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《并聯(lián)冗余ups系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)引言 不間斷供電系統(tǒng)（UninterruptiblePowerSystem，UPS）的出現(xiàn)是為了適應(yīng)信息社會(huì)的到來(lái)。為了保證對(duì)重要負(fù)載供電的連續(xù)性，滿足高新技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量提出的越來(lái)越嚴(yán)格的技術(shù)要求。應(yīng)用模塊化并聯(lián)冗余技術(shù)的UPS系統(tǒng)進(jìn)一步提高了對(duì)負(fù)載供電的可靠性，同時(shí)也擴(kuò)大供電容量，是國(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)技術(shù)。 利用多臺(tái)UPS模塊并聯(lián)運(yùn)行，都是以UPS擴(kuò)容或提高UPS可靠性為目的。不論采用何種并聯(lián)冗余連接技術(shù)，都是將多臺(tái)UPS單機(jī)的輸出端直接進(jìn)行連接。一般的UPS因?yàn)槎加心孀児╇娭骰芈泛团月饭╇娀芈穬蓷l供電回路，所以對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)相當(dāng)于
2、有兩個(gè)電源。任何兩個(gè)電源之間的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)都是一個(gè)單點(diǎn)故障點(diǎn)，即使兩個(gè)上游的電源再可靠，只要轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一出現(xiàn)故障，都可能造成負(fù)載斷電，由于這種開(kāi)關(guān)的造價(jià)比較高，再加之其它技術(shù)因素，往往不能冗余并聯(lián)，專門(mén)作為一個(gè)模塊，有較高的可靠性要求。利用靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（StaticTransferSwitch，STS）統(tǒng)一集中控制并聯(lián)系統(tǒng)的主-旁路切換功能，實(shí)現(xiàn)快速切換和系統(tǒng)保護(hù)等一系列控制功能，是比較理想的控制方案?！ ”疚闹饕榻B模塊化并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)方案，模塊控制采用DSP實(shí)現(xiàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)和完成一臺(tái)兩路（并聯(lián)系統(tǒng)輸出與旁路）220V單相輸入、10kVA/220V單相輸出的STS功能
3、樣機(jī)，驗(yàn)證了該方案的有效性?！ ?.并聯(lián)組合式切換開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu) 目前的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)大多是采用微處理器數(shù)字控制技術(shù)的，可以稱為數(shù)字型靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（DigitalStaticTransferSwitch，DSTS）。目前美國(guó)德州儀器（TexasInstruments，TI）公司的TMS320系列DSP已成為中大功率電力電子應(yīng)用場(chǎng)合的主流控制芯片，它的突出特點(diǎn)是采用了先進(jìn)的多總線并行結(jié)構(gòu)和流水線的工作方式，從而極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和數(shù)字信號(hào)的處理能力。本系統(tǒng)采用的是TMS320LF2407A作為主控DSP芯片?！ §o態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)包括兩類交流切換開(kāi)關(guān)：靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)和靜態(tài)并聯(lián)系統(tǒng)總輸出開(kāi)
4、關(guān)。從快速切換的角度出發(fā)，每個(gè)切換開(kāi)關(guān)與UPS單機(jī)的靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)可以完全一樣，采用一對(duì)可控硅背靠背連接或直接用三端雙向可控硅器件的可控硅型雙向開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。但為了增容需要而采用并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)，在大功率輸出的情況下單用可控硅型STS損耗過(guò)大，發(fā)熱嚴(yán)重，惡劣條件下甚至?xí)?dǎo)致STS模塊的損壞。交流接觸器（圖1）是繼電器型交流切換開(kāi)關(guān)，可靠閉合后導(dǎo)通阻抗小、損耗小，是理想的交流電路連接方式，但是交流接觸器存在與繼電器型STS同樣的問(wèn)題，切換速度較慢，不能實(shí)現(xiàn)快速切換。因此采用上述兩者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)是比較理想的方案。圖1交流接觸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此外，在數(shù)字控制式STS中，用交流固態(tài)繼電器（SolidState
5、Relay，SSR）來(lái)替代雙向可控硅，可以實(shí)現(xiàn)方便的數(shù)字控制。SSR的結(jié)構(gòu)（圖2）可以看作是采用光耦隔離控制的雙向可控硅，直接使用數(shù)字信號(hào)就能驅(qū)動(dòng)。圖2交流固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 SSR切換速度快，便于控制，可直接與數(shù)控芯片的I/O口相接；交流接觸器雖然切換速度慢，但穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)導(dǎo)通阻抗小、損耗小，利用中間繼電器驅(qū)動(dòng)接觸器簡(jiǎn)單可靠。采用交流接觸器與固態(tài)繼電器并聯(lián)組合式結(jié)構(gòu)的STS，配合有效的切換邏輯控制，可實(shí)現(xiàn)STS的快速切換和正常情況下的低損耗運(yùn)行。單相STS模塊的結(jié)構(gòu)框圖下圖所示。 圖3單相STS模塊結(jié)構(gòu)框圖 2.同步切換邏輯 靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一個(gè)獨(dú)立的模塊，通用程度高，但是單獨(dú)運(yùn)作
6、的結(jié)果就會(huì)造成模塊之間操作時(shí)序的不一致，如果控制命令出現(xiàn)沖突就會(huì)造成邏輯矛盾，嚴(yán)重情況下甚至?xí)鹣到y(tǒng)與負(fù)載的損壞，因此必須采用合理的切換邏輯來(lái)避免這類情況的發(fā)生?！ 〔⒙?lián)系統(tǒng)的輸出電壓與旁路電壓之間存在同步與非同步兩種狀態(tài)，非同步狀態(tài)下，兩電源電壓存在相位差或幅值差。非同步狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)若發(fā)生切換動(dòng)作會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：一是引起負(fù)載波形異?；蚬╇姷乃矔r(shí)中斷；二是旁路電源與并聯(lián)系統(tǒng)電源之間產(chǎn)生了相當(dāng)于短路狀態(tài)的瞬態(tài)沖擊電流，損壞系統(tǒng)。以上兩個(gè)問(wèn)題都是由切換發(fā)生時(shí)的兩電源瞬態(tài)電壓差引起的，為了保障可靠切換，安全的切換操作必須在瞬態(tài)電壓差足夠小的情況下執(zhí)行。STS在執(zhí)行切換命令時(shí)必須視同步情況做出能
7、否切換的判斷。同步切換的原則是“先斷后合”，必須等待一方的接觸器完全動(dòng)作后才能執(zhí)行下一步操作，以保障不出現(xiàn)旁路電源與并聯(lián)系統(tǒng)電源并聯(lián)的狀態(tài)?！ ?.非故障狀態(tài)的切換過(guò)程圖4正常開(kāi)機(jī)的切換過(guò)程開(kāi)機(jī)初始，并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電壓還沒(méi)有建立，STS檢測(cè)旁路電源正常后，會(huì)先切換到旁路供電狀態(tài)，當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓正常并且與旁路電壓同步鎖相時(shí)馬上切換到UPS系統(tǒng)供電狀態(tài)。關(guān)機(jī)旁路切換是開(kāi)機(jī)切換的反動(dòng)作。這兩類切換是系統(tǒng)在正
