浅析UPS的冗余连接技术（3）

2.UPS的并联连接

增加UPS供电系统可靠性的另一个方法就是并联连接，但是UPS的并联连接并不象热备份连接那么容易。因为所有UPS的输出阻抗不可能一样，加之各逆变器的输出电压和市电电压锁相都具有正负误差，则各个UPS的电压即有相位差又有幅值差，因此用普通UPS直接并联是危险的，只有具备并联功能的UPS才能并联。

从一般原理上讲，普通在线式UPS都可直接并联，但应说明的一点是，这些UPS必须由同一路电网供电，在这种情况下，因为UPS的逆变器永远在跟踪旁路市电，由于这些UPS都在跟踪同一路市电，也就相当于互相在相位上跟踪。这些UPS在频率和相位上都是一致的，因此可以并联。但这种并联是不保险的，因为：

在相位上；虽然它们都在频率和相位上跟踪旁路，但在相位上有超前和落后之分，一般大容量UPS的相位跟踪在±3°，如果这两台并联的UPS一个是＋3°，一个是－3°那么两个并联后就有可能在相位上差了6°,这就有可能使输出电压相差30V，这将会在UPS输出端造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。

在电压上；虽然是同型号、规格的UPS逆变器，但由于逆变参数和变压器参数的微小差异会导致输出电压不一样，比如一个为218V，一个为220V等，也将会在UPS输出端造成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。

以上两方面的差异都会导致输出电压的不一致，一方面形成环流，另一方面各相负载输送的电流也不一样，很可能出现1台过载的情况。以上两项指标虽然可以通过一次调整而达到基本一致，但随着UPS的工作温度和时间的变化，这种平衡很快就会失去。可以这样说，不加任何措施的几台UPS并联，其可靠性不一定比单台UPS高，甚至还要低。

UPS并联连接的优点在于它不但可以提高可靠性，而且过载、动态性能比热备份方式好得多，并且可以增容。并联连接的方式有下述几种：

①主从式并联系统；这种方式是并联系统中有一台UPS为主机，其它为从机。

②无主从并联系统；系统中任一台UPS既是主机又是从机，哪一台UPS先开机它就是主机。

　　③限流并联系统；把系统中所有UPS的输出并联连接，但每台UPS必须有可靠的限流功能，既不论在任何情况下都可保证把该UPS的输出功率限制在其额定值内，它仅限于单相电源。

UPS并联连接的目的是提高UPS供电系统的可靠性，增加UPS系统的容量。而并联连接要解决的关键问题是处于并机状态的各台UPS的逆变器，应在同时同步跟踪交流旁路电源的条件下，满足同幅度、同频率和同相位，以达到均分负载和环流为零的要求。

如果将可靠性进行量化的话，热备份连接的UPS系统比单机系统高出两个数量级，而并联系统又比热备份连接的UPS系统高出两个数量级。并联连接的UPS供电系统不但可靠性提高了，而且带载的能力也加强了，因为是并联方式的连接，在两台UPS系统中，就具有着两倍的负载能力，所以在冗余的情况下，系统的过载和耐冲击能力比热备份连接的UPS系统强得多；在非冗余的情况下，它的并联可以增容，这也是热备份连接技术所不能实现的。随着并联台数的增加，其可靠性也相应增加，但是并联台数也不是无限的，因并联台数超过一定时系统的可靠性反而下降。

　　当并联UPS系统中任何一台的逆变器出现故障（包括过载、短路和蓄电池过放电而停止工作等）时，均不能将本身的负载单独转到旁路上，而是将负载分配到与其并联的其它UPS上去，只有并联系统中所有UPS的逆变器都停止工作时，才集体转到旁路上。

并联UPS系统虽然比热备份连接的UPS系统有很多优越性，但其控制技术要比热备份连接的UPS系统复杂得多。因为在多台UPS并联时，其中最重要的指标就是电流均分，也就是说如果N台UPS并联，必须保证每台UPS的输出电流是总输出电流的1/N，至少其相互之间的最大不平衡度要在要求范围内（一般是小于2%）。这个指标就限制了并联台数的增加，目前我们可以看到各个品牌实现并机的台数也不完全一样，如：Fenton可高达6台并联；IMV Sitepro 500kVA以下可做到4台并联、500kVA及以上可做到6台并联；Siemens 500kVA以下可4台并联、500kVA可8台并联；三菱UPS可高达8台并联；Silcon UPS的并联台数达到了9台，等等。一般来说，功率在500kVA以下时，并联台数被限制在4台以内的居多。

并联不一定是冗余的，并不是所有并联UPS系统都具有冗余的功能，并联的概念是增容，而冗余的概念则是可靠性，比如两台50kVA UPS并联给80kVA负载供电，只能说这两台UPS是实现了并联，但若其中任一台因故障而关机，则余下的另一台也会因过载而转入旁路供电。然而若负载为40kVA，那么一台50kVA UPS因故障而关机后，负载并没有被切换到这台UPS的旁路上去，而是由另一台UPS继续供电，这就是实现了冗余，即当一个UPS并联系统中的一台或者几台UPS故障时，余下的UPS仍能向负载正常供电，那么这个系统就是冗余系统。因此并联是实现冗余的必要手段而并不一定就是冗余。在谈到这个问题时，可先了解什么是UPS系统的冗余度。

　　系统冗余度的表达式为N+X，式中，N的含义是并联系统中UPS单机的总台数；X的含义是并联系统中允许出故障的UPS单机台数。

例如，在5台UPS并联系统中，允许其中2台同时出故障，那么这个系统的冗余度就是5+2。

　　UPS的全冗余并联系统是近年才提出来的概念，它是对不全冗余的并联UPS系统而言。所谓UPS全冗余并联系统，是说在UPS并联系统中的所有UPS单机既是组合后的有机整体，分开后又各自独立；在并联系统中，任一部分故障都不会影响整个系统的正常运行，而且也不会留下任何隐患，如果是不全冗余的并联UPS系统就存在这些问题。

最初的UPS并联仅限于增容和可靠性的提高，随着技术的发展和要求的提高，并联系统的功能也在不断增加，甚至涉及到电能的节约等问题。比如Silcon UPS的软件可以在轻载的情况下“关掉”并联系统中的一台或几台UPS，从而节约能量，等负载功率增加到一定值时，被“关掉”的UPS又及时自动启动供电。此外，有些UPS还可以将多台并联的UPS系统编组运行，比如9台机器并联，在容量允许的情况下编成三组分时运行，比如第一周由第一组供电，第二周由第二组供电，第三周由第三组供电，第四周又由第一组供电……，这样循环供电的好处在于：不但机器得到了轮休，蓄电池也得到轮流充放电，提高了蓄电池的可靠性，而且也得到了轮流检修和保养的机会，有效地提高了系统的可靠性。