，不仅带来经济损失同时也给负载供电造成安全隐患。机房内安装的空调要有制冷和除湿功能。

（3）环境粉尘及化学腐蚀性气体

UPS由于工作时会产生大量的热量，为了散热在机器顶部安装多个用于散热的风扇，此时UPS尤如一个大功率吸尘器，会将大量的粉尘及化学腐蚀性气体吸人UPS内部。UPS常年运行末做清洁保养，大量的粉尘会粘附在电路板上，粉尘中含有的金属微粒会使高集成的小型元件出现短路，吸人空气中的水分会形成由粉尘构成的导电层，给设备和负载造成严重的安全隐患，厚厚的粉尘粘在元件或散热器件表面会使元件温度高于规定值，很容易造成元器件损坏，严重时可以造成UPS供电系统瘫痪。

当长期运行的UPS吸人大量化学腐蚀性气体，遇机房冷气时很容易在高集成元器件表面形成一种腐蚀性膜，对细小元件及焊接点具有腐蚀作用，长时间会造成元器件损坏及焊点虚焊，而这些高集成元器件都集中在微处理器及控制系统，给UPS及负载造成严重的安全隐患。

3 结束语

工业用UPS因受外部因素影响较大，由于技术的制约，每个品牌UPS并不是都能很好地解决技术难题，因而不同品牌UPS的使用稳定性就有较大差异。用户在选购UPS时必须全面进行对比分析，不论是单机还是并机，运行稳定与否完全取决于所选用的UPS厂家能否有能力很好地解决单机和并机的技术，没有坚实的技术保障，不论单机还是并机都不可能实现设备在使用期内稳定运行。

因此，UPS并机相对于性能非常稳定UPS单机的安全性有较大提高，但不是解决单机存在基本技术问题的最终措施。