Cấu hình hệ thống UPS và ảnh hưởng của chúng đến độ tin cậy

 Vì vậy, bạn có một tải trọng quan trọng và bạn cần đảm bảo không có thời gian chết. Tất nhiên bạn cần một nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) – nhưng bạn nên chọn cấu hình nào? Trong thực tế, các tùy chọn có sẵn cho bạn là gì?

Độ tin cậy của việc lắp đặt UPS chủ yếu phụ thuộc vào cấu hình của nó. Để đạt được độ tin cậy 100% khi lắp đặt UPS, cần phải đảm bảo rằng không có điểm nào bị hỏng. Điều này đòi hỏi phải nhân đôi không chỉ các hệ thống UPS mà tất cả các hoạt động thử lại và tải trọng.

Giải pháp trên, mặc dù mong muốn, tương đối tốn kém để đạt được và không có nhiều tổ chức sẵn sàng trả giá.

Sau đây là một phân tích ngắn gọn về các cài đặt phổ biến nhất được sử dụng để cải thiện độ tin cậy của việc cung cấp cho một tải trọng tới hạn:

  • Độc lập
  • Chế độ chờ nóng
  • Dự phòng song song

1. Đơn vị độc lập

Kiểu cài đặt UPS phổ biến nhất là một thiết bị độc lập duy nhất, được trang bị một công tắc bỏ qua tĩnh chuyển tải cho nguồn chính trong trường hợp xảy ra lỗi biến tần, như được đề xuất trong Hình 1. Tuy nhiên, cấu hình như vậy có nhược điểm, trong đó để thực hiện bảo trì thường xuyên một cách hiệu quả; tải sẽ phải được cung cấp bởi nguồn điện.

Đơn vị UPS độc lập
Hình 1: Một UPS độc lập phổ biến

Do đó, tải có nguy cơ mỗi lần bảo trì được thực hiện trên UPS. Nói chung, hầu hết người dùng không thể có bất kỳ thời gian chết nào và những kết quả này trong việc bảo trì tốn kém được thực hiện sau nhiều giờ hoặc ‘nắm lấy cơ hội’ mà nguồn điện sẽ không thất bại. Hơn nữa, UPS sẽ phát triển một vấn đề khi tải phải chịu nguồn điện chính trong khoảng thời gian cần thiết để sửa chữa UPS.

2. Cấu hình dự phòng nóng

Trong tình huống chờ nóng, cấu hình bao gồm:

  • Hai đơn vị UPS nối tiếp với nhau (xem Hình 2);
  • Đơn vị chủ chạy ở mức đầy tải, trong khi đơn vị nô lệ chỉ được bật (chạy không tải);
  • Nếu xảy ra lỗi trên thiết bị chính, thiết bị phụ sẽ cung cấp toàn bộ tải, thông qua công tắc bỏ qua tĩnh của thiết bị chính.

Cấu hình UPS dự phòng nóng
Hình 2: Nhà máy trong cấu hình chờ nóng

Nhược điểm

Có một số nhược điểm của cấu hình dự phòng nóng:

  • Tuổi thọ thành phần của đơn vị chủ sẽ ngắn so với đơn vị nô lệ, và do đó thời gian trung bình giữa thất bại (MTBF) của toàn hệ thống được giảm đáng kể;
  • Kiểu cấu hình này liên quan đến một UPS cung cấp tải thông qua đường vòng của UPS khác, do đó không thể loại bỏ một bộ phận bị hỏng mà không tắt nguồn cung cấp, và do đó thời gian ngừng tải là kết quả;
  • Khi đơn vị chủ thất bại, đơn vị nô lệ phải chịu một bước tải đầy đủ. Sự căng thẳng dẫn đến đơn vị nô lệ, vốn chỉ đơn thuần là không hoạt động vào thời điểm này, thường làm cho đơn vị nô lệ gặp trục trặc dẫn đến mất điện cho tải;
  • Tổn thất cao hơn, hiệu quả thấp hơn và quy định đầu ra tồi tệ hơn.

Ưu điểm

Hai ưu điểm rõ ràng của cấu hình dự phòng nóng cần được nhấn mạnh:

  • Độ tin cậy tốt hơn một hệ thống độc lập;
  • Chi phí thấp hơn so với cấu hình dự phòng song song.

3. Dự phòng song song

Cấu hình của cấu hình dự phòng song song được hiển thị trong Hình 3. Đối với các tải cực kỳ quan trọng, độ tin cậy của công suất khả dụng có thể được tăng lên bằng cách song song hai hoặc nhiều đơn vị

Bộ lưu điện dự phòng song song
Hình 3: Cấu hình dự phòng song song. Lưu ý cách các UPS song song chia sẻ tải

Trong cấu hình này, xếp hạng tải được tạo thành từ một đơn vị UPS, mỗi đơn vị cung cấp 1n xếp hạng tải. Một đơn vị bổ sung, cũng được xếp hạng 1n của tải được thêm vào để dự phòng. Ví dụ, tải 300 kVA sẽ được cung cấp bởi bốn, 100 kVA đơn vị, cung cấp dự phòng cho một đơn vị. Tất cả các đơn vị chạy trong một cấu hình song song và có xếp hạng công suất bằng nhau, chia sẻ tổng tải tải theo tỷ lệ bằng nhau.

Trong trường hợp xảy ra lỗi trên một trong các thiết bị, thiết bị bị lỗi sẽ bị tắt và toàn bộ tải sẽ tự động được đảm nhận bởi các đơn vị còn lại. Sẽ không có biến động điện áp, dao động tần số hoặc ngắt ngắn trong điện áp đầu ra nào.

Một hệ thống hai khối có thể được trang bị một bộ pin, điều này sẽ giúp giảm chi phí hệ thống và cho phép nạp chéo, tức là một bộ chỉnh lưu có thể cung cấp hai bộ biến tần. Cải thiện hơn nữa độ tin cậy có được bằng cách thêm một bộ pin thứ hai. Ngoài ra, pin có thể được cấu hình như các chuỗi song song, tăng thêm dự phòng.

Nhược điểm

Mặc dù cấu hình dự phòng song song rõ ràng áp dụng cho các tải trọng tới hạn, người dùng phải nhận thức được thực tế rằng ban đầu một hệ thống như vậy đắt hơn cấu hình dự phòng nóng do yêu cầu điều khiển phức tạp.

Ưu điểm

Cấu hình dự phòng song song cung cấp nhiều lợi thế thực sự để cung cấp tải trọng quan trọng:

  • Tuổi thọ thành phần của các đơn vị UPS song song có thể được dự kiến ​​là như nhau, nhưng vì chúng chỉ chịu một nửa tải so với đơn vị chính trong cấu hình dự phòng nóng, nên MTBF của toàn hệ thống được tăng lên đáng kể;
  • Nếu một UPS bị hỏng, các đơn vị còn lại sẽ tự động đảm nhận toàn bộ tải cho phép đơn vị bị hư hỏng được cách ly và sửa chữa mà không có tải trên nguồn điện hoặc bất kỳ rủi ro nào khác đối với tải;
  • Nó rất dễ dàng để ngắt kết nối và loại bỏ một đơn vị, không cần phải tắt nguồn cung cấp và do đó không có thời gian xuống cho tải;
  • Lỗi thành phần trong các hệ thống giả định tải đầy đủ giảm đáng kể vì các thành phần này đã được sử dụng;
  • Sự song song của bộ biến tần làm tăng khả năng xóa lỗi của hệ thống và do đó đảm bảo rằng các mạch ngắn được xóa hiệu quả gấp đôi mà không phải chuyển sang bỏ qua, do đó tránh việc chuyển đổi hoặc vấp ngã không cần thiết của thiết bị chuyển mạch cung cấp. Trong một hệ thống dự phòng song song hai khối, khả năng xóa lỗi một pha được tăng từ khoảng 2,5 lên 5,6 và khả năng xóa lỗi ba pha được tăng từ khoảng 2,1 lên 4,2 In;
  • Khả năng quá tải hệ thống được tăng gấp đôi;
  • Một hệ thống song song cho phép dễ dàng bảo trì mà không cần phải tải bằng nguồn điện, tức là vận hành bỏ qua tĩnh, dẫn đến nguy cơ giảm tải mỗi khi bảo trì được thực hiện trên một hệ thống khối đơn;
  • Một hệ thống dự phòng đảm bảo rằng nếu bất kỳ thiết bị nào bị hỏng, sẽ có đủ năng lực để cung cấp cho tải với nguồn điện liên tục sạch cho đến khi có thể sửa chữa thiết bị bị lỗi;
  • Khả năng tải phi tuyến tính của hệ thống được cải thiện với hệ thống dự phòng song song khi các tụ lọc được nhân đôi, do đó làm cho hệ thống phù hợp hơn để chuyển đổi tải cung cấp điện chế độ, tức là máy tính cũng như tải tạo ra hàm lượng hài hòa cao;
  • Một hệ thống song song với pin chung cho phép khả năng nạp chéo tức là một bộ chỉnh lưu có thể cung cấp hai bộ biến tần.

Phần kết luận

Là người dùng cần có UPS, bạn cần biết về các cấu hình hệ thống UPS khác nhau có sẵn cho bạn. Mặc dù mỗi loại đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng cần được xem xét, một hệ thống song song sẽ cung cấp độ tin cậy tăng lên và đảm bảo nguồn cung cấp không bị gián đoạn cho tải, ngay cả trong quá trình bảo trì.

Post Your Thoughts