(完整版)冗余设计

2024年3月17日发(作者：印象最深刻的人)

引言

不间断供电系统（Uninterruptible Power System，UPS）的出现是为了适应信息社会的到来。为了保证

对重要负载供电的连续性，满足高新技术产品和设备对供电质量提出的越来越严格的技术要求。应用模块化并

联冗余技术的UPS系统进一步提高了对负载供电的可靠性，同时也扩大供电容量,是国内外研究的热门技术。

利用多台UPS模块并联运行，都是以UPS扩容或提高UPS可靠性为目的。不论采用何种并联冗余连接技

术，都是将多台UPS单机的输出端直接进行连接。一般的UPS因为都有逆变供电主回路和旁路供电回路两条

供电回路,所以对负载来说相当于有两个电源.任何两个电源之间的转换开关都是一个单点故障点，即使两个上游

的电源再可靠，只要转换开关一出现故障,都可能造成负载断电，由于这种开关的造价比较高，再加之其它技术

因素,往往不能冗余并联，专门作为一个模块，有较高的可靠性要求.利用静态转换开关（Static Transfer Switch，

STS）统一集中控制并联系统的主-旁路切换功能，实现快速切换和系统保护等一系列控制功能，是比较理想的

控制方案。

本文主要介绍模块化并联冗余UPS系统静态转换开关模块的设计方案，模块控制采用DSP实现。通过设

计和完成一台两路(并联系统输出与旁路）220V单相输入、10kVA/220V单相输出的STS功能样机，验证了该

方案的有效性.

1。并联组合式切换开关结构

目前的静态转换开关大多是采用微处理器数字控制技术的，可以称为数字型静态转换开关（Digital Static

Transfer Switch，DSTS）.目前美国德州仪器(Texas Instruments，TI）公司的TMS320系列DSP已成为中大

功率电力电子应用场合的主流控制芯片，它的突出特点是采用了先进的多总线并行结构和流水线的工作方式，

从而极大地提高了系统的运行速度和数字信号的处理能力。本系统采用的是TMS320LF2407A作为主控DSP

芯片。

静态转换开关包括两类交流切换开关：静态旁路开关和静态并联系统总输出开关。从快速切换的角度出发,

每个切换开关与UPS单机的静态旁路开关结构可以完全一样,采用一对可控硅背靠背连接或直接用三端双向可

控硅器件的可控硅型双向开关结构。但为了增容需要而采用并联冗余结构,在大功率输出的情况下单用可控硅型

STS损耗过大，发热严重，恶劣条件下甚至会导致STS模块的损坏.交流接触器（图1）是继电器型交流切换开

关，可靠闭合后导通阻抗小、损耗小，是理想的交流电路连接方式，但是交流接触器存在与继电器型STS同样

的问题，切换速度较慢，不能实现快速切换。因此采用上述两者并联的结构是比较理想的方案。

图1交流接触器结构简图

此外,在数字控制式STS中，用交流固态继电器（SolidStateRelay，SSR)来替代双向可控硅，可以实现方

便的数字控制。SSR的结构(图2）可以看作是采用光耦隔离控制的双向可控硅，直接使用数字信号就能驱动.

图2交流固态继电器结构简图

SSR切换速度快，便于控制，可直接与数控芯片的I/O口相接；交流接触器虽然切换速度慢，但稳定运行

时导通阻抗小、损耗小，利用中间继电器驱动接触器简单可靠.采用交流接触器与固态继电器并联组合式结构的