谈UPS冗余并联

一、概述为了提高信息机房供电系统的运行可靠性，一般采用的方法有两种，即供电系统的冗余连接和负载设备的双电源或三电源冗余输入。这可从下面的可用性表达式中看出：

(1)式中的A（Availability）表示的是可用性，它的含义是在整个规定运行时间中，可靠供电时间的比例；MTBF是表示设备可靠性的平均无故障时间，它的含义是平均多长时间不出故障；MTTR表示的是平均修复时间，它的含义是电源所有故障维修时间之平均值。从式

(1)中可以看出，为了提高可用性也有两个途径：提高电源的平均无故障时间和缩短平均修复时间。但当机器的期间质量达到一定程度后，再增大平均无故障时间的代价较大，而且效果也不太显著，因为总不能将平均无故障时间做到无穷大。然而缩短平均修复时间的效果却比较明显，如果平均修复时间缩短为零（这种可能性是存在的，而且也不难实现），那么可用性就是100%。采用UPS冗余并联方法就可达到这个目的：比如两台同容量的UPS并联，其中任何一台都具有承担100%负载的能力，那么两台并联后就有了于的供电能力，所以其中任何一台因故障而停机后，另一台仍可以接着继续供电，使负载设备的工作得以不间断地连续进行下去，达到了修复时间缩短为零的目的。负载设备的多电源入口，也可达到上述目的。多电源入口就意味着需要多个电源供电，任何一个入口的电源都具有100%的负载能力，所以其中任何一台电源因故障而停机后，另外的电源仍可以接着继续供电，使负载设备的工作得以不间断地连续进行下去。正是由于有这两种提高系统可靠性的方式，也就引出了下面几种供电方案的模式。

二、UPS冗余并联供电方案的可靠性与可用性1.两台UPS冗余并联举例为了容易分析，在这里只用两台UPS作1+1冗余并联，如图1所示。后面的所有负载之和小于100kVA,两台UPS的输出电压在输出配电柜内直接并联，然后再通过开关S给负载供UPS1+J1口cikw1C0KW_n可靠性=1产）2二.（109gmy=0州究不可靠性Q=10.9996=0.0004,不可靠性是万分之四。是冗余并联时的4倍。而故障率优二扭衣=10,99960,0004也是冗余并联时的4倍。由此可以看出，原来1+1并联冗余的系统在增加了DSTS后，不但丧失了原来的高过载能力（一台UPS过载，切换后另一台也同样过载），其不可靠性或故障率也增加到原来的四倍。

(2)双电源负载的“需要”为了提高包括服务器等电子设备的供电可靠性，用电设备本身对输入电源也作了冗余考虑，比如采用双电源入口就是其中一种。是不是为了适应双电源设备就必须将原本可以直接并联的两台UPS分开呢？这要看UPS直接并联冗余和分开的目的是什么，很明显，这样做的目的无非是在任一台UPS故障时都不影响负载机器的正常运行。这两种办法都可以达到这个目的。前一种在前面已经介绍，后一种如图5所示。两路UPS交流电压分别输UPS1电路颉协用电强备图$双电源输入设备V入到用电设备的两个入口，该两个入口的整流器将输入交流电整流成直流，而后在二者的输出端并联成一个电压再滤波。即使输入的交流电压值不一样也无妨，电压高的就得多输出电流，这就造成了整流器的负载不平衡。尤其是在一台UPS是旁路供电时，由于市电波动很大，这种情况就更严重。如果是两台UPS直接并联而不分开，由于稳压作用，就不会出现这种情况，即使有也不会这样大。就是说，即使人为地将可以并联的两台UPS硬行分开，到了设备上还是要并联在一起。白白损失了两倍UPS的过载能力，这就有“费力不讨好”的结果。XXX双总线供电方案的电路结构有一种说法，双总线是根据美国T4等级（Tier4）标准的要求而来的。图6就是这种双总线UPS冗余供电方案。从图中可以明显地看出，双总线的每一路都不是单单一台UPS也不是两台，更不是3台，而是一个表示多台的删节号。在目前的一般UPS并联水平来看，应该是8台。比如台湾至少有5个数据中心采用的就是8台并联acute;2的双总线供电系统。如果在8台UPS冗余并联之内就可以解决的问题，最好不要轻易采用双总线。尤其是在两台单机UPS就可以做1+1并联冗余的时候，如果这时硬要改用双总线方案，不但使设备量成倍增加，而且由于引入了串联功能的设备STS使能量通道上又多增加了故障点，导致的投资还要远高于双倍1+1并联冗余时的情况，因为STS要比同容量的UPS价格高得多，同时还失去了原来直接并联时过载能力强的优点，可靠性比原来也有所降低。国6T4双总线UPS冗余供电方案门众所周知，任何解决方案和规划都是有条件的，有其特定的使用环境，也就是有其局限性。因此，不可不讲条件、时间和地点地到处乱用，否则，不但达不到预期的目的，反而会事倍功半。

四、两种供电方案的比较1.两种供电方案的可靠性及故障率比较为了有一个量的概念，为了直观而容易理解，仍设所有设备的可靠性r都是0.99;也是为了简单明了，暂不考虑UPS以前和STS以后的这些共有的配电部分。由此见图7(a)(aMOOKVA双总镂供电方案(例)力rJPSL)1加k佻宜接冗余并联供电方案图？两种供电方案的比较山虚线方框内的部分，并由此作出可靠性结构模型图。从可靠性的观点出发，凡是在该环节故障时都能导致系统不正常的情况通通算作串联环节，因此连接图7(a)的同步器LBS静态开关STS和隔离变压器B1在可靠T上同UPS都是串联关系，如图8所示。由于两台U3双总线供电方窠用靠性结构图I图加圆（1每一路增加冗余，比如都变成1+1,不过这时的设备量又成倍增加了。币电(b)双机双总域时TS的匡攫(11)(1(1r)=10.997)(1(1r)2=10.996)(1Cb)采用现总线和小功率侬僮节能慎电方案电踣结构国1D13亲用双总战和大小功率STS供电方案电酱结构的比较

(1)增加了功率损耗UPS的输出电流:为了有一个量的概念，拟作如下计算，以满负荷为例，首先计算出I=600kVA/2于2727A静态开关是由三个PN结的可控硅构成，导通压降设为U=1.5V,于是在这些可控硅管上的消耗功率就是：P=IU=2727A_1.5Vraquo;4091W每年消耗能量：Q=4091W_8765hraquo;35857kWh=35857度即每年仅仅STS就消耗掉35857度电能，有资料显示每kWh电的煤燃烧后可向大气中排放2.72kg的二氧化碳，35857度电的煤就向大气中排放35857_2.72kg=97531kg的二氧化碳。如果采用图12(b)的电路结构方案，就可将这些功率节约下来，将煤省下来，将二氧化碳的排放量降下来。

(2)增加了投资按照当时用户的反映说，每台60kVA的STS介格为50万元人民币，10台就是500万元。采用了图13(b)的电路结构方案后，每台msts仅3000元，即使100台也才30万元，何

(3)增加了占地面积10台60kVA的$丁9$照Cybere_公司的介绍其占地面积S=61cm_76cm)_10=4636cm2,近5m2。考虑到柜子不是放在一起，至少一面要预留出活动的空间，所以占地面积约10m2,这就是一个小机房的面积。而当时的msts(minists)仅有1U的高度，可以放到19sup2;的标准机柜中，一般可不另外放置，直接放到IT机柜内即可，即使另外放置，最多占两个柜子的面积，不到1平方米。对于刀片服务器而言也可用此方案，因为一般刀片服务器一组合模块为单位，即使一个IT机柜可达到于或更多，但一个组合并不是这么多，更何况现在已经出现了针对刀片服务器的模块UPS电源，可与刀片服务器放在一起，这就给使用节能的XXX提供了更大的空间。如图14所示就是刀片服务器电源与XXX的连接示意图。