通常UPS并機時系統內部各個UPS之間采用CAN通信方式。這種通信方式優點較多,比如實時性高,受干擾概率小,傳輸可靠性高,可以自動隔離故障的UPS通信節點,對于一些典型的應用場合如數據中心機房,UPS緊湊擺放構建的并機系統中,使用這種通信連接方式,可靠性和穩定性都能得到很好的保障。但是對于一些特殊的應用場合,比如在大型工地、大型輪船上的應用,UPS之間的擺放距離可能超過100米,這樣會導致某一波特率下的信號傳輸可靠性不夠,容易產生由于并機系統通信異常導致的供電故障并造成一些不必要的損失。

一、實際案例分析
　　
　　某大型客滾船項目,需要滿足兩臺Eaton9395 25KVAUPS在船上安置,一個帶甲艙,安置在船頭,一個帶乙艙,安置在船尾,兩臺UPS既要實現單機帶載,又要實現120米遠距離的并機應用。
　　
　　現場情況由于船舶產品的特殊要求,與通常遠距離并機中遇到的運行在逆變模式下的輸出環流問題、運行在旁路模式下的均流問題、系統轉換時不同步風險問題、遠距離并機通訊等相比,還有如下更高要求的挑戰:
　　
　　1.雖然可以使用Can中繼器完成遠距離并機通訊問題,但由于受船上條件限制,can走線路徑無法避免的會出現類似于CAN-bus總線與電壓變化強烈的供電線路并行走線的情況,這會大概率增加can通訊故障的風險。
　　
　　2.不同船艙不同的工作需要和目的,需要同時滿足單機、并機間的相互切換工作;
　　
　　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,然后進行并機;
　　
　　4.船舶電源質量太差,船舶上有柴發(船上2個分區,每個分區兩臺1340kW柴發并聯)和軸發(由船舶驅動轉軸中引出分軸,以利功率回收利用)。柴發和軸發以硬并聯的方式進行輸出端并聯,在不同工作模式下,會有柴發、軸發退出和加入的動作,這會引起電源劇烈震蕩。

　　

二、伊頓9395UPS并機系統解決方案
　　
　　2.1通訊方案介紹
　　
　　EatonUPS專利的Hot-sync熱同步并機技術,多臺UPS在并機時,不需要互相獲取對方的實時頻率、相位、電壓、電流等參數信息,只需要傳遞UPS的狀態信息,就能達到同步并均勻分擔負載電流,這為遠距離UPS并機的實現創造了前提條件。
　　
　　Eaton9395UPS的Can通信波特率為250kps,實用通信距離最大為70m。現場兩臺UPS的并機距離為120m左右,超過了Can通信距離,這容易造成通信數據丟失,通信異常,因此需要使用中繼設備來延長信號傳輸距離。本文介紹使用CAN轉光纖的設備CANHub-AF232來進行中繼信號傳輸,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。
　　
　　CANHub-AF2S2能實現多個CAN網絡的透明連接,可以在總線級別實現復雜結構的多點連接,使得主干網絡沒有支線長度限制,網絡中任意兩個節點可以到達協議距離。該設備具有4個通信端口,2個雙絞線端口都有獨立的CAN收發器,能倍增節點數目,因此在提供自由的布線方式的同時,也解除了系統總線上CAN收發器最大節點數驅動限制;2個光纖端口可使CANHub-AF2S2應用于高干擾現場環境中,特別是在高壓場合、動力場合等環境。每個端口還具備檢測總線活躍及總線故障指示燈,方便觀察CAN總線網絡工作狀態。
　　
　　如下圖2使用光纖中繼的方式來延長信號傳輸距離。

　　UPS1(2)分別通過CAN連接線和CAN光纖轉換器1(2)的“CAN總線雙絞線端口”連接。兩個轉換器之間通過單模四芯的光纖線相互連接,必須使CAN光纖轉換器RX端口跟另一個CAN光纖轉換器TX端口相連。
　　
　　數據傳輸時首先將CAN信號轉換為光信號,通過長度120m光纖傳輸到另一端,再次轉換為標準CAN信號,現場測試完全滿足伊頓UPS的并機通訊要求。
　
　　2.2 單并機模式自由切換方案
　　
　　傳統的UPS并機模式一般為容量并機或是冗余并機,給后端的負載提供安全保障。而該案例中的船舶上分兩個艙(甲艙和乙艙),基于安全方面的考量,他們提出了特殊的應用需求。將客戶現場的配電系統進行簡化,如圖4所示:

　　船舶分兩甲乙兩個艙,各自有獨立的配電系統,同時兩個船艙之間又有聯動開關,可以將兩個船艙的供電系統并接在一起,從而提供系統的安全可靠性,具體需求如下:
　　
　　A.當K1、K2、K3open,UPS1和UPS2都作為單機系統分別給甲艙和乙艙供電;　　
　　B.當K1、K2、K3closed,UPS1和UPS2作為并機機系統一起給甲艙和乙艙供電;　　
　　C.當K3閉合,UPS1供電線路異常時,UPS2可以作為單機同時給甲艙和乙艙供電;　　
　　D.當K3閉合,UPS2供電線路異常時,UPS1可以作為單機同時給甲艙和乙艙供電。
　　
　　基于客戶的需求,我們結合9395系列UPS的功能特點,我們通過在并機系統中引入MOB開關信號的方案來實現。

　　如果UPS并機系統中每臺UPS的輸出開關都配置了輸出MOB空開常閉輔助觸點,9395系列可以將該常閉觸點信號引入對應的UPS中去,用于偵測開關狀態以及UPS的系統控制。啟用該功能后,當輸出mob開關斷開時,UPS偵測到輸出開關斷開,該UPS即脫離并機系統,對該UPS進行開機、關機、轉旁路等操作都不會影響并機系統的運行;當輸出mob開關閉合時,UPS偵測到輸出開關已經閉合,該UPS即加入到并機系統中,和其它的UPS一起給后端負載提供電力保證。
　　
　　確定引入MOB信號的方案可以滿足客戶的需求后,兩臺UPS各配置了一個輸出開關和聯動開關,如圖6所示。

　　甲艙的UPS1配置輸出開關MT3B和聯動開關G,兩個開關配置的常閉觸點串聯后接入UPS1,任意一個開關斷開,UPS1都能偵測到MOB開關斷開的信號而脫離并機系統。

   同理,乙艙的UPS2配置輸出開關MT4B和聯動開關H,兩個開關配置的常閉觸點串聯后接入UPS2,任意一個開關斷開,UPS2都能偵測到MOB開關斷開的信號而脫離并機系統。
　　
　　基于以上配置,我們預定的測試方案如下:
　　
　　當開關MT3B、G、H和MT4B均閉合時,甲艙和乙艙由UPS1和UPS2組成的并機系統提供清潔能源;
　　
　　當開關G和H任意一個或兩個同時斷開時,甲艙由UPS1提供清潔能源,乙艙由UPS2提供清潔能源,實現了UPS并機系統拆分為獨立的單機系統。
　　
　　當UPS1供電線路異常或MT3B開關斷開時,甲艙和乙艙均由UPS2提供清潔能源。
　　
　　當UPS2供電線路異常或MT4B開關斷開時,甲艙和乙艙均由UPS1提供清潔能源。
　　
　　現場按照前期的預定方案進行測試,并機系統的響應符合并機系統的響應邏輯,能夠準確的響應不同狀態下的操作和轉換,而單、并機模式間的相互轉換也能正常實現,符合客戶的應用需求。
　　
　　2.3并機實際運行狀況
　　
　　柴發和軸發以硬并聯的方式進行輸出端并聯,在不同工作模式下,會有柴發、軸發退出和加入,引起電源震蕩,輸入THDV高達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流能滿足正常值需求,實際調試中,得益于伊頓Hotsync熱同步并機技術,能夠準確及時的傳遞系統的狀態信息,最終的均流大小和輸出電壓的波形都達到了常規并機的效果。

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