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1、116 供电系统 117 2008通信电源学术研讨会论文集 图2典型并联冗余系统 电，我们需要三台1000KVA容量共计3000KVA容量的传统UPS来组成该系统。 设计方案2：在线式UPS独立冗余 独立冗余系统可提供更高级别的可用性和可维护性。图3所示是一典型独立冗余系统。在此类系统中， 每个模块均是一完整的UPS系统，向与系统对应的负载供电。系统中有一个模块作为保留，可为任意其他 模块备份。独立冗余系统可最多安装六个在线模块及一个备份模块。此类系统的最大优势在于负载是独立 的，可以与传统UPS的容量相对应。 离线式UPS系统 离线式UPS系统的结构和工作模式如下：正常运行期间，负载通过常闭
2、合的PES电力电子开关由市电进 行供电。运行时对电源的全部三相电压进行持续监测，如果市电干扰监测器检测到干扰造成电压突降或突 升超过额定电压的10%，监测器将向PES发送一个 “打开”信号，同时向逆变器模块发送一个 “运行”信 号。逆变器模块在1毫秒之内向关键负荷提供经过调整的输出电压。负荷通常在24ms之内被切换到储能电 图3典型独立冗余系统 摘 要：本文通过分析离线式UPS系统与当今在市场上主流的在线式UPS系统工作原理和系统设计准则， 阐述了离线式UPS系统和传统在线式UPS系统之间的优缺点。 关键词：离线式 在线式 在线式UPS系统 在线式UPS系统的结构和工作模式如下：系统不断将市电
3、交流电整流为直流电，然后将直流电再转化 为交流电供给负载。其中蓄电池位于逆变器与整流器之间的直流母排上，由于此类UPS系统不间断地向负 载供电，因此也被称为“在线式”UPS系统，也可称为“传统型”或“双变换型”系统。 图1所示为一个简化的单机传统UPS系统示意图。 简述离线式UPS系统与在线式UPS系统区别 中国移动通信集团上海公司 倪昀炜 黄 贇 图1单机传统UPS系统示意图 在电力系统突然中断供电的情况下，蓄电池将向逆变器提供能量，这些能量将转化成交流电，负载将 不会受到任何中断影响。蓄电池可提供五分钟至数小时不等的不间断供电。通常选配的蓄电池可提供10至 30分钟的不间断时间。 单台在线
4、式UPS一般能为最高达1000KVA的负载供电。此类系统可以进行并联以获取更大的输出容 量，可提供并联的或者独立的冗余保障两种设计方案。 设计方案1：在线式UPS并联冗余 并联冗余系统是最常见的多模块系统之一。图2所示是一典型并联冗余系统。冗余系统大多为“N+1” 系统，如果其中一台设备出现故障，冗余系统仍能正常为负载供电，此时无需旁路系统。 在并联冗余系统中，单台UPS均并联在一起为大负载供电，这类大负载均无法由单台UPS完成。并联冗 余系统实用上限为480V电压下3000KVA功率或是4000A电流。例如利用N+1冗余系统向2000KVA的负载供 116 供电系统 117 2008通信电源
5、学术研讨会论文集 图2典型并联冗余系统 电，我们需要三台1000KVA容量共计3000KVA容量的传统UPS来组成该系统。 设计方案2：在线式UPS独立冗余 独立冗余系统可提供更高级别的可用性和可维护性。图3所示是一典型独立冗余系统。在此类系统中， 每个模块均是一完整的UPS系统，向与系统对应的负载供电。系统中有一个模块作为保留，可为任意其他 模块备份。独立冗余系统可最多安装六个在线模块及一个备份模块。此类系统的最大优势在于负载是独立 的，可以与传统UPS的容量相对应。 离线式UPS系统 离线式UPS系统的结构和工作模式如下：正常运行期间，负载通过常闭合的PES电力电子开关由市电进 行供电。运
6、行时对电源的全部三相电压进行持续监测，如果市电干扰监测器检测到干扰造成电压突降或突 升超过额定电压的10%，监测器将向PES发送一个 “打开”信号，同时向逆变器模块发送一个 “运行”信 号。逆变器模块在1毫秒之内向关键负荷提供经过调整的输出电压。负荷通常在24ms之内被切换到储能电 图3典型独立冗余系统 摘 要：本文通过分析离线式UPS系统与当今在市场上主流的在线式UPS系统工作原理和系统设计准则， 阐述了离线式UPS系统和传统在线式UPS系统之间的优缺点。 关键词：离线式 在线式 在线式UPS系统 在线式UPS系统的结构和工作模式如下：系统不断将市电交流电整流为直流电，然后将直流电再转化 为
7、交流电供给负载。其中蓄电池位于逆变器与整流器之间的直流母排上，由于此类UPS系统不间断地向负 载供电，因此也被称为“在线式”UPS系统，也可称为“传统型”或“双变换型”系统。 图1所示为一个简化的单机传统UPS系统示意图。 简述离线式UPS系统与在线式UPS系统区别 中国移动通信集团上海公司 倪昀炜 黄 贇 图1单机传统UPS系统示意图 在电力系统突然中断供电的情况下，蓄电池将向逆变器提供能量，这些能量将转化成交流电，负载将 不会受到任何中断影响。蓄电池可提供五分钟至数小时不等的不间断供电。通常选配的蓄电池可提供10至 30分钟的不间断时间。 单台在线式UPS一般能为最高达1000KVA的负载
8、供电。此类系统可以进行并联以获取更大的输出容 量，可提供并联的或者独立的冗余保障两种设计方案。 设计方案1：在线式UPS并联冗余 并联冗余系统是最常见的多模块系统之一。图2所示是一典型并联冗余系统。冗余系统大多为“N+1” 系统，如果其中一台设备出现故障，冗余系统仍能正常为负载供电，此时无需旁路系统。 在并联冗余系统中，单台UPS均并联在一起为大负载供电，这类大负载均无法由单台UPS完成。并联冗 余系统实用上限为480V电压下3000KVA功率或是4000A电流。例如利用N+1冗余系统向2000KVA的负载供 118 供电系统 119 2008通信电源学术研讨会论文集 同步工作。下级重要负载可
9、在两套UPS之间瞬时切换。每套UPS系统均提供“N+2”的冗余容量，如果有必 要的话，整个重要负载可由单套UPS系统“N+0”即无冗余系统进行供电。 离线式UPS系统与在线式UPS系统特点的比较 表1离线式UPS系统与在线式UPS系统特点的比较 离线式UPS系统与在线式UPS系统安装成本比较 成本离线式UPS系统在线式UPS系统 UPS系统及其关联设备4,424,0001,659,000 UPS系统包括1,218,000 电池包括476,000 旁路与隔离开关柜包括504,000 空调系统包括784,000 室内安装费用约130平方米（每平方米约7000元）无需1,040,000 电池安装费用
10、无需140,000 动力与控制接线245,000343,000 发电机及关联设备1,820,0002,618,000 发电机、底槽、外罩与切换开关210,000273,000 总成本6,699,0009,050,000 特点离线式UPS系统传统在线式UPS系统 安装 适用于户内或户外安装，户外安装可明显减少安装成 本 需要宝贵的户内空间或专用房间。 效率 能效为98至99，比传统UPS系统高6至9，减 少运行成本 采用在线式整流器与逆变器，能效通常为90 至92，包括空调部分 可靠性 电池不需始终与直流母线连接，因此不会受直流纹波 影响，延长电池使用寿命，大大提高了可靠性。 电池需始终与直流母
11、线连接，直流波纹电流会 产生热量，进而降低电池使用寿命。 维护无需电池维护，减少运行成本。电池需定期维护，增加运行成本。 供电时间 提供60秒满负荷供电，足以支持负荷平滑切换到后备 发动机启动。 提供1030分钟的供电时间，需更多的电池及 维护工作。 后备发电机规格 离线式UPS系统没有把谐波电流注入系统，因此后备 发电机容量无需超出所需容量。 传统UPS系统将谐波电流注入系统，因此后备 发电机容量应超出所需容量的50300。 源，负荷不会受到任何故障的影响。 当市电电压恢复正常时，离线式UPS系统使得其输出电压与市电保持同步，然后向PES发送一个 “闭 合”信号，同时向逆变器模块发送一个 “
12、停止”信号。电池充电器通常在几秒钟之后启动，将电池容量充 电至100%。离线式UPS系统图如图4所示： 离线式UPS冗余系统 离线式UPS系统通过增加比实际需求更大的电源模块同样可组成并联冗余系统，即使有一电源模块出 现故障，系统仍能正常向负载供电。在离线式系统中增加电源模块比传统冗余系统中增加同容量的UPS单 机经济实用得多。同时由于离线式系统中UPS容量的增大，无需再独立对各负载供电。离线式UPS系统有着 比传统在线式UPS更大的功率容量，对于超大的重要负载还可以设计为中压系统。 图4 离线式UPS系统图 设计方案：热备份冗余 对于超大功率设备，例如英特网服务器，最常用的UPS系统称为“热
13、备份冗余系统”或称为“双冗余 备份系统”。这类系统囊括了并联冗余系统及独立冗余系统的所有特点。图5所示为一简化的典型热备份冗 余系统。 之所以称之为“热备份”系统，因为这类系统正常运行时使用两套UPS系统，这两套系统电气隔离， 图5 典型热备份冗余系统 118 供电系统 119 2008通信电源学术研讨会论文集 同步工作。下级重要负载可在两套UPS之间瞬时切换。每套UPS系统均提供“N+2”的冗余容量，如果有必 要的话，整个重要负载可由单套UPS系统“N+0”即无冗余系统进行供电。 离线式UPS系统与在线式UPS系统特点的比较 表1离线式UPS系统与在线式UPS系统特点的比较 离线式UPS系统
14、与在线式UPS系统安装成本比较 成本离线式UPS系统在线式UPS系统 UPS系统及其关联设备4,424,0001,659,000 UPS系统包括1,218,000 电池包括476,000 旁路与隔离开关柜包括504,000 空调系统包括784,000 室内安装费用约130平方米（每平方米约7000元）无需1,040,000 电池安装费用无需140,000 动力与控制接线245,000343,000 发电机及关联设备1,820,0002,618,000 发电机、底槽、外罩与切换开关210,000273,000 总成本6,699,0009,050,000 特点离线式UPS系统传统在线式UPS系统
15、安装 适用于户内或户外安装，户外安装可明显减少安装成 本 需要宝贵的户内空间或专用房间。 效率 能效为98至99，比传统UPS系统高6至9，减 少运行成本 采用在线式整流器与逆变器，能效通常为90 至92，包括空调部分 可靠性 电池不需始终与直流母线连接，因此不会受直流纹波 影响，延长电池使用寿命，大大提高了可靠性。 电池需始终与直流母线连接，直流波纹电流会 产生热量，进而降低电池使用寿命。 维护无需电池维护，减少运行成本。电池需定期维护，增加运行成本。 供电时间 提供60秒满负荷供电，足以支持负荷平滑切换到后备 发动机启动。 提供1030分钟的供电时间，需更多的电池及 维护工作。 后备发电机
16、规格 离线式UPS系统没有把谐波电流注入系统，因此后备 发电机容量无需超出所需容量。 传统UPS系统将谐波电流注入系统，因此后备 发电机容量应超出所需容量的50300。 源，负荷不会受到任何故障的影响。 当市电电压恢复正常时，离线式UPS系统使得其输出电压与市电保持同步，然后向PES发送一个 “闭 合”信号，同时向逆变器模块发送一个 “停止”信号。电池充电器通常在几秒钟之后启动，将电池容量充 电至100%。离线式UPS系统图如图4所示： 离线式UPS冗余系统 离线式UPS系统通过增加比实际需求更大的电源模块同样可组成并联冗余系统，即使有一电源模块出 现故障，系统仍能正常向负载供电。在离线式系统中增加电源模块比传统冗余系统中增加同容量的UPS单 机经济实用得多。同时由于离线式系统中UPS容量的增大，无需再独立对各负载供电。离线式UPS系统有着 比传统在线式UPS更大的功率容量，对于超大的重要负载还可以设计为中压系统。 图4 离线式UPS系统图 设计方案：热备份冗余 对于超大功率设备，例如英特网服务器，最常用的UPS系统称为“热备份冗余系统”
