通常UPS并機(jī)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)UPS之間采用CAN通信方式。這種通信方式優(yōu)點(diǎn)較多,比如實(shí)時(shí)性高,受干擾概率小,傳輸可靠性高,可以自動(dòng)隔離故障的UPS通信節(jié)點(diǎn),對(duì)于一些典型的應(yīng)用場(chǎng)合如數(shù)據(jù)中心機(jī)房,UPS緊湊擺放構(gòu)建的并機(jī)系統(tǒng)中,使用這種通信連接方式,可靠性和穩(wěn)定性都能得到很好的保障。但是對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,比如在大型工地、大型輪船上的應(yīng)用,UPS之間的擺放距離可能超過(guò)100米,這樣會(huì)導(dǎo)致某一波特率下的信號(hào)傳輸可靠性不夠,容易產(chǎn)生由于并機(jī)系統(tǒng)通信異常導(dǎo)致的供電故障并造成一些不必要的損失。

一、實(shí)際案例分析
　　
　　某大型客滾船項(xiàng)目,需要滿足兩臺(tái)Eaton9395 25KVAUPS在船上安置,一個(gè)帶甲艙,安置在船頭,一個(gè)帶乙艙,安置在船尾,兩臺(tái)UPS既要實(shí)現(xiàn)單機(jī)帶載,又要實(shí)現(xiàn)120米遠(yuǎn)距離的并機(jī)應(yīng)用。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)情況由于船舶產(chǎn)品的特殊要求,與通常遠(yuǎn)距離并機(jī)中遇到的運(yùn)行在逆變模式下的輸出環(huán)流問(wèn)題、運(yùn)行在旁路模式下的均流問(wèn)題、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí)不同步風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題、遠(yuǎn)距離并機(jī)通訊等相比,還有如下更高要求的挑戰(zhàn):
　　
　　1.雖然可以使用Can中繼器完成遠(yuǎn)距離并機(jī)通訊問(wèn)題,但由于受船上條件限制,can走線路徑無(wú)法避免的會(huì)出現(xiàn)類似于CAN-bus總線與電壓變化強(qiáng)烈的供電線路并行走線的情況,這會(huì)大概率增加can通訊故障的風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　2.不同船艙不同的工作需要和目的,需要同時(shí)滿足單機(jī)、并機(jī)間的相互切換工作;
　　
　　3.考慮到船上安全,船廠有增加輸入端三繞組隔離變壓器,輸出端隔離變壓器,然后進(jìn)行并機(jī);
　　
　　4.船舶電源質(zhì)量太差,船舶上有柴發(fā)(船上2個(gè)分區(qū),每個(gè)分區(qū)兩臺(tái)1340kW柴發(fā)并聯(lián))和軸發(fā)(由船舶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸中引出分軸,以利功率回收利用)。柴發(fā)和軸發(fā)以硬并聯(lián)的方式進(jìn)行輸出端并聯(lián),在不同工作模式下,會(huì)有柴發(fā)、軸發(fā)退出和加入的動(dòng)作,這會(huì)引起電源劇烈震蕩。

　　

二、伊頓9395UPS并機(jī)系統(tǒng)解決方案
　　
　　2.1通訊方案介紹
　　
　　EatonUPS專利的Hot-sync熱同步并機(jī)技術(shù),多臺(tái)UPS在并機(jī)時(shí),不需要互相獲取對(duì)方的實(shí)時(shí)頻率、相位、電壓、電流等參數(shù)信息,只需要傳遞UPS的狀態(tài)信息,就能達(dá)到同步并均勻分擔(dān)負(fù)載電流,這為遠(yuǎn)距離UPS并機(jī)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了前提條件。
　　
　　Eaton9395UPS的Can通信波特率為250kps,實(shí)用通信距離最大為70m?，F(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)UPS的并機(jī)距離為120m左右,超過(guò)了Can通信距離,這容易造成通信數(shù)據(jù)丟失,通信異常,因此需要使用中繼設(shè)備來(lái)延長(zhǎng)信號(hào)傳輸距離。本文介紹使用CAN轉(zhuǎn)光纖的設(shè)備CANHub-AF232來(lái)進(jìn)行中繼信號(hào)傳輸,光纖傳輸距離一般是CAN通信線傳輸距離的2倍,并且光纖抗干擾能力強(qiáng)。
　　
　　CANHub-AF2S2能實(shí)現(xiàn)多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的透明連接,可以在總線級(jí)別實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)連接,使得主干網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有支線長(zhǎng)度限制,網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可以到達(dá)協(xié)議距離。該設(shè)備具有4個(gè)通信端口,2個(gè)雙絞線端口都有獨(dú)立的CAN收發(fā)器,能倍增節(jié)點(diǎn)數(shù)目,因此在提供自由的布線方式的同時(shí),也解除了系統(tǒng)總線上CAN收發(fā)器最大節(jié)點(diǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)限制;2個(gè)光纖端口可使CANHub-AF2S2應(yīng)用于高干擾現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中,特別是在高壓場(chǎng)合、動(dòng)力場(chǎng)合等環(huán)境。每個(gè)端口還具備檢測(cè)總線活躍及總線故障指示燈,方便觀察CAN總線網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)。
　　
　　如下圖2使用光纖中繼的方式來(lái)延長(zhǎng)信號(hào)傳輸距離。

　　UPS1(2)分別通過(guò)CAN連接線和CAN光纖轉(zhuǎn)換器1(2)的“CAN總線雙絞線端口”連接。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間通過(guò)單模四芯的光纖線相互連接,必須使CAN光纖轉(zhuǎn)換器RX端口跟另一個(gè)CAN光纖轉(zhuǎn)換器TX端口相連。
　　
　　數(shù)據(jù)傳輸時(shí)首先將CAN信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),通過(guò)長(zhǎng)度120m光纖傳輸?shù)搅硪欢?再次轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)CAN信號(hào),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完全滿足伊頓UPS的并機(jī)通訊要求。
　
　　2.2 單并機(jī)模式自由切換方案
　　
　　傳統(tǒng)的UPS并機(jī)模式一般為容量并機(jī)或是冗余并機(jī),給后端的負(fù)載提供安全保障。而該案例中的船舶上分兩個(gè)艙(甲艙和乙艙),基于安全方面的考量,他們提出了特殊的應(yīng)用需求。將客戶現(xiàn)場(chǎng)的配電系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化,如圖4所示:

　　船舶分兩甲乙兩個(gè)艙,各自有獨(dú)立的配電系統(tǒng),同時(shí)兩個(gè)船艙之間又有聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān),可以將兩個(gè)船艙的供電系統(tǒng)并接在一起,從而提供系統(tǒng)的安全可靠性,具體需求如下:
　　
　　A.當(dāng)K1、K2、K3open,UPS1和UPS2都作為單機(jī)系統(tǒng)分別給甲艙和乙艙供電;　　
　　B.當(dāng)K1、K2、K3closed,UPS1和UPS2作為并機(jī)機(jī)系統(tǒng)一起給甲艙和乙艙供電;　　
　　C.當(dāng)K3閉合,UPS1供電線路異常時(shí),UPS2可以作為單機(jī)同時(shí)給甲艙和乙艙供電;　　
　　D.當(dāng)K3閉合,UPS2供電線路異常時(shí),UPS1可以作為單機(jī)同時(shí)給甲艙和乙艙供電。
　　
　　基于客戶的需求,我們結(jié)合9395系列UPS的功能特點(diǎn),我們通過(guò)在并機(jī)系統(tǒng)中引入MOB開(kāi)關(guān)信號(hào)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　如果UPS并機(jī)系統(tǒng)中每臺(tái)UPS的輸出開(kāi)關(guān)都配置了輸出MOB空開(kāi)常閉輔助觸點(diǎn),9395系列可以將該常閉觸點(diǎn)信號(hào)引入對(duì)應(yīng)的UPS中去,用于偵測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及UPS的系統(tǒng)控制。啟用該功能后,當(dāng)輸出mob開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),UPS偵測(cè)到輸出開(kāi)關(guān)斷開(kāi),該UPS即脫離并機(jī)系統(tǒng),對(duì)該UPS進(jìn)行開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、轉(zhuǎn)旁路等操作都不會(huì)影響并機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行;當(dāng)輸出mob開(kāi)關(guān)閉合時(shí),UPS偵測(cè)到輸出開(kāi)關(guān)已經(jīng)閉合,該UPS即加入到并機(jī)系統(tǒng)中,和其它的UPS一起給后端負(fù)載提供電力保證。
　　
　　確定引入MOB信號(hào)的方案可以滿足客戶的需求后,兩臺(tái)UPS各配置了一個(gè)輸出開(kāi)關(guān)和聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān),如圖6所示。

　　甲艙的UPS1配置輸出開(kāi)關(guān)MT3B和聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)G,兩個(gè)開(kāi)關(guān)配置的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后接入U(xiǎn)PS1,任意一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi),UPS1都能偵測(cè)到MOB開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的信號(hào)而脫離并機(jī)系統(tǒng)。

   同理,乙艙的UPS2配置輸出開(kāi)關(guān)MT4B和聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)H,兩個(gè)開(kāi)關(guān)配置的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后接入U(xiǎn)PS2,任意一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi),UPS2都能偵測(cè)到MOB開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的信號(hào)而脫離并機(jī)系統(tǒng)。
　　
　　基于以上配置,我們預(yù)定的測(cè)試方案如下:
　　
　　當(dāng)開(kāi)關(guān)MT3B、G、H和MT4B均閉合時(shí),甲艙和乙艙由UPS1和UPS2組成的并機(jī)系統(tǒng)提供清潔能源;
　　
　　當(dāng)開(kāi)關(guān)G和H任意一個(gè)或兩個(gè)同時(shí)斷開(kāi)時(shí),甲艙由UPS1提供清潔能源,乙艙由UPS2提供清潔能源,實(shí)現(xiàn)了UPS并機(jī)系統(tǒng)拆分為獨(dú)立的單機(jī)系統(tǒng)。
　　
　　當(dāng)UPS1供電線路異?；騇T3B開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),甲艙和乙艙均由UPS2提供清潔能源。
　　
　　當(dāng)UPS2供電線路異?；騇T4B開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),甲艙和乙艙均由UPS1提供清潔能源。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)按照前期的預(yù)定方案進(jìn)行測(cè)試,并機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)符合并機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)邏輯,能夠準(zhǔn)確的響應(yīng)不同狀態(tài)下的操作和轉(zhuǎn)換,而單、并機(jī)模式間的相互轉(zhuǎn)換也能正常實(shí)現(xiàn),符合客戶的應(yīng)用需求。
　　
　　2.3并機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況
　　
　　柴發(fā)和軸發(fā)以硬并聯(lián)的方式進(jìn)行輸出端并聯(lián),在不同工作模式下,會(huì)有柴發(fā)、軸發(fā)退出和加入,引起電源震蕩,輸入THDV高達(dá)15%以上,UPS前后端均有變壓器,使相位存在差異,難以保證逆變模式下的輸出環(huán)流能滿足正常值需求,實(shí)際調(diào)試中,得益于伊頓Hotsync熱同步并機(jī)技術(shù),能夠準(zhǔn)確及時(shí)的傳遞系統(tǒng)的狀態(tài)信息,最終的均流大小和輸出電壓的波形都達(dá)到了常規(guī)并機(jī)的效果。

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