浅析UPS的冗余连接技术（1）

摘要：文中阐述了UPS的热备份连接和并联连接，分析了主/从串联热备方式、双机主备冗余供电方式、多机主备冗余供电方式的工作原理及优缺点，论述了并联连接的控制技术、初级式并联、高级并联方式的技术特性。

关键词：UPS 连接方式  工作原理  技术特性

在UPS的应用中，用户为了提高运行中的可靠性，往往要求几台UPS冗余连接。UPS的冗余连接有两种方式：热备份连接和并联连接。

1.USP的热备份连接

热备份连接是指当单台UPS不能保证用户提出供电可靠性要求时，就再接入一台同规格的单机来提高可靠性。任何具有旁路环节的UPS都可以进行热备份连接，两台UPS热备份连接时，只需将一台UPS1的旁路的输入端与市电断开，并连接到另一台UPS2的输出端，就构成了两台UPS热备份冗余系统。这种连接非常简单，当把UPS1作为主输出电源而把UPS2作为备用机时，只需将备用机UPS2的输出与UPS1的旁路输入端相连就可以了，不过此时UPS1的旁路输入端一定要与UPS1的输入端断开。在正常情况下，由UPS1向负载供电，而UPS2处于热备份状态空载运行；当UPS1故障时，UPS2投入运行接替UPS1继续向负载供电。只有当UPS2由于过载或逆变器故障时，才闭合UPS2的旁路开关，负载转为由市电供电。

　　两台热备分连接的UPS系统可靠性比单台UPS的可靠性提高了两个数量级，并且，这种系统的连接方式简单易行，即使是不同品牌的机器，只要规格容量相同，就可连接，不需再增加另外的设备。若两台不同容量的UPS相连，其容量只能按最小的那一台计算。这种热备份连接方式也有它的不足之处：

这种UPS的热备份连接一般不超过两台，它不能增加系统的输出容量，尤其是两台不同容量的USP连接时，该系统的输出容量不能超过其中容量较小的那一台的功率。由于是同容量串联连接，所以如果一台UPS过载，转到另一台后仍然过载，即供电系统的带载能力没有加强；实用中很少有两台以上UPS的串联连接，因此，应用场合受到了限制。

　　UPS的热备份的目的是确保负载设备不会在市电停电时因主机故障而断电，保证计算机等负载设备数据不会丢失。而UPS的热备份要解决的关键问题是旁路开关的切换要有严密的电路控制，保证不会在切换时有任何断电情况发生。下面介绍目前常见的几种热备连接方式：

1.1主/从串联热备方式

图1为早期一般采用的主/从串联热备种方式，它的特点是连接成本较低，技术简单，双机冗余提高了UPS电源供电系统的可靠性，但存在一些弱点：

1.1.1主UPS本身发生故障时，可能无法切换而造成输出中断。当主UPS内部电源板或电源模块发生故障时，主UPS会立即停止工作，输出中断。此时，主UPS也不可能再从静态开关转向旁路，这时既使从UPS是好的也无济于事，整个计算机系统的供电将被中断。

当主UPS控制电路出现问题时，逆变器烧毁瞬时(此时不满足切换条件)及一些其它原因，也可能会出现静态开关不切换而造成供电中断。

1.1.2切换瞬时输出出现间断。UPS供电系统为保证输出波形连续，采用先合后断技术，即旁路通过静态开关与逆变器输出有一叠加过程，以保证输出无间断，但这两路电压必须满足频率，相位，电压幅值完全一致，否则，将有可能造成切换过程中输出的不连续。

在频率正常的情况下，主UPS的为带载工况，而从UPS为空载，而在电网频率偏离UPS跟踪频率范围时，UPS将启动自身晶体振荡器，由于两台UPS为独立系统，无法进行“锁相”跟踪，如在此时发生切换过程，输出波形将会有更大的输出间断时间。特别在主UPS逆变器发生故障，强行切换时，由于无法进行正常跟踪，将有可能出现较大的间断时间，甚至切换失败。

1.1.3在主/从串联热备方式的供电系统中，增加了两个公共故障点。一旦主UPS静态开关出现故障，此时又要求切换则会造成负载供电中断。发生过载时，主/从UPS将依次转旁路，这时UPS的静态开关如出现问题，也将造成输出中断。

1.1.4设备使用效率低。在整个供电过程中，始终有一台UPS长期闲置不用，使用效率低，并且备份UPS的蓄电池长期处于浮充状态下，蓄电池无法放电，蓄电池寿命大大缩短。但可以增加一个主、从转换装置，定期将主机与从机进行转换，对主从机的蓄电池轮流充放电，以解决此问题。但是在主从转换过程中，从机处于空载运行状态，一旦出现切换过程，负载量将从0突变到100%，整流器和逆变器将受到大电流冲击，易于损坏，影响正常输出，甚至断电。

1.1.5维修困难。当主机发生故障，切换到从机供电时，用户负载不能停机，无法关闭主UPS进行维修。一旦从机出现故障，会造成整个供电系统中断。