UPS-y w zastosowaniach specjalnych

Występujące zakłócenia są w praktyce nie do uniknięcia, co w przypadku zasilania wrażliwych odbiorników energii elektrycznej powoduje konieczność stosowania źródeł napięcia gwarantowanego. Układy te mogą być ograniczone do pojedynczego zasilacza UPS lub bardziej rozbudowane. W artykule przedstawione zostaną układy zasilania składające się z kilku pracujących równolegle zasilaczy UPS.

układy równoległe UPS
W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie rynku w zakresie bezprzerwowych zasilaczy UPS dużych mocy pracujących w systemach o zwiększonej niezawodności producenci oferują urządzenia w zakresie mocy od 10 do 800 kVA. UPS-y tego typu mogą pracować równolegle najczęściej do 8 jednostek, zapewniając dostępną moc rzędu kilku MVA [1, 2].

Jednym z powodów budowania układów równoległych UPS jest zwiększenie mocy UPS w sytuacji, gdy moc pojedynczej jednostki jest niewystarczająca. W tym przypadku stosuje się tak zwane jednostki „modularne”, gdzie każdy UPS wyposażony jest w wewnętrzny by-pass elektroniczny oraz układ sterowania umożliwiając pracę samodzielną każdej z jednostek. Często stosuje się również dla całego węzła centralny bypass zewnętrzny, który umożliwia wykorzystanie pełnej mocy układu zasilaczy UPS pracujących równolegle.

W układach równoległych wszystkie jednostki UPS muszą komunikować się ze sobą lub być zarządzane przez jeden wspólny układ sterowania. Zadaniem jego jest [1]:

• utrzymywanie jednakowych napięć, co do wartości i fazy, wytwarzanych przez wszystkie falowniki, przy zasilaniu UPS-a z sieci i przy pracy z baterii,
• kontrola obciążeń poszczególnych jednostek UPS oraz sterowanie nimi, aby wszystkie jednostki były równomiernie obciążone,
• kontrola trybu pracy poszczególnych jednostek UPS (z falownika, czy na by-passie elektronicznym) oraz takie nimi sterowanie, aby we wszystkich jednostkach tryby pracy były jednakowe. Niedopuszczalne jest, aby część jednostek pracowała z falownika, a pozostała część na obejściu – by-pass elektroniczny,
• blokowanie pracy falownika we wszystkich jednostkach UPS, gdy w którymkolwiek z nich zamknięty jest by-pass serwisowy lub gdy zamknięty jest centralny by-pass zewnętrzny.

Z uwagi na wspólny system sterowania jednostkami UPS pracującymi równolegle, liczba tych jednostek w układzie jest ograniczona. Różni producenci stosują własne układy sterowania, stąd różna jest maksymalna dopuszczalna liczba jednostek w układzie równoległym. Na ogół liczba ta zawiera się w przedziale od 4 do 8. Ograniczenie liczby jednostek UPS pracujących równolegle wynika nie tylko z ograniczeń układów sterowania. Powodem tym jest nierównomierność rozpływu prądu w połączonych równolegle jednostkach pracujących na wspólny tor, do którego są przyłączone odbiorniki [1]. Wiadomo bowiem, że nawet przy pozornie identycznych torach pracujących równolegle, rozpływ prądu nie jest równomierny. Aby ograniczyć to zjawisko, wszystkim jednostkom UPS w układzie równoległym należy zapewnić podobne warunki pracy sieciowej. Dlatego wymaga się, aby kable zasilające wszystkie jednostki UPS były tego samego typu, miały jednakowy przekrój oraz jednakową długość. Dotyczy to zarówno obwodów wejściowych, jak i obwodów wyjściowych.

centralny by-pass zewnętrzny
Centralny by-pass zewnętrzny w układach pracujących równolegle UPS-ów może być zamknięty tylko wtedy, gdy wszystkie jednostki UPS pracują na układach by-pass wewnętrznych. W układzie sterowania z by-passem zewnętrznym powinna być zastosowana blokada uniemożliwiająca zamknięcie tego by-passu, gdy przynajmniej jeden z UPS-ów pracuje z falownika. Po zamknięciu układu zewnętrznego by-pass musi być przesłana informacja o tym fakcie do wszystkich jednostek UPS, co w konsekwencji powoduje zablokowanie we wszystkich UPS-ach pracy z falownika.