APCUPS电源SUA2200R2ICH

APCUPS电源SUA2200R2ICH

APCUPS电源是较为常见的应急电源系统，其在市电正常与市电异常的情况下，工作方式也有所不同，本文主要介绍了APCUPS电源的四种工作方式：正常运行、电池工作、旁路运行和旁路维护。

1、电池工作方式
一旦市电发生异常时，将储存于蓄电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到持续供电功能。APCUPS电源系统的电力来源是电池，而电池的容量是有限的，因此UPS系统不会像市电能持续不断供应电力，所以无论多大容量的不间断电源系统，在其满载的的状态下，其所供电的时间必定有限，若要延长放电时间，须购买长延时APCUPS电源。

2、旁路维护方式
当APCUPS电源进行检修时，通过手动设置旁路保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动APCUPS电源，此时的APCUPS电源转为正常运行。

3、旁路运行方式
当在线式UPS应急电源超载、旁路命令(手动或自动)、逆变器过热或机器故障，APCUPS电源一般将逆变输出转为旁路输出，即由市电直接供电。由于旁路时，UPS输出频率相位需与市电频率相位相同，因而采用锁相同步技术确保APCUPS电源输出与市电同步。旁路开关双向可控硅并联工作方式，解决了旁路切换时间问题，真正做到了零时间切换，控制电路复杂，一般应用在中大功率APCUPS电源上。如UPS过载时，必须人为减少负载，否则旁路短路器会自动切断输出。

4、正常运行方式
APCUPS电源系统的供电原理是当市电正常时，机器会将市电的交流电转换为直流电，而后对电池充电，以备电力中断时使用；需强调的是不间断电源系统并不是停电时才会工作，如遇到电压过低或过高、瞬间突波等，足以影响设备正常运转的电力品质时，UPS系统都处于工作状态，为负载设备提供稳定且干净的电力。

4、旁路维护方式
当APCUPS电源进行检修时，通过手动设置旁路保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动APCUPS电源，此时的APCUPS电源转为正常运行。

大功率三相APCUPS电源由于功率比较大，在应用过程中，起着举足轻重的作用，它的每一次故障都会引起我们的重视，所以我们必须配置监控系统，对APCUPS电源进行更好的管理。

大功率三相APCUPS电源由于功率比较大，在应用过程中，起着举足轻重的作用，它的每一次故障都会引起我们的重视，同时因为三相UPS的供电设备涵盖范围广泛，除了一般计算机工作站主机也包含网络设备、制造设备的作业机台、医疗设备、精密仪器等等，且三相UPS放置的位置大多散布于建物内各处与监控机房有一段距离，所以我们必须配置监控系统，对APCUPS电源进行更好的管理。
  
  大功率三相UPS监控系统在设计上考虑的重点有别于一般小型单相UPS。因三相机的供电设备涵盖范围广泛，除了一般计算机工作站主机也包含网络设备、制造设备的作业机台、医疗设备、精密仪器等等，且三相机放置的位置大多散布于建物内各处与监控机房有一段距离。经由实际设计案例，以下列出设计上考虑的重点。同时与多部UPS联机由于三相机散布位置广，为避免管理人员将时间浪费在往返多部UPS路途时间，系统须有集中监控的能力将所有的UPS信息集中于一套系统，共享一致的告警接口让管理人员经由一套系统即可管理所有的UPS。当任何电力事件发生时系统经由网络广播、呼叫器、e-mail、语音告警等主动通知相关人员，不仅可免除经常性的检查工作还能在电力事件发生后的第一时间获得来自监控系统的通知讯息。可以有效降低管理人员的工作量。
  
  同时，定时的进行蓄电池测试UPS最主要的工作是在市电中断时立即为负载持续提供干净良好的电源，为确保UPS在断电时能发挥其应有的功能，必须确保电瓶保持在良好状态，当输入市电中断时UPS能顺利的切换至蓄电池供电。故系统须能依使用者设定的时间定时作电瓶测试(一般会设定在用电离峰时间，大部分是夜间或清晨)，确保蓄电池可以在需要的时候派上用场。当蓄电池测试失败时再经由监控系统通知管理人员检查或更换蓄电池。
  
  历史资料保存、打印根据经验，大部分的公司皆会保留历史数据文件、事件纪录档案，有些甚至将整年度的资料备份至光盘上，需要时再由监控系统加载分析。所以系统不仅须提供实时信息还要兼具读取分析备份资料的能力，能够协助管理人员快速取得所查询的资料。此外对于保存的资料制作例行性的报表也能节省不少宝贵的时间。远程监控当监控系统通知管理者有异常电力事件发生时管理者未必在监控中心，此时须有管道能让他以远程监控的方式与三相UPS监控系统联机获得更完整的信息才能做出正确的处理动作。对偏远地区因无网络联机我们以调制解调器点对点的方式作远程监控，若系统已有网络连接则以TCP/IP网络进行联机。同时亦提供HTTP让管理者只以网络浏览器就可以与监控系统联机，随时随地掌握最完整的电力信息。
  
  保护各供电中的操作系统虽然我们着重在对三相UPS的监控方面，但主机及工作站仍会是三相UPS的重要负载，所以保护各种类的操作系统在断电时能安全的关机也是设计的重点。关于这点我们为各种操作系统各开发了一支小程序，它是经由网络向三相监控程序取得UPS状态，当侦测市电中断或电瓶低电位时再依使用者先前的设定依序发出警告信号当到达关机时间后便将操作系统安全的关闭。这项功能可以分担信息管理人员的工作，不用急着在断电时赶回机房去shutdown主机。通讯配线以往的配线方式是将每部UPS到UPS间以RS485或RS422串联，但当距离拉远时不仅消耗线材也使得通讯上易受*。现今大部份厂区网络线渐广，善用既有的网络线就近将UPS透过网络与监控系统联机不但可节省配线开销也能提高通讯品质。

提高电源可靠性的技巧——UPS安全安装要求

单一APCUPS电源系统中的反馈保护

如图3所示，Eaton公司所提供的三相APCUPS电源设备包括一款内部反馈保护装置作为标准。其包括一款内部反馈接触器(K5)，可在静态开关内自动防止故障情况。

如果一款静态开关发生故障，将其驱动到不需要的导电状态，则将在APCUPS电源输出和电源之间供电;电源可以在任一方向上根据变频器及输入电源之间的电压差和相位移动进行传输。

这种意外的电流可能导致APCUPS电源系统过载，激活变频器的电流限制，并且由于各种原因导致旁路跳闸甚至关闭。因此，故障可能对系统运行和可靠性产生重大影响。

图3：具有静态开关和内部反馈保护(K5)的APCUPS电源

当APCUPS电源不处于旁路模式且静态旁路开关未打开时，反馈检测电路和APCUPS电源固件可以检测旁路线路中的电流。然后打开内部反馈接触器以隔离故障并防止APCUPS电源输出和电源之间的电力流动，从而允许APCUPS电源在双转换模式下仍继续运行，即使是在静态开关故障时。

警报将通知现场人员，或者远程监控站(如果使用的话)检测到了单元中的缺陷，将以激活一系列计划中的纠正措施。

并联APCUPS电源系统中的反馈保护

APCUPS电源在APCUPS电源系统中并联，以获得更高的可用性或更大的容量。图4显示了具有内部反向馈电接触器K5的分布式旁路配置的并联APCUPS电源系统。

在其中一个静态开关中所出现的故障将潜在地允许并联的逆变器在系统输出和电源之间馈送或抽取电流。因此，单个静态旁路开关中的故障最终可能导致系统中的严重故障。但是，由于电路故障导致的电流流失可以被检测到，并且在相关联的APCUPS电源模块内部的反馈接触器会自动打开，允许系统保持双重转换操作，以保护负载。

并联系统的静态旁路线路具有冗余性，因为一个静态旁路故障不会阻止其他旁路线路的运行。在冗余并行系统中，静态旁路故障不会以任何方式影响系统的旁路能力;然而，在容量并行系统中，旁路容量将略有降低。

一些并联APCUPS电源系统使用集中旁路拓扑，其中系统旁路模块(SBM)为所有并联APCUPS电源单元提供了一条通用的旁路线路，如图4所示。

SBM与APCUPS电源的内部旁路开关一样，包括反并联连接的晶闸管。因此，服务人员存在相同的安全隐患，可能会发生类似的故障机制;因此，反馈保护对于集中式旁路系统同样重要，也是强制性的要求。在并联APCUPS电源系统中，内部反馈保护意味着分布式旁路系统中的每个静态开关都包括反馈接触器，因此可以保持配置冗余。相比之下，具有外部反馈接触器通常意味着仅为多个静态开关安装一个接触器，因此其中一个开关的故障或将导致连接到公共反馈接触器的所有静态旁路线路的全部损失。在一些模块化APCUPS电源设计中使用了类似的实施方案，其中一个反馈电源接触器用于多个或所有静态开关。对系统冗余和弹性的影响可能更大。

有一种观点认为，反馈保护装置本身可能会降低系统的可靠性，因为它是一个组件，就也可能会出现故障失败。

这是非常真实的，但有很多因素要考虑。这些因素包括组件通常如何发生故障失败，其在系统中如何使用以及可能的影响。

如果反馈接触器故障关闭，并且在供电丢失时不打开，那么直到静态旁路开关发生故障，都不会影响APCUPS电源系统的运行;需要发生第二次故障才会影响APCUPS电源系统的运行。该系统将几乎像一个没有反馈保护的系统。无论如何，这种故障失败是罕见的。

另一种更典型的故障模式是反馈接触器未按照适当需求被打开或关闭。在实践中，这意味着如果有相应的需要时，旁路线路不可用。只有一条静态旁路线路的系统将失去所有旁路容量;那些具有多个静态旁路，而且每个都有自己的反馈接触器的，仅会损失部分容量。

请注意，只有当主旁路电源可用时，APCUPS电源旁路线路才可用——旁路管路可用性不能高于其供电。显然，具有相关控制电路的反馈保护装置的可靠性远远高于主电源，因此对旁路线路总体可用性的影响可以忽略不计。

具有反馈保护和短路静态开关检测的APCUPS电源可以隔离故障的静态旁路开关，任何时候这都是系统的关键故障，并将消除系统中的单点故障。这种优势胜过由反馈保护引起的对旁路可用性的边际影响，并提高整体系统的弹性。

最后，个人偏好不是决定因素。确保维修人员的安全是APCUPS电源设备和设备安装的强制性要求。APCUPS电源系统的设计必须安全;唯一的问题是如何实现安全设计，以提高系统级弹性的形式实现最大的额外收益。图4：左侧是分布式旁路配置中的并行APCUPS电源系统，右侧是集中旁路系统。这两个例子都有内部反馈保护装置;APCUPS电源单元内的接触器(K5)和用于大型集中旁路的隔离器/开关(无跳闸单元)的电动机空气断路器(FBP)。