一、并联冗余UPS系统简介
并联冗余UPS系统由两个或多个单机UPS系统组成，各单机UPS系统的输出并联连接到一个公共的配电系统。
在并联冗余UPS系统中，在正常工作时，所有单机UPS并联运行，均分负载。如果一个单机UPS故障，或者需要脱离系统进行维护，其余单机UPS有足够的容量供给负载，能确保负载供电的不间断，故不必将负载转换到旁路电源。
1．并联冗余UPS系统构成的条件
并联冗余UPS系统构成的基本条件是：
（1）组成并联冗余UPS的各单机UPS一般应为同容量、同厂家、同型号的产品。
（2）这些单机UPS必须同步运行才能并联。即各单机UPS的逆变器的输出频率、相位必须相同，而且输出电压也必须相同。
（3）各单机UPS之间均分负载。各单机UPS之间无环流。
（4）各单机UPS出现故障时，应能自动脱离负载母线，即具有选择性单机UPS跳机性能。
2、单机UPS系统与并联冗余UPS区别
在单机UPS系统中，只要旁路电源可用，逆变器总是与旁路电源同步，因此当逆变器故障时，可以通过静态开关不间断地将负载转换到旁路电源。
在并联冗余UPS中，每个单机UPS都与其旁路电源同步，由于各单机UPS的旁路电源是同一个市电电源，各单机UPS就会自然同步运行。但各单机UPS相位还会有微小的变化。为了保证各单机UPS之间均分负载，必须保证各单机UPS输出电压的频率和相位上准确的匹配。为此，通常各单机UPS之间需要通信，进行必要相位调节。
对于单电源输入的负载，如果为其供电的断路器故障跳闸，必然会引起这个负载断电。为此，可以采用静态转换开关STS，STS的两路输入由两个分路引入，其中一个优先供电，当此路的断路器或线路故障时，由STS将负载转换到另一路供电。转换时间一般在5ms内，故不会影响负载的工作（一般设备允许瞬间供电中断的时间是8-20ms）。因此，采取STS的办法，单电源负载也相当于双电源负载，一个电源故障时也不会造成负载断电。所以，一般来说，对单电源负载也没有问题了。但是，当并联冗余UPS本身出现故障时，就造成关键负载的系统故障。在实际应用中，这种故障是时有发生的。必须指出，并联冗余UPS系统（单母线输出）运行中，绝对不能出现超过20ms的停电或闪断现象，才能保证负载的安全运行。但是，这是不可能避免的。
二、冗余并联UPS运行方式的弊端
采用冗余并联UPS运行方式，在一台UPS退出运行进行检修时，另一台UPS仍处于运行状态，可以保证仪表电源的正常供电。但近几年，冗余并联UPS运行方式的弊端逐渐暴露，主要表现在以下几个方面。
(1)无法避免输出电缆故障或短路故障造成的UPS停电事故。不管UPS是双机并联还是多机并联，一旦输出侧电缆损坏或负荷侧发生短路故障，必将造成两台UPS停机，仪表电源供电中断。因此，电源侧的冗余无法从根本上避免UPS的停电事故。
图1、冗余并联 UPS 运行方式原理图
（2）冗余并联技术要求严格，不便于更换故障的UPS。冗余并联UPS要求两台UPS各项电气技术参数尽可能一致，包括输入电压范围、允许市电电压波形失真度、输出过载能力、输出电压频率稳定度等，最好是同一品牌。为了保证并联的UPS运行正常，通常是两台同品牌、同容量、同批次的UPS并机，一旦其中一台UPS发生故障，由于备货中不一定有该款UPS，所以通常只能进行修复。
（3）启停机的操作较复杂，有全停的风险或无法进行并机运行。冗余并联的UPS，将单台UPS退出或并机的操作步骤较复杂，不同品牌的UPS操作步骤不尽相同。如果没有严格按照说明书进行操作，可能造成并联的两台UPS全停或损坏。以图1所示UPS为例进行说明。若对UPS1进行检修，首先要将UPS1隔离，需要拉开断路器Q1、Q4、QF1、Q5N。此时，负载由UPS2供电。在对UPS1进行维护过程中，UPS1的维修旁路断路器Q3BP千万不能闭合，否则将形成环流，损坏正在运行的UPS2的逆变器。当UPS1检修结束，需要将其重新并机时，操作步骤也很重要。除了要求UPS1输入侧的Q1、Q4闭合，还要求Q5N、Q22在闭合状态，以便两台UPS通过数据通信，检查输出侧的状态、环流等情况，满足并机的各项技术指标后才能并机。如果输出侧的断路器没有闭合，将无法启动UPS1的逆变器。还有，在UPS1重新并机前，要求其旁路电源不能超出额定限度，否则也无法启动UPS1的逆变器。
（4）UPS并机通信板故障，可能造成两台UPS全停。冗余并联UPS需要通过并机通信板实时检测两台UPS的运行状态，使两台UPS所输出的逆变器电源保持同频率、同相位和同电压幅度的“三同”工作状态。利用两台UPS的并机板逻辑控制电路中的频率调控母线、电流调控母线和“环流”检测电路进行跟踪调控，使两台UPS的逆变器输出电流分配趋于动态平衡。一旦检测到电气参数超限，将发出报警信息或无法完成并机操作，甚至可能发出停机的命令，后果非常严重。
（5）根据我公司的统计资料，就一台UPS而言，冗余并联UPS的报警率、元件故障率均比单机UPS高。
三、改造前的准备工作
仪表电源的配置方案一般有三种:一路UPS馈出、一路低压母线直供馈出，简称两电源;两路UPS馈出、一路低压母线直供馈出，简称三电源;一路电力UPS(交流正弦波逆变电源)馈出、一路低压母线直供馈出，简称逆变电源。应按两电源或三电源方案配置的控制仪表包括:大中型石油化工生产装置、重要公用工程系统的控制仪表及其重要的显示仪表，高温、高压、易燃、有毒、腐蚀的生产装置，工艺控制、联锁多、系统复杂的生产装置，重要的在线分析仪表(如带工艺联锁的仪表等)。按照配置标准，我们应采用三电源。
将冗余并联UPS系统改为双单机系统的前提:一是两路供电的控制仪表应设置双电源模块，并具备两路非同期工频交流电源同时工作的条件;二是满足工艺流程、工艺操作的要求。
四、改造方案的实施情况
经过分析，公司的四套UPS具备改造条件。电气部分的改造内容包括:
首先，UPS系统软件版本低。自2009年以来UPS通讯故障，事件记录偶有丢失。虽然该因素不影响系统的正常输出，但是通过查看UPS系统软件当前版本，并作比较分析，维护人员无法对UPS的运行状况进行监控，说明UPS系统软件版本不符合实际需要。公司联系AEG工程师，对UPS系统软件进行升级。
其次，输入侧交流电源存在谐波将严重影响UPS的平稳运行。由于UPS主路与旁路电源直接来自电气配电室，UPS如果出现主路电源和旁路电超出允许范围时，容易导致UPS逆变器故障。我们利用检修机会，对UPS停电，拆掉UPS输出线，在UPS输出端加装两台隔离变压器，分别将UPS1、UPS2的输出端接到对应隔离变压器的输入端，再将隔离变压器的输出端接到UPS的负载端。通过加装隔离变压器，成功地稳定了输入电源的波形，彻底解决了交流输入电源带给UPS系统的谐波干扰，这就很好地解决了逆变器故障问题。
旁路柜改造及接线完毕后，检查两台UPS主电源输入电缆、旁路电源输入电缆、UPS输出电缆接线正确后，确认仪表侧空气开关为断开状态，分别对两台UPS送电进行调试。
五、总语
改造工作完成后，进行了断电试验。当一台UPS退出运行后，仪表电源不受影响。双单机UPS系统不仅便于维护，还从根本上克服了冗余并联UPS系统在接线及操作上的风险，大大提高了仪表电源的可靠性。
参考文献：
[1]周志敏.逆变电源实用技术：设计与应用[M].北京：中国电力出版社，2017.
[2]刘文芹.UPS技术及发展动态[J].UPS应用,2015.
[3]杨碧石.UPS的实用技术[J].电源技术应用,2016.
作者简介：颜廷阁 （1985-），男，汉，山东曲阜人，工程师，研究生，研究方向：电力电子与电力传动。
