UPS逆变模块的N＋m冗余并联结构和均流.doc

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(powersupplyunits,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。1N+m冗余并联的可靠性、+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=(不可靠性为1%),如果N+m=3,则P3=1-(1-)3=,不可靠性由原来的1%%。(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