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        UPS冗余并聯與雙總線連接供電方案

        作者: 時間:2016-12-16 來源:網絡 收藏
          一、 概述

          
          為了提高信息機房供電系統的運行可靠性,一般采用的方法有兩種,即供電系統的冗余連接和負載設備的雙電源或三電源冗余輸入。這可從下面的可用性表達式中看出:

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201612/330858.htm

          
           


          式中的A(Availability)表示的是可用性,它的含義是在整個規定運行時間中,可靠供電時間的比例;MTBF是表示設備可靠性的平均無故障時間,它的含義是平均多長時間不出故障;MTTR表示的是平均修復時間,它的含義是電源所有故障維修時間之平均值。
          
          從式(1)中可以看出,為了提高可用性也有兩個途徑:提高電源的平均無故障時間和縮短平均修復時間。但當機器的期間質量達到一定程度后,再增大平均無故障時間的代價較大,而且效果也不太顯著,因為總不能將平均無故障時間做到無窮大。然而縮短平均修復時間的效果卻比較明顯,如果平均修復時間縮短為零(這種可能性是存在的,而且也不難實現),那么可用性就是100%。采用UPS冗余并聯方法就可達到這個目的:比如兩臺同容量的UPS并聯,其中任何一臺都具有承擔100%負載的能力,那么兩臺并聯后就有了200%的供電能力,所以其中任何一臺因故障而停機后,另一臺仍可以接著繼續供電,使負載設備的工作得以不間斷地連續進行下去,達到了修復時間縮短為零的目的。
          
          負載設備的多電源入口,也可達到上述目的。多電源入口就意味著需要多個電源供電,任何一個入口的電源都具有100%的負載能力,所以其中任何一臺電源因故障而停機后,另外的電源仍可以接著繼續供電,使負載設備的工作得以不間斷地連續進行下去。
          
          正是由于有這兩種提高系統可靠性的方式,也就引出了下面幾種供電方案的模式。
          
          二、 UPS冗余并聯供電方案的可靠性與可用性
          
          1.兩臺UPS冗余并聯舉例
          
          為了容易分析,在這里只用兩臺UPS作1+1冗余并聯,如圖1所示。后面的所有負載之和小于100kVA,兩臺UPS的輸出電壓在輸出配電柜內直接并聯,然后再通過開關S給負載供電。如果遇到雙電源負載就可以分別從兩相電壓上各引一路到負載,照樣滿足雙電源輸入的條件,如圖中S3、S4所示。


          
          2.雙機1+1冗余并聯供電的可靠性
          
          為了對可靠性有一個大略的數值概念,在這里只對UPS本身的并聯進行討論,至于那些必不可少的斷路器開關,不論用什么方式供電都是必不可少的,大家都一樣,所以暫不考慮,在這里只討論有區別的部分。假如每臺UPS的可靠性r=0.99,為了簡單起見,暫認為兩臺UPS的可靠性相等,就可做出雙機1+1冗余并聯供電的可靠性模型圖,如圖2所示。


          
          此時,這個供電系統的可靠性就R2是:

             
          不可靠性Q=1-可靠性=1-0.9999=0.0001,不可靠性是萬分之一,故障率也大約是萬分之一。即雙機冗余并聯后,使系統的可靠性提高了兩個數量級。其原因是它可以使可用性表達式中的平均修復時間MTTR減到最小。
          
          另外,雙機冗余并聯結構的系統有一個突出優點,就是過載能力特強:具有2倍UPS單機的過載能力。

          三、 UPS雙總線供電方案的可靠性與可用性
          
          1.UPS雙總線供電方案的出現
          
          (1)STS的出現
          
          STS(StaticTransferSwitch)的出現原本是為了代替ATS,由于ATS具有切換時間長、壽命短、切換聲音大和有火花干擾的缺點,為用戶在一定程度上帶來了不便。Cyberex公司首先推出了用晶閘管構成的電子式靜態轉換開關,以區別于那種機械式的自動轉換開關ATS.(AutomaticTransferSwitch)。尤其現在所說的STS實際上已經是DSTS(DigitalStaticTransferSwitch),即數字式靜態開關,其整個切換時間小于4ms,它的切換方式是先斷后合,因此兩電源在切換時的相位差甚至可以大于180°。這種產品的可靠性與電磁兼容指標等均應符合UL1008Listed。圖3示出了DSTS(DigitalStaticTransferSwitch)的電原理圖,右邊是它的電路符號。
          
          DSTS的確解決了ATS所無法做到的一些性能,比如DSTS的切換時間比ATS要快上一千多倍,而且沒有聲音、沒有火花,對一般電子設備來說,這種兩個電源之間的切換間隔幾乎是沒有感覺的。


          
          由于DSTS對構成元器件質量的要求很高,再加之在多處都采用了冗余措施,所以造價也很高,相應地為銷售商也帶來了不菲的利潤,于是在被引入機房的時候就出現了一些誤會。比如本來可以用于并聯冗余的兩臺UPS供電系統,有的供應商就硬把它們分割開了,在兩臺UPS輸出端加了一臺DSTS,說這樣比直接并聯可靠性高,如圖4所示。其工作原理是:兩臺UPS的輸出端都連接到DSTS上,比如開始由UPS1向負載供電,UPS2備用,一旦UPS1故障,DSTS就馬上切斷UPS1而接通UPS2,繼續向負載供電,這就保證了負載設備的連續運行。


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