（一）UPS的概念
普通定義：UninterruptablePowerSupply
專(zhuān)家認(rèn)為：UPS應(yīng)該為UnintenuptablePowerSystem，即是一個(gè)高可靠、高性能、高度自動(dòng)化的供電中心。
UPS是UninterruptablePowerSupply的簡(jiǎn)稱，也就是不間斷電源。它的出現(xiàn)與最早應(yīng)用，是為某些重要部門(mén)電網(wǎng)掉電時(shí)的持續(xù)供電提供保障。但是，電子信息產(chǎn)業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)供電質(zhì)量不斷提出了更新更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算機(jī)故障中，有50一70%的原因是電源故障造成的。這些電源故障包括電網(wǎng)電壓過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)跌落、失壓和故障停電等由于電源環(huán)境、設(shè)備以及傳輸系統(tǒng)，乃至自然環(huán)境造成的各種干擾。在這些故障中，電網(wǎng)完全掉電僅占百分之幾，在大城市以及供電環(huán)境較好的地區(qū)，應(yīng)以幾次/年計(jì)，但是在有代表性的場(chǎng)所，計(jì)算機(jī)遭受的電網(wǎng)和傳輸系統(tǒng)的干擾，幅度在幾十伏的可達(dá)每日數(shù)次之多，所以UPS不再僅僅是為完全掉電提供后備電源的設(shè)備，而應(yīng)為各種電源問(wèn)題提供解決方案。
假設(shè)你是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理員或系統(tǒng)管理員，理解網(wǎng)絡(luò)不間斷并不難，然而很多情況下，沒(méi)有意識(shí)到的電源問(wèn)題可能會(huì)使你的系統(tǒng)出現(xiàn)各種無(wú)法解決的困難，甚至于崩潰。系統(tǒng)的可用性至關(guān)重要，而作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行基礎(chǔ)的電源的可靠性自然成為首先考慮的問(wèn)題。同時(shí)，電源的智能監(jiān)控與管理在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代不可或缺。單純的提供不間斷供電已經(jīng)不能滿足要求。
專(zhuān)家認(rèn)為UPS可以改為UnintenuptablePowerSystem的簡(jiǎn)稱，也就是說(shuō)，UPS，特別是大中型UPS，它已經(jīng)不僅僅是一臺(tái)簡(jiǎn)單的不停電供電整機(jī)產(chǎn)品，隨著UPS技術(shù)的發(fā)展和成熟，它將成為一個(gè)中型的或者說(shuō)局部的高可靠、高性能、高度自動(dòng)化的供電申心。它的功能應(yīng)該包括我們傳統(tǒng)概念上的以下環(huán)節(jié)和內(nèi)容:
第一，主機(jī)運(yùn)行高效、高可靠，能在各種復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，輸出能全面地高質(zhì)量地滿足各種負(fù)載的要求。
第二，有很強(qiáng)的可用性和可維護(hù)性，有高度智能化的自析功能狀態(tài)顯示、報(bào)警、狀態(tài)記錄和通訊功能，甚至有環(huán)境監(jiān)測(cè)功能。
第三，有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能，也就是說(shuō)，它不僅向直接由它供電的硬件設(shè)備提供可靠的保護(hù)，還應(yīng)該向它們所運(yùn)行的軟件提供保護(hù)，UPS可配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件，SNMP(網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)管理器，有遠(yuǎn)程管理能力，用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)之間的監(jiān)控。
（二）不間斷電源UPS供電原理
它由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開(kāi)關(guān)和蓄電池組組成。平時(shí)，市電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鳎瑢?duì)蓄電池浮充電，同時(shí)經(jīng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流純凈的電源供重要負(fù)載，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。當(dāng)市電因故停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到蓄電池組，蓄電池放電，經(jīng)逆變器對(duì)重要設(shè)備供電。
UPS的不間斷特性，體現(xiàn)在其轉(zhuǎn)換時(shí)間工作程序上，當(dāng)市電與逆變器進(jìn)行切換時(shí)，其控制系統(tǒng)會(huì)適時(shí)地檢測(cè)市電的同步范圍，在市電不超限時(shí)，逆變器實(shí)現(xiàn)“先通后斷”的供電，從而保證了供電系統(tǒng)的“不間斷切換”。
（三）UPS電源的技術(shù)性能
UPS電源的技術(shù)性能隨使用要求的不同而不同，主要技術(shù)性能包括以下幾個(gè)方面。
1.在線式
特點(diǎn):
• 雙逆變器
• 輸出電性能指標(biāo)高
• 輸入端AC-DC變換器是整流電路，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾公害
• 兩個(gè)變換器始終在100%負(fù)載功率下工作，整機(jī)效率低，輸出能力有局限，可靠性一般
• 市電－電池轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出電壓沒(méi)有切換時(shí)間
功能說(shuō)明
• 市電正常時(shí)，市電經(jīng)過(guò)AC-DC和DC一AC兩次變換后向負(fù)載供電
• DC一AC隨時(shí)在監(jiān)測(cè)并參與對(duì)輸出電壓的調(diào)整，是在線式工作
• 市電掉電后，電池通過(guò)DC一AC逆變器向負(fù)載繼續(xù)供電
• 當(dāng)負(fù)載過(guò)載或逆變器故障時(shí)，市電轉(zhuǎn)旁路維持向負(fù)載供電
在線式原理
除了基本供電電路為電池逆變器電路外，基本原理圖與后備式相同。無(wú)論交流輸入電源是否正常，均通過(guò)逆變器電路提供電源輸出。交流輸入電源中斷時(shí)不需要切換，不存在轉(zhuǎn)為電池供電的切換時(shí)間。在電池逆變器出現(xiàn)故障或者逆變器內(nèi)部失靈時(shí)，都需要切換為旁路供電。由于在正常工作情況下，整流器和逆變器都要消耗一定的功率，因此這種類(lèi)型UPS的效率要比后備式低。無(wú)論是在線還是電池供電，在線式UPS的電源輸出來(lái)自于逆變器，可以提供近乎理想化的電源，頻率和電壓的穩(wěn)定性優(yōu)于其它類(lèi)型。
圖中電路各環(huán)節(jié)功能如下：
整流器：該整流器為AC-DC單向變換，當(dāng)市電存在時(shí);它完成對(duì)電池的充電，并通過(guò)逆變器向負(fù)載供電。
逆變器：該逆變器為DC-AC單向逆變，當(dāng)市電存在時(shí)，它從整流器取得功率后再送到輸出端，并保證向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源，當(dāng)市電掉電時(shí)，由電池通過(guò)逆變器向負(fù)載供電旁路開(kāi)關(guān)：平時(shí)處在斷電狀態(tài)，當(dāng)主電路發(fā)生故障，或者當(dāng)負(fù)載有沖擊性（例如啟動(dòng)負(fù)載時(shí))時(shí)，逆變器停止輸出，旁路開(kāi)關(guān)接通，由電網(wǎng)直接向負(fù)載供電，旁路開(kāi)關(guān)多為智能型的功率容量很強(qiáng)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
雙逆變?cè)诰€式UPS的性能特點(diǎn)如下：
因?yàn)椴还苁须娪袩o(wú)，負(fù)載的全部功率都由逆變器輸出，所以可以向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源，例如輸出電壓穩(wěn)定精度、頻率穩(wěn)定度、輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)、波形失真度等指標(biāo)，都是比較高的市電掉電時(shí)，輸出電壓不受任何影響，沒(méi)有轉(zhuǎn)換時(shí)間，因?yàn)闊o(wú)論市電有無(wú)，全部負(fù)載功率都由逆變器供出，UPS的功率余量有限，輸出能力不理想，所以對(duì)負(fù)載提出限制條件，例如輸出電流峰值系數(shù)(一般只達(dá)到3:1)、過(guò)載能力：輸出功率因數(shù)一般為0.8。整流電路對(duì)電網(wǎng)形成電流諧波干擾，輸出功率因數(shù)低，諧波電流成份在30%左右，而輸入功率因數(shù)只有0.8左右，在市電存在時(shí)，由于兩個(gè)逆變器都承擔(dān)100%的負(fù)載功率，所以整機(jī)效率低，80KVA以下的UPS為80%左右，80KVA的可達(dá)85－90%，100KVA以下的可達(dá)90-92%。
所以在線式能夠確保輸出高可靠性、高質(zhì)量電源。在DSP數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)字并聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)、電池管理技術(shù)、電源保護(hù)技術(shù)等方面技術(shù)先進(jìn)，性能可靠。
2.高效數(shù)字功率器件PIGBT技術(shù)
采用先進(jìn)的高效數(shù)字功率器件PIGBT作為逆變功率器件，其性能及可靠性高于上一代的功率器件IGBT，提高了逆變器的可靠性和處理速度，其逆變效率高達(dá)98%～99%，熱功耗極低。諧波分量小于1.5%，使輸出波形更好，對(duì)負(fù)載或接地系統(tǒng)等不會(huì)造成干擾。
3.DSP技術(shù)和SMD電氣集成模塊
采用數(shù)字控制技術(shù)取代傳統(tǒng)的模擬控制。DSP數(shù)據(jù)處理技術(shù)的處理速度是傳統(tǒng)微處理器的12倍，并使硬件線路更為簡(jiǎn)化、可靠性更高、瞬態(tài)反映能力更強(qiáng)。電路板采用仿真設(shè)計(jì)和表面安裝焊接技術(shù)，使整機(jī)散熱性好，可靠性更高。
4.電池保護(hù)功能
安全防護(hù)電池包括2、6、12V的通用型、深放電型、高比能型、快速充電型、循環(huán)耐久型等系列蓄電池產(chǎn)品。電池具有充放電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、過(guò)流及限流保護(hù)功能，可防止用戶因電池過(guò)放電而造成電池永久性損害，防止過(guò)充電而造成電池壽命的減短；欠壓預(yù)警功能可及時(shí)通知用戶進(jìn)行相關(guān)處理，以免造成大的損失；控制系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)置定期電池自檢功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障電池，避免系統(tǒng)故障造成的危害，并可實(shí)現(xiàn)在線更換電池。
5.靈活可靠的并聯(lián)技術(shù)
采用數(shù)字模塊式環(huán)路直接并聯(lián)技術(shù)，能夠有效的抑制并機(jī)中的環(huán)流，可以在UPS不斷電的情況下實(shí)現(xiàn)并機(jī)擴(kuò)容或維修，可以實(shí)現(xiàn)不同功率的UPS直接并聯(lián)。
6.通信及監(jiān)控功能
較強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能是指UPS可以采用于接點(diǎn)、JBUS或SITEMONITOR軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及模擬控制或集中遙測(cè)遙控。可以利用Intranet、Internet來(lái)監(jiān)控UPS，每個(gè)UPS在網(wǎng)絡(luò)中有自己的IP地址，可以通過(guò)WEB測(cè)覽器來(lái)監(jiān)控，采用的協(xié)議可以是TCP/IP、SNMP、HTTP和JAVA。
7.高可靠性
UPS單機(jī)平均無(wú)故障時(shí)間都在MTBF>35萬(wàn)h，并獲得ISO9001國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)證書(shū)，干擾標(biāo)準(zhǔn)等證書(shū)。
8.散熱系統(tǒng)
機(jī)房UPS是最大的噪聲源，采用冗余式智能風(fēng)扇調(diào)速散熱系統(tǒng)，則微處理器可以依據(jù)內(nèi)部溫度及輸出功率大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到降低噪聲、延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命及節(jié)省能源的目的。
9.控制和診斷監(jiān)控系統(tǒng)
智能化UPS應(yīng)具有專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷軟件。當(dāng)UPS某一部分出現(xiàn)異常后，該系統(tǒng)能迅速對(duì)故障進(jìn)行診斷、推理，判明故障部位，通過(guò)顯示器給操作者或維修工程師指示，判明故障性質(zhì)，以便快速修復(fù)。同時(shí)還可自動(dòng)記錄信息，生成信息檔案，便于用戶更好使用。
10.其他
除了上述功能外，還有主/從容錯(cuò)雙處理器并行控制技術(shù)、過(guò)載能力和抗短路保護(hù)功能、UPS的非線性帶載能力、多種啟動(dòng)方式、多種輸入/輸出模式、寬電壓輸入、可靠的旁路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、綠色環(huán)保、正面維修、雷電保護(hù)等，是針對(duì)不同產(chǎn)品所具有的不同功能。此外，大容量的UPS配12脈沖整流器，能夠進(jìn)一步降低輸入諧波分量；內(nèi)置輸出隔離變壓器，采用零線及火線均隔離的隔離技術(shù)，可以進(jìn)一步提高對(duì)負(fù)載的保護(hù)，有效地隔離零線的干擾，提高UPS系統(tǒng)的適應(yīng)性等，都是UPS產(chǎn)品近幾年來(lái)的先進(jìn)實(shí)用技術(shù)。
(四）UPS供電方案設(shè)計(jì)
很多設(shè)計(jì)工程師都試圖設(shè)計(jì)出完美無(wú)暇的UPS解決方案為關(guān)鍵負(fù)載提供支持，不過(guò)他們的設(shè)計(jì)方案往往不一定涉及到設(shè)計(jì)方案的可用性范圍。例如，并聯(lián)冗余、串聯(lián)冗余、分布式冗余、熱連接、熱同步、多路并聯(lián)總線、雙系統(tǒng)以及故障預(yù)警系統(tǒng)等，這些都是設(shè)計(jì)工程師或制造商賦予不同配置方案的名稱。這些名稱的問(wèn)題對(duì)于不同的用戶，它們可能具有不同的含義，可以存在很多種解釋方式。雖然目前市場(chǎng)上的UPS配置名目繁多且差別甚大，但最常用的不外乎5種。這5種方案包括:①容量；②串聯(lián)冗余；③并聯(lián)冗余；④分布式冗余；⑤雙系統(tǒng)。
選擇系統(tǒng)配置方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載的關(guān)鍵程度而定。此外，還要考慮停機(jī)所帶來(lái)的影響以及公司的風(fēng)險(xiǎn)承受能力，這樣才能更好地找到合適的系統(tǒng)配置方案。
下面我們介紹如何為特定應(yīng)用環(huán)境選擇恰當(dāng)?shù)呐渲梅桨傅囊恍┲笇?dǎo)方針。
1.可用性、等級(jí)和成本
1）可用性
數(shù)據(jù)處理中心日益增長(zhǎng)的可用性需求，推動(dòng)著UPS配置的不斷發(fā)展?！翱捎眯浴奔措娫幢３止╇姴⒄＿\(yùn)行以支持關(guān)鍵負(fù)載的時(shí)間百分比估算值，如同其它任何模型一樣，為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，必須對(duì)模型做出一些假設(shè)。
2）等級(jí)
一切UPS系統(tǒng)(以及配電設(shè)備)都需要定期進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)配置的可用性一方面取決于配置不受設(shè)備故障干擾的水平，另一方面取決于執(zhí)行正常維護(hù)和例行測(cè)試以保證關(guān)鍵負(fù)載供電的能力。
3）成本
配置的可用性等級(jí)越高，其成本也越高。該成本指的是建造一間新的數(shù)據(jù)機(jī)房所需的成本。因此，其中不僅包括UPS結(jié)構(gòu)的成本，還包括數(shù)據(jù)機(jī)房的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施(NCPI)的成本。后者包括發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)裝置、制冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、活動(dòng)地板、機(jī)架、照明設(shè)施、物理空間和整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試成本。這些只是前期成本，還不包括運(yùn)營(yíng)成本，如維護(hù)成本等。在計(jì)算上述成本時(shí)，我們假設(shè)每個(gè)機(jī)柜平均占地面積為2.79m2，且功率密度范圍為每機(jī)柜2.3kW至3.8kW。如果分擔(dān)成本的設(shè)備占地面積增大，每機(jī)架的成本也將隨之降低。
說(shuō)明:在UPS設(shè)計(jì)配置的計(jì)算過(guò)程中，通常采用字母"N"來(lái)指代UPS設(shè)計(jì)記置。例如，并聯(lián)冗奈系統(tǒng)也稱作N+1設(shè)計(jì)，而雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以用2N來(lái)表示。"N"可以簡(jiǎn)單地定義為關(guān)鍵負(fù)載的"need(需求)"。換而言之，應(yīng)滿足所保護(hù)設(shè)備供電量的電源表亡。我們可以用RAID（獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列）系統(tǒng)等IT設(shè)備來(lái)解釋"N"的用途。例如，如果存儲(chǔ)容量需要4個(gè)磁盤(pán)，且RAID系統(tǒng)正好包含4個(gè)磁盤(pán)也稱4個(gè)磁盤(pán)，則稱這是一個(gè)"N"設(shè)計(jì)。反之，如果RAID系統(tǒng)統(tǒng)有5個(gè)磁盤(pán)，而存儲(chǔ)容量只需要4個(gè)磁盤(pán)，則稱為"N+1"設(shè)計(jì)。
一直以來(lái)，在規(guī)劃關(guān)鍵負(fù)載電源時(shí)，必須充分考慮以后的發(fā)展，以使UPS系統(tǒng)可以為負(fù)載提供10或15年的支持。事實(shí)證明，按照這一原則進(jìn)行規(guī)劃是很困難的。20世紀(jì)90年代，為便于提供討論框架并比較各種設(shè)施，曾提出了"瓦特。平方面積"的概念。但由于人們對(duì)"平方面積"的含義無(wú)法達(dá)成共識(shí)，這種電源設(shè)計(jì)指標(biāo)造成了很多誤解。近來(lái)，伴隨著技術(shù)精簡(jiǎn)的大趨勢(shì)，人們逐漸采用"瓦特/機(jī)柜"的概念來(lái)表示系統(tǒng)容量。
事實(shí)證明，由于單位空間內(nèi)的機(jī)架數(shù)量很容易統(tǒng)計(jì)，因此這種度量方式的準(zhǔn)確性更高。無(wú)論如何選擇負(fù)載方式，有一點(diǎn)很重要，那就是應(yīng)當(dāng)從一開(kāi)始便選擇好配置方案，使設(shè)計(jì)過(guò)程沿著正確的方向進(jìn)行。
如今，涌現(xiàn)出了許多可擴(kuò)展的模塊化UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而可以使UPS容量隨著IT需求的增長(zhǎng)而擴(kuò)大。
2.單系統(tǒng)或"N"系統(tǒng)
簡(jiǎn)而言之，單系統(tǒng)(N系統(tǒng))是指由單個(gè)UPS模塊或容量與關(guān)鍵負(fù)載規(guī)劃容量相等的一組并聯(lián)UPS模塊構(gòu)成的系統(tǒng)。迄今為止，這種類(lèi)型的系統(tǒng)是UPS行業(yè)中使用最為廣泛的配置。辦公桌下的小型UPS也屬于單系統(tǒng)。同樣，對(duì)于規(guī)劃設(shè)計(jì)容量為400kW，面積為450m2的計(jì)算機(jī)房，如果采用單個(gè)400kW的UPS或在公共總線上采用兩個(gè)并聯(lián)的200kW的UPS，那么也屬于單系統(tǒng)。因此，可以將單系統(tǒng)視作關(guān)鍵負(fù)載供電的最低要求。
雖然上述兩例均可視為單系統(tǒng)，但其中的UPS模塊設(shè)計(jì)卻有所不同。與小型UPS不同，超出單相容量大約為20kW的系統(tǒng)都設(shè)置有內(nèi)部靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)，以便在UPS模塊出現(xiàn)內(nèi)部問(wèn)題時(shí)，將負(fù)載安全地轉(zhuǎn)換到市電。UPS到靜態(tài)旁路的轉(zhuǎn)換點(diǎn)是經(jīng)過(guò)制造商的仔細(xì)選取，以便為關(guān)鍵負(fù)載提供最妥善的保護(hù)，同時(shí)也保護(hù)UPS模塊本身不會(huì)受到損害。下面舉例說(shuō)明了這些保護(hù)措施中的一種措施:在三相UPS應(yīng)用中，模塊通常都具有額定過(guò)載能力指標(biāo)。該指標(biāo)通常的一種表述形式為"模塊將承載125%的額定負(fù)載達(dá)10分鐘"。因此，一旦負(fù)載達(dá)到額定值的125%，模塊將啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)程序，其內(nèi)部時(shí)鐘將開(kāi)始倒數(shù)10分鐘。10分鐘后，如果負(fù)載仍未恢復(fù)到正常水平，則模塊會(huì)將負(fù)載安全地轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路。啟用旁路的情況還有很多種，UPS模塊的規(guī)格說(shuō)明中會(huì)對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)闡述。
擴(kuò)充單系統(tǒng)的一種方式是為系統(tǒng)提供維修或外部旁路。若采用維修旁路，那么在需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以將整個(gè)UPS系統(tǒng)(模塊和靜態(tài)旁路)安全地關(guān)閉。維修旁路與UPS共用一個(gè)配電盤(pán)，并且與UPS輸出端直接相連。當(dāng)然，正常情況下這條電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，僅當(dāng)UPS模塊轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路時(shí)才合上。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須采取某些措施以防止當(dāng)UPS末轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路時(shí)，維修旁路電路接通。如果安裝正確，維修旁路可確保UPS模塊安全運(yùn)行而無(wú)需擔(dān)心負(fù)載停機(jī)，因而是系統(tǒng)中一個(gè)極為重要的組件。
大多數(shù)單系統(tǒng)配置，尤其是低于100kW的配置，都用于對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)無(wú)特殊要求的建筑環(huán)境中。建筑物的電力系統(tǒng)一般都采用"N"配置，因此，單系統(tǒng)配置剛好可滿足這種情況。圖3-1顯示了常用的單模塊UPS系統(tǒng)配置。
(1)優(yōu)點(diǎn)如下。
●設(shè)計(jì)概念簡(jiǎn)單，硬件配置成本低廉。
●由于UPS工作于滿負(fù)荷條件下，因而其效率最高。
●具備高于市電的可用性。
●如果電力需求增長(zhǎng)，可進(jìn)行擴(kuò)展(可以同時(shí)配置多UPS設(shè)備，根據(jù)供應(yīng)商或制造商的不同，可以并聯(lián)多達(dá)8個(gè)額定值相同的UPS模塊)。
(2)缺點(diǎn)如下。
●可用性有限，因?yàn)槿绻鸘PS模塊出現(xiàn)故障，負(fù)載將轉(zhuǎn)換到旁路供電，從而處于無(wú)保護(hù)電源下。
●在UPS、電池或下游設(shè)備維護(hù)期間，負(fù)載處于無(wú)保護(hù)電源下(通常，這種情況每年至少會(huì)發(fā)生一次，而且往往會(huì)持續(xù)2～4小時(shí))。
●缺乏冗余，限制了在UPS發(fā)生故障時(shí)對(duì)負(fù)載的保護(hù)能力。
●存在多個(gè)單故障點(diǎn)，這意味著系統(tǒng)的可靠性由其最薄弱的環(huán)節(jié)決定。
3.串聯(lián)冗余
串聯(lián)冗余配置有時(shí)也稱為"N+l"系統(tǒng)，不過(guò)，它與通常情況下用N+l表示的并聯(lián)冗余配置截然不同。串聯(lián)冗余設(shè)計(jì)概念既不需要并聯(lián)總線，也不要求模塊的容量必須相同，甚至不要求模塊來(lái)自同一個(gè)制造商。在該配置中，正常情況下由一個(gè)主要的或主UPS模塊為負(fù)載供電。同時(shí)，一個(gè)串聯(lián)的或輔助的UPS為主UPS模塊的靜態(tài)旁路供電。該配置要求主UPS模塊的靜態(tài)旁路具有單獨(dú)的輸入電路，這種方式可以在保留現(xiàn)有UPS的情況下，對(duì)之前的無(wú)冗余配置進(jìn)行擴(kuò)充，以獲得一定程度的冗余。圖3-2顯示了串聯(lián)冗余UPS配置。
在正常運(yùn)行條件下，主UPS模塊將承擔(dān)起全部關(guān)鍵負(fù)載的供電，串聯(lián)模塊不承擔(dān)任何負(fù)載。一旦主模塊負(fù)載轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路上，串聯(lián)模塊將即刻接受主模塊的全部負(fù)載。因此，必須仔細(xì)選取串聯(lián)模塊，以確保它能夠迅速承擔(dān)起負(fù)載。如果它不能完成該任務(wù)，它自身或許可以轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路，但這樣一來(lái)，便便得該配置方案所提供的冗余保護(hù)消失殆盡。
對(duì)于這兩個(gè)模塊而言，只需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到另一個(gè)模塊，便可輕松提供服務(wù)。由于輸出線路仍存在單故障點(diǎn)，因此，維護(hù)旁路仍然是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)功能。整個(gè)系統(tǒng)每年需要停機(jī)2～4小時(shí)，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)。雖然該配置方案的可靠性提高了，但往往卻被開(kāi)關(guān)裝置及相關(guān)控件的復(fù)雜性所抵銷(xiāo)。
(1)優(yōu)點(diǎn)如下。
●產(chǎn)品的選擇很靈活，可以混用不同制造商或不同型號(hào)的產(chǎn)品。
●具備UPS容錯(cuò)功能。
●對(duì)于雙模塊系統(tǒng)而言，相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。
(2)缺點(diǎn)如下。
●依賴于主模塊靜態(tài)旁路是否能從冗余模塊正確接收電力。
●如果電流超出逆變器的容量，則要求兩個(gè)UPS模塊的靜態(tài)旁路都必須能正常運(yùn)行。
●主UPS模塊轉(zhuǎn)換到旁路時(shí)，輔助UPS模塊必須能夠處理突然出現(xiàn)的負(fù)載變化。(由于輔助UPS往往長(zhǎng)期工作在0%負(fù)載的條件下，并非所有UPS模塊都能執(zhí)行該任務(wù)，因此旁路模塊的選擇至關(guān)重要。
●開(kāi)關(guān)裝置及相關(guān)組件不僅復(fù)雜，而且昂貴。由于為保持電源不間斷而設(shè)置的輔助UPS長(zhǎng)期工作于0%的負(fù)載情況下，因而運(yùn)營(yíng)成本提高了。
●這種雙模塊系統(tǒng)(一個(gè)主模塊，一個(gè)輔助模塊)至少需要一個(gè)電路斷電器，以便在市電與作為旁路電源的另一個(gè)UPS之間進(jìn)行選擇。這比只包含一條公共負(fù)載總線的系統(tǒng)要復(fù)雜得多。
●每個(gè)系統(tǒng)一條負(fù)載總線，因而存在單點(diǎn)故障。
（3）并聯(lián)冗余或"N+1"系統(tǒng)
在并聯(lián)冗余配置方案中，當(dāng)單個(gè)UPS模塊出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)需將關(guān)鍵負(fù)載轉(zhuǎn)換到市電，所有UPS的用途都在于保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載不受市電變化及斷電的影響。隨著數(shù)據(jù)重要程度的提高以及風(fēng)險(xiǎn)承受能力的降低，轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路和維護(hù)旁路的觀念已逐漸被淘汰。但N+l系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍需靜態(tài)旁路，而且大多數(shù)N+l系統(tǒng)都具有維護(hù)旁路，因?yàn)樗鼈內(nèi)云鹬e足輕重的作用。
在并聯(lián)冗余配置方案中，多個(gè)并聯(lián)的容量相同的UPS模塊共用一條輸出總線。如果備用的供電量至少等于一個(gè)系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)稱為N+l冗余；如果各用的供電量等于兩個(gè)系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)為N+2冗余，以此類(lèi)推。并聯(lián)冗余系統(tǒng)要求采用同一制造商生產(chǎn)的相同容量的UPS模塊，UPS模塊制造商還可以提供系統(tǒng)并聯(lián)電路板。并聯(lián)電路板可能包含與各個(gè)UPS模塊相通的邏輯電路，且各個(gè)UPS模塊之間也相互連接，以產(chǎn)生完全同步的輸出電壓。并聯(lián)總線應(yīng)具備監(jiān)控功能，以顯示系統(tǒng)負(fù)載以及系統(tǒng)的電壓與電流特征。此外，并聯(lián)總線還必須能顯示并聯(lián)總線上的模塊數(shù)量，以及需要多少模塊才能保證系統(tǒng)冗余。一條公共總線上可以并聯(lián)的UPS模塊的數(shù)量存在一個(gè)邏輯上限，對(duì)于不同的UPS制造商而言，該最大值也不同。在正常運(yùn)行條件下，并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)中的UPS模塊均勻分?jǐn)傟P(guān)鍵負(fù)載容量。如果從并聯(lián)總線上取下一個(gè)模塊進(jìn)行維修(或如果某個(gè)模塊因內(nèi)部故障而停機(jī))，則剩下的UPS模塊必須立即分擔(dān)起發(fā)生故障的UPS模塊的負(fù)載。由于有了此項(xiàng)功能，因此可以從總線中取下任意一個(gè)模塊進(jìn)行修理，而無(wú)需將關(guān)鍵負(fù)載直接連接到市電。
單系統(tǒng)示例中面積為450m2的數(shù)據(jù)機(jī)房，如果采用該方案，則需要2個(gè)400kW的UPS模塊，或3個(gè)200kW的UPS模塊并聯(lián)在一條公共輸出總線上以提供冗余。并聯(lián)總線的設(shè)計(jì)容量為系統(tǒng)的非冗余容量，因此，包含2個(gè)400kW模塊的系統(tǒng)，其并聯(lián)總線的額定容量為400kW。在N+l系統(tǒng)配置方案中，UPS容量可以隨負(fù)載的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)設(shè)置容量升級(jí)機(jī)制，以便當(dāng)容量百分比達(dá)到某個(gè)水平時(shí)，就訂購(gòu)新的冗余模塊。因?yàn)槟承︰PS模塊的交貨時(shí)間可能需要幾周甚至幾個(gè)月，且UPS容量越大，安裝新UPS模塊的難度越大。大型的UPS模塊重達(dá)上干千克，需要特殊的傳動(dòng)裝置才能將它們安置就位，UPS房間中通常會(huì)為這種大型模塊預(yù)留位置。由于將大型UPS模塊安放在任何房間中都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，這種部署必須進(jìn)行周密規(guī)劃。
在設(shè)計(jì)冗余UPS系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)效率是一個(gè)應(yīng)當(dāng)著重考慮的重要因素。一般而言，負(fù)載較輕的UPS模塊的效率要低于負(fù)載接近于其額定容量的UPS模塊。表中顯示了為240KW負(fù)載供電時(shí)，采用不同容量UPS模塊的系統(tǒng)的負(fù)載分配情況，可以看出，為特定應(yīng)用環(huán)境所選的模塊大小會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率。低負(fù)載情況下任何特定UPS的效率因制造商而異，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查。
圖3-3顯示了一個(gè)典型的雙模塊并聯(lián)冗余配置?？梢钥闯?，盡管該系統(tǒng)提供了單個(gè)UPS模塊故障保護(hù)功能，但在并聯(lián)總線中仍存在單故障點(diǎn)。與單系統(tǒng)配置方案一樣，為了斷開(kāi)并聯(lián)總線以進(jìn)行定期維護(hù)，在設(shè)計(jì)該方案時(shí)也應(yīng)看重考慮維護(hù)旁路電路。
1)優(yōu)點(diǎn)如下。
●由于在一個(gè)UPS模塊出現(xiàn)故障時(shí)有其它冗余容量可用，因此該方案的可用性要高于單系統(tǒng)配置。
●可根據(jù)電力需求的增長(zhǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，在同一裝置中可以同時(shí)配置多個(gè)單元設(shè)備。
●硬件的布置不僅設(shè)計(jì)概念簡(jiǎn)單，而且成本相對(duì)低廉。
2)缺點(diǎn)如下。
●兩個(gè)或多個(gè)模塊必須采用相同的設(shè)計(jì)、相同的制造商、相同的額定值以及相同的技術(shù)與配置。
●UPS系統(tǒng)的上游與下游仍存在單點(diǎn)故障。
●在UPS、電池或下游設(shè)備維護(hù)期間，負(fù)載處于無(wú)保護(hù)電源下(通常這種情況每年至少會(huì)發(fā)生一次，而且往往會(huì)持續(xù)2一4小時(shí))。
●由于各個(gè)UPS設(shè)備的利用率均低于l00%，因此運(yùn)營(yíng)效率較低。
●每個(gè)系統(tǒng)一條負(fù)載總線，因而存在單故障點(diǎn)。
●大多數(shù)制造商都需要外部靜態(tài)開(kāi)關(guān)，才能在兩個(gè)UPS模塊之間均分負(fù)載。否則負(fù)載將分配不均，波動(dòng)范圍高達(dá)15%。這不僅增加了設(shè)備的成本，還使設(shè)備復(fù)雜化。
●大多數(shù)制造商都需要一個(gè)公共的外部維修旁路，這不僅增加了設(shè)備的成本，還使設(shè)備復(fù)雜化。
圖3-3 并聯(lián)冗余UPS配置
4.分布式冗余
分布式冗余配置在當(dāng)今市場(chǎng)中很常見(jiàn)。20世紀(jì)90年代末期，一家工程公司為了獲得全方位的冗余，不惜花費(fèi)任何高額成本，因而使開(kāi)發(fā)出了這種設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)以三個(gè)或更多個(gè)UPS模塊及獨(dú)立的輸入和輸出電路為基礎(chǔ)，獨(dú)立的輸出總線通過(guò)多個(gè)PDU和STS與關(guān)鍵負(fù)載相連。從市電服務(wù)入口到UPS，分布式冗余設(shè)計(jì)和雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾乎是一樣的。這兩種方案均提供了同步維護(hù)功能，并將單故障點(diǎn)減至最少。二者最主要的區(qū)別在于，為關(guān)鍵負(fù)載提供冗余電源線路所需的UPS模塊的數(shù)量不同，以及從UPS到關(guān)鍵負(fù)載的配電結(jié)構(gòu)不同。隨著負(fù)載要求容量的增加，備用UPS模塊的數(shù)量也在增加。
圖3-4和圖3-5分別顯示了同樣為300kW負(fù)載供電的兩種不同的分布式冗余設(shè)計(jì)方案。圖3-4采用3個(gè)UPS模塊，在該配置中，模塊3與每個(gè)STS的輔助輸入電路相連，根據(jù)另外兩個(gè)主UPS模塊的故障情況投入系統(tǒng)并向負(fù)載供電。在該系統(tǒng)中，模塊3通常不承載任何負(fù)載。
圖3-4 分布式冗余UPS配置一
圖3-5的分布式冗余設(shè)計(jì)采用3個(gè)STS，正常運(yùn)行狀態(tài)下，負(fù)載平均分配在3個(gè)UPS模塊上。如果其中任何一個(gè)模塊出現(xiàn)故障，則將強(qiáng)制STS將負(fù)載轉(zhuǎn)換到為該STS供電的另一個(gè)UPS模塊上。
很顯然，雙電源負(fù)載與單電源負(fù)載的供電電路是不同的。雙電源負(fù)載可以采用兩個(gè)STS設(shè)備供電，而單電源負(fù)載只能由單個(gè)STS供電。因此，STS便成為單電源負(fù)載的單路徑故障點(diǎn)。在當(dāng)今的數(shù)據(jù)機(jī)房中，單電源負(fù)載的使用數(shù)量日趨減少。因此，可以在單電源負(fù)載的附近安裝多個(gè)小型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，該方法既方便又經(jīng)濟(jì)。如果全部為雙電源負(fù)載，那么該配置可以不采用STS設(shè)備。
對(duì)于那些需要進(jìn)行同步維護(hù)，且大多數(shù)負(fù)載均為單電源負(fù)載的、復(fù)雜的大型計(jì)算機(jī)房而言，分布式冗余系統(tǒng)是比較理想的選擇。還有其它一些行業(yè)因素也推動(dòng)著分布式冗余配置方案的發(fā)展。
●同步維護(hù)：無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到市電，即可完全斷開(kāi)任何特定供電設(shè)備或組件的一部分以進(jìn)行例行維護(hù)或測(cè)試。
●單路徑故障點(diǎn)：指在配電系統(tǒng)中，如果沒(méi)有設(shè)置旁路則會(huì)引起停機(jī)的某些點(diǎn)。單系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是由一系列單路徑故障點(diǎn)所組成，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量排除單路徑故障點(diǎn)是冗余的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。
圖3-5 分布式冗余UPS配置二
●靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(STS)：STS具有兩路輸入和一路輸出。通常，STS從兩個(gè)不同的UPS系統(tǒng)接受供電，并根據(jù)某些條件將其中一路電源提供給負(fù)載。如果STS的主UPS供電電路出現(xiàn)故障，則STS將在4ms內(nèi)將負(fù)載轉(zhuǎn)換到輔助UPS供電電路上。STS通過(guò)這種方式使負(fù)載隨時(shí)處于受保護(hù)狀態(tài)下，此項(xiàng)技術(shù)自20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于分布式冗余配置中。該設(shè)計(jì)的最大弱點(diǎn)便是采用了靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，這種設(shè)備不僅十分復(fù)雜，而且存在一些無(wú)法預(yù)計(jì)的故障模式。其中最糟糕的莫過(guò)于它可能會(huì)引起兩條輸入線路短路。此時(shí)，由于STS造成兩個(gè)UPS同時(shí)與負(fù)載接通，STS便成為了單路徑故障點(diǎn)。STS的故障會(huì)波及到上游，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。正因?yàn)榇?，下文將介紹的雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可用性要好得多，尤其是當(dāng)負(fù)載設(shè)備具備雙路冗余供電電路時(shí)。在市場(chǎng)上，有多種不同配置和不同可靠性等級(jí)的STS可供選擇。在該配置中，STS處于PDU的前端(400V一側(cè))。這種應(yīng)用方式十分常見(jiàn)，不過(guò)許多工程師認(rèn)為，將STS置于兩個(gè)PDU的220V一側(cè)會(huì)更可靠一些。事實(shí)上也確實(shí)如此，但這種方式要比400VSTS造價(jià)高得多。
●單電源負(fù)載：如果數(shù)據(jù)機(jī)房全部由單電源負(fù)載設(shè)備組成，那么每個(gè)叮設(shè)備只能由單個(gè)STS或安裝在機(jī)柜上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)供電。冗余結(jié)構(gòu)要獲得高可用性，必須將開(kāi)關(guān)安置在靠近負(fù)載的位置。將數(shù)百個(gè)單電源設(shè)備與單個(gè)大型STS相連，是一個(gè)極其冒險(xiǎn)的舉動(dòng)。如果采用多個(gè)小型開(kāi)關(guān)分別為部分負(fù)載供電，則可以降低這種危險(xiǎn)性。此外，基于機(jī)柜的分布式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)也不會(huì)像大型STS那樣，出現(xiàn)那種會(huì)往上波及到多個(gè)UPS系統(tǒng)的故障模式。因此，基于機(jī)柜的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)得到了越來(lái)越廣泛的采用，尤其是當(dāng)單電源負(fù)載只占據(jù)全部負(fù)載的一小部分時(shí)。
●雙電源負(fù)載：隨著時(shí)代的發(fā)展，雙電源負(fù)載日漸成為主流。因此，STS巴不是必不可少的設(shè)備。負(fù)載可以直接與兩個(gè)單獨(dú)的PDU相連，而PDU則分別由單獨(dú)的UPS系統(tǒng)供電。
●多個(gè)電源同步：如果數(shù)據(jù)機(jī)房采用STS設(shè)備，那么應(yīng)當(dāng)使兩個(gè)UPS供電電路保持同步。如果沒(méi)有同步控制，UPS模塊之間很可能出現(xiàn)相位差，尤其是當(dāng)UPS采用電池模式時(shí)。要防止出現(xiàn)異相轉(zhuǎn)換，一種解決辦法是在兩個(gè)UPS系統(tǒng)之間安裝一個(gè)同步設(shè)備，使這兩個(gè)UPS系統(tǒng)的AC輸出同步。當(dāng)UPS模塊的輸入電源斷電，使用電池工作時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。同步設(shè)備可確保所有UPS系統(tǒng)在任何時(shí)候都保持同步。因此，在STS轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電源將保持完全同相，從而杜絕了異相轉(zhuǎn)換以及可能對(duì)下游設(shè)備造成的損害。當(dāng)然，在各個(gè)UPS系統(tǒng)之間添加同步設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮發(fā)生常見(jiàn)故障模式，或發(fā)生會(huì)同時(shí)影響所有UPS系統(tǒng)的故障的可能性。
(1)優(yōu)點(diǎn)如下。
●便于所有組件的同步維護(hù)(如果所有負(fù)載均為雙電源負(fù)載)。
●與雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，UPS模塊較少，因而成本較低。
●對(duì)于任何特定雙電源負(fù)載而言，兩條獨(dú)立的供電線路自服務(wù)入口處便提供了冗余。
●無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到旁路模式(負(fù)載將處于無(wú)保護(hù)電源下)，即可對(duì)UPS模塊、開(kāi)關(guān)裝置和其它配電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
●大部分分布式冗余設(shè)計(jì)都不需要維護(hù)旁路電路。
(2)缺點(diǎn)如下。
●與之前幾種配置相比，由于大量采用開(kāi)關(guān)裝置，因此成本相對(duì)比較高。
●設(shè)計(jì)是否成功依賴于STS設(shè)備的運(yùn)行是否正常，因?yàn)椴捎肧TS設(shè)備即意味著存在單點(diǎn)故障以及復(fù)雜的故障模式。
●配置方案復(fù)雜。在包含眾多UPS模塊、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和PDU的大型數(shù)據(jù)機(jī)房中，要保證各個(gè)UPS系統(tǒng)均分負(fù)載并了解哪些系統(tǒng)為哪些負(fù)載供電，是一項(xiàng)艱巨的管理任務(wù)。
●無(wú)法預(yù)計(jì)的運(yùn)行模式。UPS系統(tǒng)具備多種運(yùn)行模式，且各UPS系統(tǒng)之間存在多種可能的轉(zhuǎn)換模式。要在預(yù)先定好的條件和故障條件下對(duì)所有這些模式進(jìn)行測(cè)試，以檢驗(yàn)控制策略和故障清除設(shè)備是否正常運(yùn)行是不切實(shí)際的。由于未達(dá)到滿負(fù)荷工作狀態(tài)，UPS效率低。
5.雙系統(tǒng)冗余
多路并聯(lián)總線、雙輸入、2(N+l)、2N+2、[(N+l)+(N+1)]以及2N等全都指的是該配
置的變體。借助這種設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在完全可以建立起根本無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到市電的UPS系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí)，可以盡量排除每一個(gè)可能的單路徑故障點(diǎn)。不過(guò)，排除的單路徑故障點(diǎn)越多，設(shè)計(jì)方案實(shí)施起來(lái)代價(jià)也越昂貴。大多數(shù)大型雙系統(tǒng)配置部位于專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的、獨(dú)立的建筑物中，基礎(chǔ)設(shè)施(包括UPS、電池、制冷系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、市電和配電室)占據(jù)與數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備同樣大小的空間，是很平常的事情。
該配置是行業(yè)中最可靠也最昂貴的一種設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)工程師的理念以及客戶要求的不同，它可以非常簡(jiǎn)單，也可以異常復(fù)雜。雖然采用的是同一個(gè)名稱，但具體的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)千差萬(wàn)別，這也是由負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)工程師的理念與知識(shí)水平所決定的。圖3-6顯示了該配置的一種變體2(N+l)，它由兩個(gè)并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)構(gòu)成。理想情況下，可以采用單獨(dú)的配電盤(pán)，甚至單獨(dú)的市電和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)為這些UPS系統(tǒng)供電。雖然該設(shè)計(jì)方案的建造成本頗為不菲，但考慮到數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備的重要程度以及停機(jī)成本，還是物有所值的。全球許多家大公司都紛紛選擇這種配置來(lái)保護(hù)其關(guān)鍵負(fù)載。
該配置的成本高低取決于設(shè)計(jì)工程師認(rèn)為要滿足客戶的需求應(yīng)當(dāng)采用何種深度和廣度的系統(tǒng)冗余。其基本設(shè)計(jì)概念是允許每一個(gè)電氣設(shè)備都可以在無(wú)需將關(guān)鍵負(fù)載轉(zhuǎn)換到市電的條件下出現(xiàn)故障或手動(dòng)關(guān)閉。
2(N+l)設(shè)計(jì)的一個(gè)共同之處是采用旁路電路，以使部分系統(tǒng)可以被關(guān)閉或旁路至備用電源，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的冗余。圖3-6即顯示了這樣一個(gè)示例:UPS輸入面板之間用電路連接，從而可以關(guān)閉其中一個(gè)市電服務(wù)入□,而不會(huì)使得任何一個(gè)UPS系統(tǒng)斷電。在2(N+l)設(shè)計(jì)中，倘若單個(gè)UPS模塊發(fā)生故障，只會(huì)便該UPS模塊從電路中斷開(kāi)，與之并聯(lián)的另一個(gè)模塊將承擔(dān)起這部分負(fù)載。
在圖3-6的示例中，關(guān)鍵負(fù)載為300kW。因此，共需要4個(gè)300kw的UPS模塊。兩兩組成兩條獨(dú)立的并聯(lián)總線，每條總線分別為兩條直接與雙電源負(fù)載連接的電路供電。圖3-6中的單電源負(fù)載顯示了轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是如何為該負(fù)載提供冗余的。不過(guò)，等級(jí)4電源結(jié)構(gòu)要求所有負(fù)載均為雙電源負(fù)載。
一般而言，選擇雙系統(tǒng)配置的公司更關(guān)心配置是否具備高可用性，而不是其實(shí)現(xiàn)成本。這些公司的負(fù)載也大都是雙電源負(fù)載。除了在分布式冗余配置部分中所討論的因素之外，該配置方案還有以下幾個(gè)因素。
●加固:設(shè)計(jì)出能抵擋自然破壞，并能免受電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的一連串故障影響的系統(tǒng)以及建筑物，即能夠隔離并控制住故障。例如，兩個(gè)UPS系統(tǒng)不應(yīng)放置在同一個(gè)房間丸電池與UPS模塊也不應(yīng)位于同一房間中，電路斷路器配合是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分。恰到好處的斷路器配合可以防止局部短路影響到其余的設(shè)備。加固建筑物還可以使建筑物更好地抵抗腿風(fēng)、地震和洪水的破壞。根據(jù)建筑物所處的地理位置，這些都可能是必要的。例如，應(yīng)當(dāng)讓建筑物遠(yuǎn)離洪水泛濫的平原、建筑物上空應(yīng)避開(kāi)航線、采用厚實(shí)的墻壁以及無(wú)窗戶設(shè)計(jì)，這些措施都有助于抗干擾。
圖3-6 2（N+1）UPS配置
●靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(STS):隨著雙電源IT設(shè)備的問(wèn)世，在設(shè)計(jì)中無(wú)需再面對(duì)STS設(shè)備及其煩人的故障模式，從而使系統(tǒng)可用性得到了顯著提高。
●單電源負(fù)載:要充分利用雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的冗余優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)將單電源負(fù)載與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在機(jī)柜內(nèi)相連。
(1)優(yōu)點(diǎn)如下。
●兩條獨(dú)立的供電線路，無(wú)單故障點(diǎn)，容錯(cuò)性極強(qiáng)。
●該配置為從電力入口到關(guān)鍵負(fù)載的所有線路提供了全方位的冗余。
●在2(N+l)設(shè)計(jì)中，即便在同步維護(hù)過(guò)程中，他倆存在UPS冗余。
●無(wú)需將負(fù)載轉(zhuǎn)換到旁路模式(負(fù)載將處于無(wú)保護(hù)電源下)，即可對(duì)UPS模塊、開(kāi)關(guān)裝置和其它配電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
●更容易使各UPS系統(tǒng)均分負(fù)載，并了解哪些系統(tǒng)為哪些負(fù)載供電。
(2)缺點(diǎn)如下。
●冗余組件數(shù)量多，成本高。
●由于未達(dá)到滿負(fù)荷工作狀態(tài)，UPS效率低。
●一般的建筑物不太適合采用可用性極高的雙系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)需要對(duì)冗余組件進(jìn)行分開(kāi)放置。
6.如何選擇合適的配置
企業(yè)應(yīng)當(dāng)如何來(lái)選擇最適合自己的配置方案呢?讓我們重溫一下在選取合適的配置時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的注意事項(xiàng)。
(1)停機(jī)成本或影響。公司每分鐘的流動(dòng)現(xiàn)金有多少?如果發(fā)生故障，系統(tǒng)需要多長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)?可以將以上問(wèn)題的答案作為預(yù)算方案討論的開(kāi)篇，答案是10，000元/分鐘還是10，000元/小時(shí)，討論方向自然不同。
(2)風(fēng)險(xiǎn)承受能力。遭遇過(guò)重大故障的公司的風(fēng)險(xiǎn)承受能力往往比那些未曾有過(guò)此種體驗(yàn)的公司要強(qiáng)，聰明的公司將會(huì)從同行業(yè)其它公司身上獲取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。公司的風(fēng)險(xiǎn)承受能力越弱，就越傾向于采用可靠性更高、故障恢復(fù)能力更強(qiáng)的方案。
(3)可用性要求。公司在一年之內(nèi)能忍受多長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)?如果回答是決不能停機(jī)，那么應(yīng)在預(yù)算中選用高可用性的設(shè)計(jì)。如果公司可以在每天晚上10點(diǎn)之后以及大多數(shù)周末停機(jī)，那么其UPS配置選擇并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)就差不多了。每個(gè)UPS在某些方面都需要進(jìn)行維護(hù)，而且UPS系統(tǒng)確實(shí)全間歇性地發(fā)生一些出人意料的故障。每年計(jì)劃在維護(hù)方面所花的時(shí)間越少，系統(tǒng)需要的冗余設(shè)計(jì)組件就越多。
(4)負(fù)載類(lèi)型(單電源負(fù)載與雙電源負(fù)載)。雖然雙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念在雙電源設(shè)備出現(xiàn)之前便已產(chǎn)生，但雙電源負(fù)載的確為這種利用冗余容量的設(shè)計(jì)方案提供了切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)機(jī)會(huì)。計(jì)算機(jī)制造商們?cè)陂_(kāi)始生產(chǎn)雙電源負(fù)載之前，無(wú)疑會(huì)聽(tīng)取其客戶的意見(jiàn)。數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)負(fù)載的特性會(huì)為設(shè)計(jì)者提供一些思路，不過(guò)其作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上文所述的各種因素。
(5)預(yù)算。從任何方面而言，實(shí)現(xiàn)2(N+l)設(shè)計(jì)的成本都要比單系統(tǒng)設(shè)計(jì)、并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)
甚至是分布式冗余設(shè)計(jì)的成本高得多，讓我們以一家大型數(shù)據(jù)機(jī)房為例來(lái)看看成本的差距。若該數(shù)據(jù)機(jī)房采用2(N+l)設(shè)計(jì)，則可能需要30個(gè)800kW的模塊(每條并聯(lián)總線5個(gè)模塊，共6條并聯(lián)總線)。對(duì)于同樣的負(fù)載，如果采用分布式冗余設(shè)計(jì)，那么只需要18個(gè)800kW的模塊，顯然成本要低得多。
在為特定應(yīng)用環(huán)境選擇合適的UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置方案時(shí)，可以將圖3-7所示的流程圖作為一個(gè)切入點(diǎn)。對(duì)于沒(méi)有或很少冗余組件的設(shè)計(jì)而言，必然存在停機(jī)時(shí)段以進(jìn)行維護(hù)。如果不允許停機(jī)，那么應(yīng)當(dāng)選擇能進(jìn)行同步維護(hù)的設(shè)計(jì)。只要依次回答流程圖中提出的問(wèn)題，便可順利找到最合適的系統(tǒng)。
小結(jié):電源基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備是否能正常運(yùn)行至關(guān)重要，可供選擇的UPS配置有根多種，每一種都有優(yōu)勢(shì)，也有不足之處。只有充分了解了企業(yè)的可用性要求，風(fēng)險(xiǎn)承受能力和預(yù)算范圍之后，才能選擇合適的設(shè)計(jì)方案。如文中所分析，為雙電源負(fù)載直接供電的2(N+1)結(jié)構(gòu)可提供全面的冗余，排排除了單故障點(diǎn)，因此是可用性最高的一種配置。
圖3-7 設(shè)計(jì)配置選擇決策樹(shù)
