并联逆变电源系统在通信信息网络中的应用

1 概 述

　　1.1 基本情况

　　随着中国平煤神马能源化工集团有限责任公司（简称中平能化）通信信息网络的发展，其IT 系统规模越来越大，信息网络系统越来越复杂，与之相应的对交流不间断供电的可靠性、灵活性、智能化、免维护的要求越来越高。

　　在2006年前，信息系统主要以UPS或单机式逆变器提供不间断的交流电源。传统的不间断电源在应用中存在一定的缺陷，具体表现为以下几方面：

　　（1）单个模块输出电流有限，负载接得多时容易旁路；（2）一旦单个模块出现问题，容易造成设备停机，影响系统运行；（3）布线复杂，一台模块的交直流线及保护地线都要布放，维护不变；（4）单个模块适应小容量的负载设备，而在设备集中的地方，负载大，则不适于应用；（5）无网管功能，不易于集中维护。

　　1.2 并联逆变电源技术的发展

　　由于计算机控制技术的进步，带动了逆变电源技术的发展，电源厂家研制开发了（N+X）热插拔模块并联逆变电源，这种电源系统已经非常成熟、可靠；在国际国内各类通信信息网络系统已大量应用了这种更科学的不间断电源的供电方案。

　　2 并联逆变电源的技术原理

　　2.1 工作原理

　　并联逆变电源系统是工作在在线式的并联逆变电源系统，系统有直流输入和交流输入。正常运行时，并联逆变模块将直流电压通过高频功率变换产生高品质的交流正弦波电压，1~20个并联逆变模块可以通过灵活组合，构成需要的容量要求，构成n+1,…，n+m并联冗余系统，向负载供电。

　　并联逆变智能化电源产品，采用了无主从控制方式的数字相位同步锁定技术，系统完全自主均流，可在线热插拔以增加或减少并机模块，实现（N+X）热插拔并联冗余。

　　当某一模块故障，故障模块即自动退出，并发出报警，而剩余模块自动均分负载，系统照常运行。同时，市电作为备份的旁路电源，一旦需要设备检修和其它用途，静态开关模块不间断的将负载切换到市电上去。

　　工作完毕，负载被不间断的切换到并联逆变模块上供电。

　　2.2 系统组成

　　本文以DND19并联逆变电源系统为例，说明其组成情况。

　　DND19并联逆变电源系统由DND19-3 kVA 并联逆变模块、DK04S型监控模块、STS静态开关模块和交直流配电单元等组成一个完整的逆变电源系统。

　　DND19并联逆变电源系统中的DND19-3 kVA并联逆变模块和监控模块均采用单片机控制，并通过监控模块监控并联逆变电源系统的运行状态。监控模块上的RS232通信口可与本地或远程计算机通信，实现集中监控。计算机后台软件将并联逆变电源系统的运行和告警情况按时形成文件存入相应的子目录，供随时查阅和打印。

　　并联逆变电源系统框图如图1所示。

 

 

图1 DND19并联逆变电源系统构成框图

　　2.3 模块功能

　　各模块功能如下：

　　（1）DND19-3 kVA并联逆变模块功能

　　DND19-3 kVA并联逆变模块将-40~-57 V范围内变化的直流输入电压，通过高频功率变换，产生高品质的220 V/50 Hz纯正正弦波输出，并联逆变模块间通过并机母线交换信息，可以实现多达20个并联逆变模块的直接并联，构成n+1,…，n+m 并联冗余系统。模块间自动锁相，无主均流。如果系统有旁路市电输入，并联系统可以和市电锁相，保证并联逆变输出与旁路市电间的不间断切换。

　　（2）DK04S型监控模块功能

　　DK04S型监控模块是DND19并联逆变电源系统的监测和控制单元。模块采用新型MCU 控制，主要完成以下功能：

　　a.并联逆变电源系统工作参数的测量与显示，系统工作参数的设定。通过液晶屏可以显示并联逆变电源系统的参数有：直流输入电压，交流输入电压、频率，交流输出电压、电流和频率。通过监控模块前面板上的键盘可以分别对上述参数的上下限进行设定。

　　b.并联逆变电源系统工作状态的显示，并提供节点信号。监控模块提供四个发光二极管指示灯，分别指示逆变系统的工作状态：逆变、旁路、过载和故障。

　　外送的继电器节点信号有：逆变、旁路、过载和故障。

　　c.根据系统的工作情况，控制静态开关模块的工作状态是逆变主用还是市电主用。同时保证逆变和市电旁路之间实现不间断切换。

　　d.RS232接口通信功能的实现。通过监控模块后部的RS232接口，可以实现与计算机的远程通信。与DND19并联逆变电源系统监控软件或其它集中监控软件配合，可以实现遥测、遥信和遥控功能。

　　（3）STS静态开关模块功能

　　STS静态开关模块是DND19并联逆变电源系统的重要组成部分。完成的主要功能是旁路市电和并联逆变交流电之间的不间断切换。模块采用先进的控制策略和可靠的可控硅器件，保证切换的平稳可靠。静态开关模块必须与监控模块配合使用，才能实现并联逆变电源系统与旁路市电的不间断倒换功能。逆变过载倒旁路的倒换时间为零；并联逆变电源系统故障倒旁路的最大倒换时间小于7 ms.

　　2.4 系统特点

　　（1）DND19-3 kVA并联逆变模块采用高频功率变换技术设计，体积小、功率密度高、运行稳定可靠，可广泛应用于各个领域；（2）用于大容量的数据通信站，支持负载量大，一套最大能支持近200 A的交流负载的使用；（3）根据不同负载量的大小，可配置适量的模块，节约成本投资；（4）输出交流电压波动范围窄，适合负载的有效工作运转。

　　3 工程设计及施工

　　3.1 设计原则

　　（1）并联逆变电源系统适合IT系统集中的数据机房，且有较大容量的整流电源系统，后备电池组至少在2 000 Ah以上的通信站；（2）适合相对集中的小区，而且布放小区的ONU宽窄带设备或数据交换设备的电源集中供电的中型以上通信基站；（3）并联逆变电源的工作方式以在线式为好，不论市电停电与否，系统不存在工作模式的转换；（4）设备各类输入输出及地线要按终期负载需求容量来配置线材，保证截面通过的最大电流值，电缆一律采用阻燃型线路；（5）并联系统所接的交流电源系统的防雷设备，要严格按照防雷规范敷设，以防设备遭雷击或高压电冲击。

　　3.2 设备选型与配置

　　设备选型一般根据机房通信电源电压级别来选择。我公司各通信基站全部是-48 V 电源系统，因此，使用的逆变电源系统多为48 V逆变系统。如果有24 V电源系统也可选相应的逆变模块。

　　设备配置除了一般逆变电源模块以及必要的交流输出单元配置外，静态旁路模块及监控模块以及必要的交流输出单元最好都要配置，保证系统的稳定可靠。

　　3.3 工程施工要求

　　（1）安装场所要求

　　为确保并联逆变电源系统正常工作，将逆变模块系统安装在通风顺畅的场所，且易于配电；环境干净且无尘埃污染，环境温度为20℃左右，相对湿度不超过80%;无腐蚀性物质；地面承重每平方500 kg.

　　（2）输入直流配电要求

　　输入直流配电对于容量不同的系统有所不同。输入不同规格直流电压，要在监控模块设定，注意直流输入接线时正负极性。

　　（3）交流输入配电要求

　　交流输入采用单相三线制，紧急旁路开关在逆变系统正常运行时处于断开位置，只有在系统维护时才使用，此时接通紧急旁路开关，交流市电直接旁路给负载供电，然后再关闭交流输入和直流输入对系统进行维护和检修，而对负载供电不会中断。

　　（4）输出交流配电要求

　　交流输出为单相三线制，输出L,N,PE.交流输入、输出的零线N接在一根汇流排上；保护地PE接在一起。

　　（5）开启前的检查要求

　　检查系统电源电极内连接是否正确无误，系统开启前，还要详细检查所有的端子外接线连接牢固；单独开启每个模块，检查运行情况，地址码是否正确，有无报警状态。其它请阅随设备所带的《逆变电源系统操作规程》。

　　本逆变器静态旁路输入端应采用有良好接地的220 V50 Hz的交流电，设备的安装须由专业人员安装。安装人员必须根据技术标准和当地电气规范，对用户方的电缆、断路器、负载进行*估，核实输入、输出和接地连接正确。

　　4 日常维护注意的问题

　　对于日常维护管理工作应把握以下三点：

　　4.1 技术人员综合素质的提高

　　在工作中，技术人员通过对故障的处理、分析和技术钻研，积极参与各类的技术交流会，以及厂家提供的专门培训课，来不断提高对并联逆变电源专业知识的学习；思想上，高度认识电源供给的电流是各IT信息系统正常运行的基础，是各系统的"血液",只有不间断供给"血液",才能保证整个IT 系统应用提供良好的平台，服务社会。

　　4.2 建立完善的周期检查项目

　　做好并联逆变电源的维护工作，需要建立一个较完善的周期测试计划，主要对以下项目进行科学合理制订测试计划：

　　（1）定时巡检设备，观察工作环境，如温度、湿度等；（2）测量交直流输入电压，检查接地是否牢固等情况；（3）不要让逆变器超载工作，避免火灾及电击事故发生，如超载要及时补充模块等；（4）定期清洁模块内积尘，及时修理故障模块；（5）正确的参数设置，增加或减少模块要及时修改参数；（6）定期检查负载线路有没有短路、老化现象，以免引起电源故障。

　　4.3 主管部门管理措施到位

　　主管部门建立健全运行及维护管理制度，明确职责，采用有效技术措施。平常对于逆变电源维护管理工作要做到规范化、制度化和周期化，才能保证电源维护工作有效进行。日常管理工作，既要监督检查，又要技术指导，从思想上、行动上，技术上等多个层面引导技术人员上标准岗，干标准活，避免停电事故和火灾事故的发生。

　　5 应用推广情况

　　中平能化专用通信信息网现已用并联逆变电源系统8套，配置3 kVA模块60多个，分布在6个EPON通信系统覆盖的智能化小区和2个中心级IT机房，实现了集中供电和分区供电相结合的原则，确保电话通信系统和数据网络设备可靠稳定运行；最近在中平能化公司新址又新上的1套18 kVA系统，也将于近段时间投入运行。