淺談不間斷UPS 供電系統(tǒng)的可靠性

鄭懷玉

（科華恒盛股份有限公司，福建 廈門 361000）

據(jù)相關(guān)資料顯示，所謂UPS 即不間斷電源，指在原有的供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將蓄電池與主機進行統(tǒng)一連接，然后通過主機的逆變器等多類模塊電路進行直流電流的轉(zhuǎn)換，從而生成用于市場供電的系統(tǒng)設(shè)備。在常用的供電系統(tǒng)中，使用UPS 能夠有效提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而保證電力系統(tǒng)正常運作。由此可見，為進一步提高基于不間斷UPS供電系統(tǒng)的安全性，要對影響其可靠性的原因進行綜合性探討，并研發(fā)出先進的改進技術(shù)，從更深層次提高國家供電系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟效益。

1 數(shù)據(jù)中心機房設(shè)備類別以及用電特點

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機房中有不同類別的電力設(shè)施設(shè)備，例如，網(wǎng)絡(luò)交換器、主機服務(wù)器、轉(zhuǎn)換器、路由器、儲存設(shè)備等。按照電源設(shè)備進行分類可分為單設(shè)備和冗余設(shè)備。其中，單電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)電源模板只有一個，一旦在供電的過程中出現(xiàn)差錯或者電源本身出現(xiàn)損壞，該設(shè)備就不會正常運行；冗余電源設(shè)備指在電源模塊中存在多余的電源，又被稱為雙電源設(shè)備。當(dāng)多個電源同時承擔(dān)系統(tǒng)的電負(fù)荷時，即便其中一個模塊出現(xiàn)問題停止運行，其余電源模塊也會繼續(xù)承擔(dān)所需要承擔(dān)的系統(tǒng)電源負(fù)載，從而有效提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 常見的幾種UPS 冗余供電模式概述

2.1 單、單串聯(lián)總線供電模式

單、單串聯(lián)總線供電模式如圖1 所示。選擇兩套UPS系統(tǒng)分別作為UPS 的主機和備用機。其中，該系統(tǒng)的備用機所有的輸出都將作為主機的靜態(tài)化旁路電源，也就是主機的備用冗余供電，被稱之為雙機單串聯(lián)冗余供電。當(dāng)整個系統(tǒng)正常運行時，由主機提供運行所需要的電力，此時，備機處于空載的備用狀態(tài)。當(dāng)主機發(fā)生故障時，系統(tǒng)負(fù)載將主機旁路進行切換，從而由備機承擔(dān)電力負(fù)載。上述的供電模式，在將UPS 有所保留的情況下，對冗余的系統(tǒng)進行擴充式改造，并獲得更大程度的冗余。對于UPS 主機來說，只要具有獨立的靜態(tài)旁路輸入口，便能快速實現(xiàn)主、備機冗余供電。當(dāng)供電系統(tǒng)在應(yīng)用該供電模式時，能夠靈活進行產(chǎn)品的選擇，還可以將不同制造商的產(chǎn)品進行綜合化應(yīng)用。在單機容量能夠承受系統(tǒng)負(fù)載的情況下，對不同性能、不同容量的UPS 進行串聯(lián)，其改造成本極低且方便。同時，在整個供電模式中不需要對系統(tǒng)進行額外設(shè)備的添加處理，該模式出現(xiàn)故障的因素較少，方便現(xiàn)場進行安裝調(diào)試和后期維護。即便該模式的機構(gòu)和控制系統(tǒng)較為單一，但是在日常的生產(chǎn)生活中，當(dāng)系統(tǒng)處于正常運作的狀態(tài)時，所有的負(fù)載均有主機進行供電，其備機處于長期待機狀態(tài)時，兩個結(jié)構(gòu)的老化程度會不同步。由此可見，當(dāng)主機與備機進行線路轉(zhuǎn)換時，備機要對負(fù)載的變化進行及時應(yīng)對和處理。此外，在整個系統(tǒng)中，雙電源負(fù)載與單電源負(fù)載的供電方式存在一定差異，單電源負(fù)載為主機或備機UPS 供電，雙電源負(fù)載為主機和備機均可供電負(fù)載。

圖1 單、單串聯(lián)總線供電模式

2.2 雙并聯(lián)總線供電模式

雙并聯(lián)總線供電模式如圖2 所示。將兩臺或更多的設(shè)備進行輸出電的并聯(lián)，即讓UPS 的系統(tǒng)逆變器進行并聯(lián)模式運行，從而組合成N+1 的冗余并聯(lián)系統(tǒng)。在系統(tǒng)正常運作時，設(shè)備的多個逆變器進行系統(tǒng)負(fù)載的均分，當(dāng)其中一臺發(fā)生電路故障時，將會被隔離，此時的負(fù)載將會由剩余的逆變器進行比例分配，從而不間斷為系統(tǒng)提供電能。

圖2 雙并聯(lián)總線供電模式

對雙并聯(lián)總線供電模式進行綜合性考究，不難看出該模式具有以下的優(yōu)點：①提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)UPS 系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，會由N+1 臺設(shè)備對其產(chǎn)生的負(fù)載進行不間斷供電，當(dāng)其中某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，會由剩余的N臺UPS 進行負(fù)載分擔(dān)。由此可見，對于整個電力系統(tǒng)，不論前端出現(xiàn)什么故障，其后端都會有純凈、穩(wěn)定的電源輸入。②運行串聯(lián)冗余模式可以對系統(tǒng)進行線上的維護以及在不間斷供電操作下，對并聯(lián)系統(tǒng)的任意單臺UPS 設(shè)備進行不帶電維護操作。當(dāng)UPS 在并聯(lián)的方式進行時，會由于電網(wǎng)頻率波動、負(fù)載擾動等原因，使供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生改變。同樣的，在整個系統(tǒng)中，雙電源負(fù)載與單電源負(fù)載的供電方式存在一定差異，單電源負(fù)載為單套UPS 供電，雙電源負(fù)載為兩套共同供電。

2.3 雙總線供電模式

雙總線供電模式如圖3 所示。為了在串、并聯(lián)冗余線路供電模式的基礎(chǔ)上降低由于單線供電模式造成的故障概率，可以采用雙總線供電模式。該系統(tǒng)最大的特征為，能夠在不影響供電線路存在差異性的情況下，為系統(tǒng)提供獨立的負(fù)載電源。當(dāng)接入的為單電源時，可以加上靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，且主機電源的電壓值處于正常范圍，便可以將負(fù)載連接在主電源上；當(dāng)接入為雙電源時，兩個線路同時對負(fù)載進行供電，雙電源負(fù)載的兩個電源模塊會進行協(xié)同工作。

3 將雙總線供電模式進行合理的應(yīng)用

據(jù)調(diào)查，國內(nèi)某數(shù)據(jù)管理中心在其配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了雙總線供電模式。為進一步增強和滿足供電的可靠性和穩(wěn)定需求，將上述的幾種供電模式進行綜合化結(jié)合，科學(xué)地提高了電力系統(tǒng)的安全系數(shù)。在建設(shè)成本和項目場地資源有限的情況下，選擇雙總線供電模式。例如，某省某電力公司的數(shù)據(jù)中心機房在進行容量擴充改造后，將其機房內(nèi)部凈面積增加到400 m2，并購置了2 臺500 KVA 的UPS，其電池的待機時間為3 h。雙總線供電模式很大程度上可對市電的輸入進行靈活調(diào)整，在提高供電系統(tǒng)可靠性的同時，有效減少電力設(shè)備的投資額度和占地空間。

圖3 雙總線供電模式

4 結(jié)束語

經(jīng)過上述全面分析和闡述可得，基于UPS 模式的不間斷供電系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)方面具有一定的獨特優(yōu)點，能夠廣泛應(yīng)用于電子計算機業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等多類別領(lǐng)域。為在原有的供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上提高不間斷UPS 供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需從單串聯(lián)總線供電模式、雙并聯(lián)總線供電模式以及雙總線供電模式等多種供電模式進行系統(tǒng)整合和優(yōu)化，相信通過對上述模式的深層次科研，會創(chuàng)造出一種集串并聯(lián)、雙總線優(yōu)點為一體的自動化供電模式，從根本層面上進一步促進UPS 供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。