一种UPS电源的冗余备用系统及冗余备用方法与流程
本技术涉及ups电源领域，具体来讲涉及一种ups电源的冗余备用系统及冗余备用方法。
背景技术：
1、芯片厂对生产线供电连续性和可靠性要求极高，而关键设备电力供应中断和电能质量异常是导致停机事故的重要原因，因此，在芯片厂中大量使用柴油发电机组和ups来防止电力供应中断和提升电能质量。考虑到芯片厂对供电连续性和可靠性的要求，采用双变换ups系统，并需要冗余备用。
2、ups系统冗余设计通常有并联式冗余ups系统和串联式冗余ups系统两种方案。
3、串联式冗余ups系统由两个或多个单机ups系统组成，一台单机ups作为备机，其负载侧接入主用ups的静态旁路，当主用ups的整流逆变回路发生故障时，主用ups将自动切换到静态旁路，由备用ups向负载提供电源。串联式冗余ups系统没有公共的负载侧母线，单机ups的负载侧母线发生故障时影响范围仅局限于本机所供电的设备，供电系统可靠性高；串联式冗余ups系统易实现后期改造，不同型号、不同容量的ups都可以组成该系统；主用ups与备用ups可以分开维护，可以确保维护时负载仍受ups保护。串联式冗余ups系统也可以形成“n+1串联式冗余系统”，在备用ups的负载侧设置一个公共的旁路电源母线，通过该母线向主用ups的旁路供电。n+1串联式冗余系统可以通过增加主用ups数量达到扩大输出容量的目的，由于主用ups的电源侧和负载侧配电母线均只考虑单机ups的容量，在目前市场主流的ups容量下（单机ups容量≤1250kva），无需考虑低压配电系统的主母线容量限制。由于备用ups一般只为一台主用ups做备用，因此当一台主用ups转换到旁路时，通常需要断开其他主用ups的旁路与备用ups之间的连接。与并联式冗余ups系统不同，当市电失电时，电池续航时间为所有主用ups电池组的累加时间。
4、当负载容量需求较大时，比如某12英寸芯片厂需求的ups容量为50mva以上，需求的ups主机数量将较多，同时，需要的ups电源侧配电变压器数量也较多，为了使单台备用ups为更多主用ups提供备用，需要构造新的技术方案。
技术实现思路
1、因此，为了解决上述问题，本发明在此提供一种ups电源的冗余备用系统，以解决有多台ups时，单台备用ups可为多台ups提供备用。
2、本发明是这样实现的，构造一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：该系统包括备用ups电源侧低压配电柜（1）、备用ups及其电池组（2）、备用ups负载侧低压配电柜（3）、主用ups电源侧低压配电柜（4）、主用ups及其电池组（5）、主用ups负载侧低压配电柜（6）、1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1b#变压器低压侧配电柜水平母线（8）、2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2b#变压器低压侧配电柜水平母线（10）、旁路电源母线（11）、1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、2a#变压器低压侧配电柜内断路器a（18）、1b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）、主用ups外部维修旁路母线（25）、备用ups外部维修旁路母线（26）；
3、所述备用ups电源侧低压配电柜（1）包含备用ups电源侧低压配电柜内断路器a（15）；
4、所述备用ups及其电池组（2）包含备用ups的整流逆变回路（27）、备用ups的静态旁路（28）和备用ups的电池组；
5、所述备用ups负载侧低压配电柜（3）包含备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）、备用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（17）；
6、所述主用ups电源侧低压配电柜（4）包含主用ups电源侧配电柜内检同期装置（12）、主用ups电源侧低压配电柜内整流逆变侧断路器c（20）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器a（21）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）；
7、所述主用ups及其电池组（5）包含主用ups的整流逆变回路（29）、主用ups的静态旁路（30）和主用ups的电池组；
8、所述主用ups负载侧低压配电柜（6）包含主用ups负载侧配电柜内检同期装置（13）、主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（22）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）；
9、所述ups为双变换方式，包含整流逆变回路和静态旁路，当整流逆变回路故障时，能通过静态开关自动切换到静态旁路，，切换时不会导致负载失电；也当整流逆变回路故障排除时，能通过静态开关从静态旁路自动切换到整流逆变回路，切换时不会导致负载失电；
10、所述检同期装置，检测两个采样点电源之间的电压差、频率差、相位差，当电压差、频率差、相位差满足预设条件时，输出检同期通过的信号；
11、1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1b#变压器低压侧配电柜水平母线（8）、2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2b#变压器低压侧配电柜水平母线（10）位于ups的电源侧；备用ups电源侧低压配电柜（1）位于备用ups及其电池组（2）的电源侧；备用ups负载侧低压配电柜（3）、主用ups电源侧低压配电柜（4）、旁路电源母线（11）位于备用ups及其电池组（2）的负载侧；主用ups电源侧低压配电柜（4）位于主用ups及其电池组（5）的电源侧；主用ups负载侧低压配电柜（6）位于主用ups及其电池组（5）的负载侧；旁路电源母线（11）位于备用ups负载侧低压配电柜（3）的负载侧；旁路电源母线（11）位于主用ups电源侧低压配电柜（4）的电源侧；
12、1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）与备用ups电源侧低压配电柜（1）之间采用电缆连接；备用ups电源侧低压配电柜（1）与备用ups及其电池组（2）之间采用电缆连接；备用ups及其电池组（2）与备用ups负载侧低压配电柜（3）之间采用电缆连接；备用ups负载侧低压配电柜（3）与旁路电源母线（11）之间采用电缆连接；旁路电源母线（11）与主用ups电源侧低压配电柜（4）之间采用电缆连接；主用ups电源侧低压配电柜（4）与主用ups及其电池组（5）之间采用电缆连接；主用ups及其电池组（5）与主用ups负载侧低压配电柜（6）之间采用电缆连接；2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）与主用ups电源侧低压配电柜（4）之间采用电缆连接；2b#变压器低压侧配电柜水平母线（10）与主用ups电源侧低压配电柜（4）之间采用电缆连接；
13、各断路器在低压配电柜内固定，并采用铜排与配电柜内的铜排连接；
14、主用ups电源侧配电柜内检同期装置（12）、主用ups负载侧配电柜内检同期装置（13）固定在低压配电柜内，并采用铜芯绝缘电线与采样点连接；
15、所述1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1b#变压器低压侧配电柜水平母线（8）、2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2b#变压器低压侧配电柜水平母线（10）均处于带电状态。
16、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：可以人工操作，也可以为提高自动化程度以防止误操作、提高运维效率，可设置辅助自动控制系统。
17、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：主用ups的旁路进线侧分别从变压器低压侧配电柜和备用ups的负载侧配电母线引来电源。
18、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：在主用ups的静态旁路和维修旁路的电源侧，有从变压器引来的电源与从备用ups引来的电源两个电源，并且从变压器引来的电源与从备用ups引来的电源之间设置检同期装置；使得在检同期通过时，可以先投入从备用ups引来的电源后切断从变压器引来的电源，也可以先投入从变压器引来的电源后切断从备用ups引来的电源，从而使两个电源相互切换时ups的静态旁路和维修旁路不断电。
19、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：备用ups的主路电源与旁路电源采用同一电源线路。
20、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：在主用ups负载侧低压配电柜中具有从主用ups引来的电源与从主用ups外部维修旁路母线引来的电源两个电源，并且从主用ups引来的电源与从主用ups外部维修旁路母线引来的电源之间设置检同期装置；使得在检同期通过时，可以先投入从主用ups引来的电源后切断从主用ups外部维修旁路母线引来的电源，也可以先投入从主用ups外部维修旁路母线引来的电源后切断从主用ups引来的电源，从而使两个电源相互切换时主用ups负载侧低压配电柜的负载侧不断电。
21、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：正常情况下，主用ups通过整流逆变回路向负载供电，当其整流逆变回路故障时，ups将通过静态开关自动转换至静态旁路由变压器供电至负载，当变压器引来的电源与从备用ups引来的电源之间达到同期条件时，可以切换至备用ups供电至负载，切换过程中负载不断电。
22、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：当主用ups可以投入使用时，主用ups的静态旁路先投入运行，之后将通过静态旁路自动转换至整流逆变回路供电至负载，然后断开与主用ups外部维修旁路母线的连接，切换过程中负载不断电。
23、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：当主用ups及备用ups均需退出运行时，从变压器低压侧直接供电至负载，切换过程中负载不断电。
24、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：当主用ups退出运行，备用ups可以恢复运行时，从变压器低压侧直接供电至负载切换为由备用ups供电至负载，切换过程中负载不断电。
25、根据本技术所述一种ups电源的冗余备用系统：在主用ups供电给负载时主用ups的整流逆变回路投入运行，在备用ups供电给负载时备用ups的整流逆变回路投入运行，两种运行工况负载均有整流逆变回路供电。
26、一种ups电源的冗余备用方法，其特征在于：实现过程为：
27、方式1：以备用ups0与主用upsn2之间切换为例，从主用ups供电至负载切换为备用ups供电至负载的流程为：初始状态为ups0状态正常且处于热备状态、且备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）为合闸状态、且主用ups的整流逆变回路（29）处于工作状态并输出电力、且主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a （22）位置电流大于零，此时电源经2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2a#变压器低压侧配电柜内断路器a（18）、主用ups电源侧低压配电柜内整流逆变侧断路器c（20）、主用ups的整流逆变回路（29）、主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（22）供电至负载；当upsn2计划检修或故障时，需要进行切换时，且1b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）位置检测到无流后，1b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）执行断开动作；主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）合闸；确认upsn2旁路电源电压及频率正常后，主用ups的整流逆变回路（29）执行关闭动作，upsn2从主用ups的整流逆变回路（29）自动切换至主用ups的静态旁路（30）供电；确认主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）位置三相有电流、且主用ups负载侧配电柜内检同期装置（13）检同期通过时，主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）执行合闸动作；确认主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）电流大于零后，主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a （22）执行断开动作；此时原由upsn2供电的负载由ups0供电，完成主用ups供电至负载切换为备用ups供电至负载的流程；此时，电源经1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、备用ups电源侧低压配电柜内断路器a（15）、备用ups的整流逆变回路（27）、备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）、旁路电源母线（11）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载；
28、方式2：以备用ups0与主用upsn2之间切换为例，从备用ups供电至负载切换为主用ups供电至负载的流程为：初始状态为备用ups的整流逆变回路（27）处于工作状态并输出电力、且通过主用ups外部维修旁路母线（25）给负载供电、且主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）为合闸状态、且主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）为合闸状态、且备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）为合闸状态、且主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（22）为分闸状态、且主用ups的整流逆变回路（29）为关闭状态，此时电源经1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、备用ups电源侧低压配电柜内断路器a（15）、备用ups的整流逆变回路（27）、备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）、旁路电源母线（11）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载；当upsn2检修完成或故障排除时，需要进行切换时，且主用ups的静态旁路（30）投入运行，当主用ups负载侧配电柜内检同期装置（13）检同期通过时，主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a （22）执行合闸动作；主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）执行分闸动作；确认且主用ups的整流逆变回路（29）电源侧电源电压及频率正常后，且主用ups的整流逆变回路（29）执行投入运行动作，upsn2从主用ups的静态旁路（30）自动切换至且主用ups的整流逆变回路（29）供电；确认主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）位置三相无电流时，主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）执行分闸动作；2b#变压器低压侧配电柜内断路器a （19）执行合闸动作，此时原由ups0供电的负载由upsn2供电，完成备用ups供电至负载切换为主用ups供电至负载的流程，此时，电源经2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2a#变压器低压侧配电柜内断路器a （18）、主用ups电源侧低压配电柜内整流逆变侧断路器c（20）、且主用ups的整流逆变回路（29）、主用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（22）供电至负载；
29、方式3：当upsn2的整流逆变回路已退出运行并且由ups0提供电源时，若此时ups0也因故需要退出运行，操作流程为：初始状态为：1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）为合闸状态、备用ups电源侧低压配电柜内断路器a（15）为合闸状态、备用ups的静态旁路（28）投入运行、备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）为合闸状态、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）为合闸状态，主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）为合闸状态，电源经1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、备用ups电源侧低压配电柜内断路器a（15）、备用ups的静态旁路（28）、备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）、旁路电源母线（11）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载；当需要进行切换时，备用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b （17）执行合闸操作，备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）执行分闸操作，当主用ups电源侧配电柜内检同期装置（12）检同期通过时，2b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）执行合闸动作，然后主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）执行分闸动作，ups0关机退出运行；此时，电源经2b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）、主用ups电源侧低压配电柜（4）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载；
30、方式4：当upsn2的整流逆变回路已退出运行并且方式3中ups0的故障排除后需要重新投入运行时，操作流程为：初始状态为2b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）处于合闸状态，主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）处于分闸状态，主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）处于合闸状态，ups0已关机退出运行，电源经2b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）、主用ups电源侧低压配电柜（4）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载；当需要进行切换时，ups0开机，ups0整流逆变回路备用ups的整流逆变回路（27）投入运行，备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a （16）执行合闸操作，当主用ups电源侧配电柜内检同期装置（12）检同期通过时，主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）执行合闸操作，2b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）执行分闸操作；此时，电源经1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、备用ups电源侧低压配电柜内断路器a （15）、备用ups的整流逆变回路（27）、备用ups负载侧低压配电柜内ups输出侧断路器a（16）、旁路电源母线（11）、主用ups电源侧低压配电柜内静态旁路侧断路器b（24）、主用ups外部维修旁路母线（25）、主用ups负载侧低压配电柜内维修旁路侧断路器b（23）供电至负载。
31、本发明具有如下优点：本发明专利公开一种ups电源的冗余备用系统及冗余备用方法，该系统包括变压器、ups主机、低压配电柜、低压断路器、密集母线、检同期装置、辅助控制系统。该系统没有公共的负载侧母线，单机ups的负载侧母线发生故障时影响范围仅局限于本机所供电的设备，供电系统可靠性高；该系统易实现后期改造，不同型号、不同容量的ups都可以组成该系统；主用ups与备用ups可以分开维护，可以确保维护时负载仍受ups保护。由于芯片厂建设完成后，随着产能爬坡用电负荷陆续增加，以及后期工艺改造提升的陆续需求，在需要对ups系统扩容时，不同型号、不同容量的ups均可接入原有冗余系统。采用plc搭建辅助控制系统，很大程度上避免了误操作事故的发生，提升了操作、运维的智能化程度。主用ups的旁路电源引自市电及备用ups的负载侧，在主用ups均正常时，备用ups不带载，故备用ups损耗很低。ups系统的可维护性和故障容限得到明显提高。
技术特征：
1.一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：该系统包括备用ups电源侧低压配电柜（1）、备用ups及其电池组（2）、备用ups负载侧低压配电柜（3）、主用ups电源侧低压配电柜（4）、主用ups及其电池组（5）、主用ups负载侧低压配电柜（6）、1a#变压器低压侧配电柜水平母线（7）、1b#变压器低压侧配电柜水平母线（8）、2a#变压器低压侧配电柜水平母线（9）、2b#变压器低压侧配电柜水平母线（10）、旁路电源母线（11）、1a#变压器低压侧配电柜内断路器a（14）、2a#变压器低压侧配电柜内断路器a（18）、1b#变压器低压侧配电柜内断路器a（19）、主用ups外部维修旁路母线（25）、备用ups外部维修旁路母线（26）；
2.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：主用
3.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：在主用ups的静态旁路和维修旁路的电源侧，有从变压器引来的电源与从备用ups引来的电源两个电源，并且从变压器引来的电源与从备用ups引来的电源之间设置检同期装置；使得在检同期通过时，可以先投入从备用ups引来的电源后切断从变压器引来的电源，也可以先投入从变压器引来的电源后切断从备用ups引来的电源，从而使两个电源相互切换时ups的静态旁路和维修旁路不断电。
4.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：在主用ups负载侧低压配电柜中具有从主用ups引来的电源与从主用ups外部维修旁路母线引来的电源两个电源，并且从主用ups引来的电源与从主用ups外部维修旁路母线引来的电源之间设置检同期装置；使得在检同期通过时，可以先投入从主用ups引来的电源后切断从主用ups外部维修旁路母线引来的电源，也可以先投入从主用ups外部维修旁路母线引来的电源后切断从主用ups引来的电源，从而使两个电源相互切换时主用ups负载侧低压配电柜的负载侧不断电。
5.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：正常情况下，主用ups通过整流逆变回路向负载供电，当其整流逆变回路故障时，ups将通过静态开关自动转换至静态旁路由变压器供电至负载，当变压器引来的电源与从备用ups引来的电源之间达到同期条件时，可以切换至备用ups供电至负载，切换过程中负载不断电。
6.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：当主用ups可以投入使用时，主用ups的静态旁路先投入运行，之后将通过静态旁路自动转换至整流逆变回路供电至负载，然后断开与主用ups外部维修旁路母线的连接，切换过程中负载不断电。
7.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：当主用ups及备用ups均需退出运行时，从变压器低压侧直接供电至负载，切换过
8.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：当主用ups退出运行，备用ups可以恢复运行时，从变压器低压侧直接供电至负载切换为由备用ups供电至负载，切换过程中负载不断电。
9.根据权利要求1所述一种ups电源的冗余备用系统，其特征在于：在主用ups供电给负载时主用ups的整流逆变回路投入运行，在备用ups供电给负载时备用ups的整流逆变回路投入运行，两种运行工况负载均有整流逆变回路供电。
10.一种ups电源的冗余备用方法，其特征在于：实现过程为：
技术总结
本发明公开了一种UPS电源的冗余备用系统及冗余备用方法，该系统包括备用UPS电源侧低压配电柜、备用UPS及其电池组、备用UPS负载侧低压配电柜、主用UPS电源侧低压配电柜、主用UPS及其电池组、主用UPS负载侧低压配电柜、1A#变压器低压侧配电柜水平母线、1B#变压器低压侧配电柜水平母线、旁路电源母线、主用UPS电源侧配电柜内检同期装置、主用UPS负载侧配电柜内检同期装置。可以搭建辅助控制系统，可以在很大程度上避免误操作事故的发生，提升了操作、运维的智能化程度。系统的可维护性和故障容限得到明显提高。本申请以解决有多台UPS时，单台备用UPS可为多台UPS提供备用。
技术研发人员：刁先强,廖金华,张懿,林晨
受保护的技术使用者：信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23