12、铁路领域UPS架构分析

铁路领域UPS架构分析

1. 冗余UPS架构概述

在铁路领域，有两种基于模块化和冗余组件的UPS架构被重点关注：
- 系统冗余架构（UPSSR） ：这是意大利铁路系统目前采用的解决方案。它采用1 + 1配置，包含主单元和热备用单元。每个单元都能承担全部负载，包含变压器、装有整流器和逆变器的机柜以及电池组。
- 组件冗余架构（UPSCR） ：这是一种新的提案。它对每个独立组件（不包括变压器）采用n + m冗余配置，即n个主单元和m个热备用单元，总共3(n + m)个单元或模块。各组件的模块化和冗余单元分层部署，并通过智能（同步）开关相互连接。

1.1 工作原理

在正常运行时，热备用单元处于待命状态，直到主单元发生故障。此时，热备用单元会迅速投入使用，替换故障的主单元。当没有冗余的热备用单元来替换故障的主单元时，UPS就会失效，进而导致铁路信号系统故障。

1.2 架构对比

• 组件特性 ：UPSCR中的单个组件（如整流器）与UPSSR中对应的组件在故障率、功耗等方面具有不同的特性。
• 变压器数量 ：UPSCR仅使用一个变压器，相比UPSSR减少了一半的变压器数量，而变压器是主要的功率浪费源。

2. 相关研究

此前有许多关于UPS系统可靠性和架构解决方案的研究，部分研究未针对特定应用场景，部分则聚焦于特定领域（如数据中心）。与本文所研究的意大利铁路信号系统采用的UPSSR和UPSC