通常UPS并機時系統(tǒng)內(nèi)部各個UPS之間采用CAN通信方式。這種通信方式優(yōu)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(jié)點,對于一些典型的應用場合如數(shù)據(jù)中心機房,UPS緊湊擺放構建的并機系統(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(chǎn)生由于并機系統(tǒng)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(xiàn)單機帶載,又要實現(xiàn)120米遠距離的并機應用。
　　
　　現(xiàn)場情況由于船舶產(chǎn)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(huán)流問題、運行在旁路模式下的均流問題、系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(zhàn):
　　
　　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(xiàn)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(zhì)量太差,船舶上有柴發(fā)(船上2個分區(qū),每個分區(qū)兩臺1340kW柴發(fā)并聯(lián))和軸發(fā)(由船舶驅(qū)動轉(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)的方式進行輸出端并聯(lián),在不同工作模式下,會有柴發(fā)、軸發(fā)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(tǒng)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(shù)信息,只需要傳遞UPS的狀態(tài)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(xiàn)創(chuàng)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?，F(xiàn)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(xiàn)多個CAN網(wǎng)絡的透明連接,可以在總線級別實現(xiàn)復雜結構的多點連接,使得主干網(wǎng)絡沒有支線長度限制,網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點可以到達協(xié)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(fā)器,能倍增節(jié)點數(shù)目,因此在提供自由的布線方式的同時,也解除了系統(tǒng)總線上CAN收發(fā)器最大節(jié)點數(shù)驅(qū)動限制;2個光纖端口可使CANHub-AF2S2應用于高干擾現(xiàn)場環(huán)境中,特別是在高壓場合、動力場合等環(huán)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(wǎng)絡工作狀態(tài)。
　　
　　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(zhuǎn)換器1(2)的“CAN總線雙絞線端口”連接。兩個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器RX端口跟另一個CAN光纖轉(zhuǎn)換器TX端口相連。
　　
　　數(shù)據(jù)傳輸時首先將CAN信號轉(zhuǎn)換為光信號,通過長度120m光纖傳輸?shù)搅硪欢?再次轉(zhuǎn)換為標準CAN信號,現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)場的配電系統(tǒng)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(tǒng),同時兩個船艙之間又有聯(lián)動開關,可以將兩個船艙的供電系統(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K1、K2、K3open,UPS1和UPS2都作為單機系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中引入MOB開關信號的方案來實現(xiàn)。

　　如果UPS并機系統(tǒng)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(tài)以及UPS的系統(tǒng)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(tǒng),對該UPS進行開機、關機、轉(zhuǎn)旁路等操作都不會影響并機系統(tǒng)的運行;當輸出mob開關閉合時,UPS偵測到輸出開關已經(jīng)閉合,該UPS即加入到并機系統(tǒng)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(lián)動開關,如圖6所示。

　　甲艙的UPS1配置輸出開關MT3B和聯(lián)動開關G,兩個開關配置的常閉觸點串聯(lián)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(tǒng)。

   同理,乙艙的UPS2配置輸出開關MT4B和聯(lián)動開關H,兩個開關配置的常閉觸點串聯(lián)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(tǒng)。
　　
　　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(tǒng)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(xiàn)了UPS并機系統(tǒng)拆分為獨立的單機系統(tǒng)。
　　
　　當UPS1供電線路異?；騇T3B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?；騇T4B開關斷開時,甲艙和乙艙均由UPS1提供清潔能源。
　　
　　現(xiàn)場按照前期的預定方案進行測試,并機系統(tǒng)的響應符合并機系統(tǒng)的響應邏輯,能夠準確的響應不同狀態(tài)下的操作和轉(zhuǎn)換,而單、并機模式間的相互轉(zhuǎn)換也能正常實現(xiàn),符合客戶的應用需求。
　　
　　2.3并機實際運行狀況
　　
　　柴發(fā)和軸發(fā)以硬并聯(lián)的方式進行輸出端并聯(lián),在不同工作模式下,會有柴發(fā)、軸發(fā)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(huán)流能滿足正常值需求,實際調(diào)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(tǒng)的狀態(tài)信息,最終的均流大小和輸出電壓的波形都達到了常規(guī)并機的效果。

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