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英威腾:模块化UPS分散旁路和集中旁路方案

2017-03-06 11:15
魏丁小陆
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也就是说,集中旁路的单个SCR模块,完全能够提供超过10倍额定电流的10ms保护能力,而基于分立器件的静态旁路,即使不考虑器件不均流,也是远远不够的!

瞬态切换的均流控制,不光与器件、各回路阻抗有关,也与控制相关。由于各个模块有各自的控制器,存在各处理器的处理速度、通信延时和模块自身差异等因素影响,各模块的实际切换动作一定有不等的延时,这就导致了第一个切到旁路的模块,很可能承受着100倍于模块容量的额定电流!由于是瞬态大电流,即使串联旁路均流电感也不会起到任何限流作用。这对于任何器件来说都是不可能完成的任务,这种切换无异于原地爆炸。短路故障电流的示意图如图4所示。

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图4. 短路故障电流示意图

当然,分散旁路的厂家也深知这个道理,也提供了相应的“解决方案”,就是:短路情况下只有逆变维持200ms,然后不切旁路,直接关机!

我们来解释一下,10倍额定电流的工况常见于输出短路工况,当逆变器不能提供足够的分断故障的电流(通常为3倍额定维持200ms)的情况下,系统将切换到旁路供电,用旁路的低阻抗大电流去冲开短路点的保护器件(开关或熔断器),这是配电设计里必须考虑的,如果是正确设计的配电系统,各分路的保护设计不应该产生越级保护,即下游的故障不应该导致上游的开关动作,系统最坏的情况就是切换到旁路,然后利用旁路强大的过载能力冲开下游的保护器件,这就是旁路抗冲击要求的来源。

使用分散旁路的系统,如果强行切换到旁路,由于抗冲击能力的不足和非同步的切换,毫无疑问将会导致器件损坏,系统宕机,所以厂家设计就只能禁止切换到旁路。可以想象在一个复杂的机房或者工厂内,只要有一个分支发生短路故障,后果就是整个系统束手就擒!这在实际应用中是无论如何不能接受的,但这同时是分散旁路无法解决的固有问题。

三、系统可靠性分析

分散旁路尚可宣称的优点就是旁路冗余,集中旁路被认为是存在单一故障点,下面我们来分析一下。

(1)从器件选型的角度上分析

从器件选型的角度上来说,单个大功率SCR的可靠性远高于数量众多的小型器件组成的系统,集中旁路模块功能简单,仅需要考虑器件和少量外围驱动电路的影响,而分散旁路因为是分布在功率模块内,同时受模块内部众多器件的影响。有维修经验的工程人员都知道,整流、逆变电路的故障都有可能因为火花飞溅等原因造成其他部分电路的故障,也就是说静态旁路面临了较多的不确定风险。如果说集中旁路是单一故障的话,分散旁路可能要被称为“多点故障”了。

(2)从系统容量角度上分析

从系统容量角度上来说,集中旁路的容量按照机柜设计,与配置的模块数量无关。而分散旁路的静态旁路容量由模块容量决定,也就是说,当模块故障时,系统将会失去相应的静态旁路容量。一个比较极端的例子,当机柜配置2个功率模块时,如果负载率是55%左右,当一个模块故障时,剩余的一个模块则会处于110%过载的工况,最终的结果就是系统掉电。同样工况对于集中旁路来说,完全不是问题。集中旁路模块因为器件容量的优势,甚至有些厂家提供125%长期过载的能力,这对系统可靠性来说有绝对的保障。

(3)集中旁路的可靠性设计分析

集中旁路的可靠性设计,众多主流厂家也提出了很多提升可靠性的方案,比如冗余备份的控制回路方案,通信总线冗余的方案,功率模块和旁路模块控制解耦方案,功率模块参与旁路控制方案,每个厂家的解决方案各有特色,经过多年的市场验证,能够大大提升系统的可用性,加上旁路模块普遍的热插拔设计,维修升级与功率模块一样简便。

四、总结

通过以上的分析,希望可以让大家能够进一步了解到两种方案的系统综合性能和产品可靠性的差异。

技术流派的争论和路线选择是产品开发的正常现象,对于用户来说,正确了解各路线的利弊是至关重要的,兼听则明,可以避免陷入营销概念的误区。然而,对于生产厂家而言,技术路线的选择意义重大,一旦路线确定,产品开发将无法中途转变,后续产品系列也必将延续,这就是为何无论业界如何发展,分散旁路的厂家仍然无法转向另一阵营。目前最主流的模块化UPS厂家,比如艾默生、伊顿、APC、英威腾、华为等,都是采用集中旁路的方案,精明的客户应该心中明白个中缘由。

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