CC BY
220
УДК 621.39
Принцип построения источников бесперебойного питания для энергосберегающих систем
В.К. Душин, И.И. Саморуков, Н.Н.Теодорович, В.С. Шупляков
Проведен сравнительный анализ различных схем источников бесперебойного питания, позволяющий оптимизировать проектирование надежной системы резервированного питания.
The comparative analysis of various schemes of sources of the uninterrupted feed is lead, allowing to optimize designing reliable system reserve a feed.
С увеличением потребности в высокоскоростных центрах обработки данных, системах телекоммуникационной связи в реальном масштабе времени и применении систем с непрерывным автоматическим технологическим процессом возрастает потребность в источниках бесперебойного питания (ИБП).
При генерации электроэнергии сигнал имеет классическую синусоидальную форму, однако в тот момент, когда электропитание достигает потребителя, сигнал (и его форма) далеки от идеального. Большинство типов искажений недопустимы, например, значительные провалы напряжения и колебания частоты могут привести к невосполнимым потерям и вызвать повреждение оборудования. Для обработки данных, связанных с выполнением критичных задач, единственным эффективным средством избежать таких колебаний является использование ИБП. Существуют различные схемы резервирования: параллельное резервирование, последовательное резервирование, системы с резервированием шины питания нагрузки, системы с синхронизацией выхода.
Стандартным средством защиты критичной нагрузки являются одномодульные ИБП, построенные по схеме с двойным преобразованием напряжения. Они включают в себя батарейные комплекты, рассчитанные на непродолжительное время работы в автономном режиме (обычно до получаса). Основными элементами таких ИБП являются выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи, зарядное устройство, а также устройства коммутации цепи Bypass (цепь питания нагрузки, идущая в обход схемы двойного преобразования). Одномодульная система отличается высокой надежностью и простотой. Она является оптимальным решением для нагрузок, допускающих кратковременные запланированные отключения при обслуживании ИБП.
В ИБП, построенных по схеме с двойным преобразованием напряжения, существует дополнительный режим работы - Byрass, который заключается в обходе схемы преобразования и питании критичной нагрузки отфильтрованным входным сетевым напряжением. При этом различают автоматический и ручной режимы. Переход к автоматическому режиму обычно выполняется устройством управления ИБП в случае возникновения перегрузки на его выходе или при неполадках в жизненно важных узлах устройства. Таким образом, критичная нагрузка защищается не только от неполадок питающего напряжения, но и от неполадок в самом ИБП. Ручное переключение предусмотрено для проведения сервисного обслуживания ИБП.
В схемах параллельного резервирования (рис. 1.) достигается очень высокая равномерность распределения мощности нагрузки за счет дополнительных цепей синхронизации между соединенными параллельно одноранговыми модулями. Оптоволоконная технология соединения позволяет существенно увеличить помехоустойчивость цепей управления.
Схема с последовательным резервированием (рис. 2) состоит из одного или нескольких основных модулей и одного резервного. Каждый основной модуль работает на собственную нагрузку. Резервный модуль используется в качестве первичного источника питания входов Bypass основных модулей системы.
В случае, изображенном на рис. 2, имеется возможность проводить техническое обслуживание модулей без отключения нагрузки. Эта схема является более надежной по сравнению с одномодульной схемой, а главное ее преимущество заключается в возможности комбинирования модулей различной мощности и производителей.
К недостаткам данной схемы можно отнести
Рис. 1. Схема с параллельным резервированием
большее число автоматических переключателей и защитных автоматов по сравнению с параллельными системами, необходимость в дополнительной цепи коммутации источника питания, высокая стоимость модернизации, ограничение мощности каждого сегмента нагрузки мощностью основного модуля.
Для увеличения надежности системы бесперебойного питания можно применять систему ре-
зервирования шины питания нагрузки, принцип которой заключается в использовании двух независимых систем бесперебойного питания (рис. 3). Мощности каждой из них должно быть достаточно для питания 100% критичной нагрузки. Для повышения надежности рекомендуется подключать их к фидерам независимых трансформаторных подстанций. Нагрузка разбивается на два сегмента, каждый из которых соединен отдельной шиной со своей системой бесперебойного питания.
Преимуществом данной конфигурации является использование двойного выходного фидера в схеме резервирования. Система поддерживает две независимые выходные цепи питания. Схема резервирования непосредственно приближена к нагрузке, и тем самым достигается максимальная надежность системы. Кроме того, появляется возможность технического обслуживания шины питания нагрузки без ее отключения. Существуют также системы с синхронизацией выхода, которые используются для питания нагрузки от двух независимых синхронных фидеров (рис. 4). Отсутствие электрической связи между выходными фидерами обеспечивает полную независимость одной цепи питания от другой в случае возникновения каких-либо проблем в нагрузке. Синхронизация ИБП осуществляется с помощью цепей синхронизации без силового соединения на их выходе. При этом допускается даже подключение ИБП к независимым трансформаторным подстанциям.
Основным преимуществом данной системы является ее экономичность, надежность, удобство обслуживания.
Рис. 2. Схема с последовательным резервированием
Электротехнические и информационные комплексы и системы № 3, т. 3, 2007 г. 25
Выход иР8-модулей
Рис. 3. Система резервирования шины питания нагрузки
Таким образом, при проектировании системы бесперебойного питания необходимо учитывать не только критичность нагрузки к питающему напряжению, но и множество факторов, связанных с простотой конструкции, удобством применения, надежностью и экономичностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Душин В.К., Ильин С.А., Паниткин А.С. Варианты организации систем электропитания вычислительных сетей - Изв. Вузов. Сер. Электротехнические
комплексы и информационные системы, 2005, №1, с. 5 - 9.
2. Душин В.К., Саморуков И.И., Теодорович Н.Н., Феоктистов А.Н. Системы бесперебойного питания локальных вычислительных сетей. - Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2006, т.2, с. 13 - 15.
3. Золотарев С.В., А.В. Фрейдман Системы автоматизации зданий на базе сети ВАСие1 - АВОК, 2003, №5.
Поступила 01. 09. 2007 г.
