UPS供電系統(tǒng)雙總線（N+1）配置方案解析

　　雙總線（N+1）方案概述
　　
　　互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)和多媒體數(shù)據(jù)中心(MDC)是高速互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控中心。用戶對它們所承擔的對信息資源(數(shù)據(jù)、語音和圖像信息)的遠程處理、存儲和轉(zhuǎn)送的“時效性”要求極高。哪怕是僅幾秒鐘的“停機”均會給整個互聯(lián)網(wǎng)的安全運行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營帶來無法估量的損失。嚴重時,甚至會造成社會和經(jīng)濟生活的嚴重癱瘓。因此，IDC必須向用戶提供365×24h連續(xù)不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務。為達此目的，從設計原則上講，承擔著向IDC機房供電任務的整個電源系統(tǒng)都必須采用具有高度“容錯”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網(wǎng)出故障時或是在某臺“雙變換、在線式UPS電源”的逆變器發(fā)生故障時，還是在進行日常維護/檢修操作時或因故致使保險絲燒毀/斷路器開關“跳閘”時，互聯(lián)設備均應由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應進入由普通的市電電源/應急備用發(fā)電機組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。這是因為只有“在線式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負載提供同時具有穩(wěn)壓、無頻率“突變”，無干擾和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。對于包括后備式UPS，在線互動式UPS在內(nèi)的“非在線式UPS”來說，它們主要對輸入電源的電壓進行調(diào)整，對輸入電壓的頻率波動，各種電源干擾和電壓失真度并無“實質(zhì)性”的改善。這就意味著，在整個供電系統(tǒng)中，不應存在單點“瓶頸”故障隱患。為此，應盡可能地配置具有高度“容錯”功能的UPS冗余供電系統(tǒng)。也就是說，在這種UPS供電系統(tǒng)的運行中，即使遇到某些“部件”偶然發(fā)生“故障”時，整個UPS供電系統(tǒng)必須仍能正常工作。
　　
　　根據(jù)當今UPS產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展水平，以選用具有“雙總線輸入”和“雙總線輸出”供電功能的UPS冗余供電系統(tǒng)為宜。它是由如下幾部分供電系統(tǒng)所構(gòu)成的：
　　
　　1）雙總線輸入供電系統(tǒng)
　　
　　雙總線輸入供電系統(tǒng)基本配置為：由市電輸入電源＋備用發(fā)電機組＋“自動切換”控制柜＋輸入配電柜。自動切換控制系統(tǒng)時刻監(jiān)視著各種輸入電源的實時運行狀態(tài)，并確?？偸菍⑵渲凶羁煽康囊宦冯娫此偷経PS的輸入端。對于某些重要的IDC機房而言，其“應急發(fā)電機”電源實際上是一套由多臺柴油發(fā)電機＋發(fā)電機并機控制柜所組成的冗余式發(fā)電機供電系統(tǒng)。為確保后接的“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)能絕對安全可靠地運行，必須高度重視位于上述冗余輸入電源供電系統(tǒng)中的各種設備之間的“技術兼容性”和“切換參數(shù)”的正確設置。
　　
　　2）雙總線輸出配電系統(tǒng)
　　
　　為了消除可能出現(xiàn)在UPS并機系統(tǒng)輸出端與用戶端之間的“單點瓶頸”故障隱患，有必要配置UPS的雙總線輸出配電系統(tǒng)。其基本配置是由“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)(優(yōu)選“1＋1”或“2＋1”型并機供電方案)＋輸出配電柜＋負載自動切換開關(LTS)所組成的UPS輸出供電系統(tǒng)。對于某些要求極高的場所，還應配置由負載同步控制器（LBS）＋兩套“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)所組成的具有極高“容錯”功能的供電系統(tǒng)。鑒于目前在IDC機房中所用的服務器和磁盤陣列機等產(chǎn)品中有（30～50）％為采用“雙電源輸入供電”體制的產(chǎn)品，對于這些設備，可以直接將分別來自兩套“N＋1”型并機系統(tǒng)的電源連接到這種“雙電源輸入設備”的兩個輸入端上。對于采用“單電源輸入供電”方式的關鍵負載，則是將分別來自兩套“N＋1”型并機系統(tǒng)的電源首先連接到“負載自動切換開關”(常見的是STS型的靜態(tài)開關和SS型的快速切換開關)的兩個輸入端上，然后再將用戶的關鍵設備連接到“負載自動切換開關”的輸出端上。
　　
　　雙總線N＋1系統(tǒng)高可靠性分析
　　
　　要想讓互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心具有365×24h的“全天候”運行特性，對于向它提供電源的UPS產(chǎn)品的可靠性的要求是非常苛刻的。這是因為對于可靠性僅達99.999％的UPS產(chǎn)品來說，它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機時間長達316s，即使將UPS產(chǎn)品的可靠性提高到99.999999％，在一年中可能造成的停機時間仍有320ms之長。對于IDC機房而言，如果真的發(fā)生長達320ms的停機故障，它會帶來很大的損失。這是因為當前多數(shù)計算機所允許的瞬間供電中斷時間為10～18ms。否則，就會造成用戶的網(wǎng)控操作系統(tǒng)或運行軟件遭到破壞。因此，要想讓IDC機房真正具備能提供365×24h的連續(xù)不間斷的運行特性，絕不是當今的UPS產(chǎn)業(yè)可提供的UPS單機所能達到的。迄今為止，我們只能制造出故障率越來越低的UPS產(chǎn)品。然而，還制造不出“故障率為零”的UPS產(chǎn)品。在當今的技術條件下，采用“N＋1”型UPS冗余并機供電系統(tǒng)是消除單點“瓶頸”故障的最佳供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電壓處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現(xiàn)在各種UPS單機之間的“環(huán)流”等于零)，將“N＋1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置于并聯(lián)輸出狀態(tài)來運行的供電系統(tǒng)。
　　
　　為使UPS并機供電系統(tǒng)具有必要的“容錯”功能，要求用戶的最大負載量不應超過N臺UPS單機的總輸出功率。當UPS并機系統(tǒng)正常工作時，由“N＋1”臺UPS單機來平均分擔負載電流。當某臺UPS出故障時，發(fā)生故障的那臺UPS通過執(zhí)行“選擇性跳閘”操作而自動脫機，此時,由剩下的N臺UPS繼續(xù)為用戶提供高質(zhì)量的逆變器電源。
　　
　　隨著位于UPS冗余系統(tǒng)中的UPS單機數(shù)量的增加，它不但會造成整套UPS冗余并機供電系統(tǒng)的可靠性逐漸地下降，而且還會導致整套UPS冗余并機系統(tǒng)的“輸出功率的余量”也逐漸地減小(這意味著：UPS并機系統(tǒng)的抗輸出過載能力也在逐漸地降低)。因此，從應用技術的角度看，用戶應盡量地選用最可靠的“1＋1”型或“2＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)。
　　
　　選配同IDC的集中監(jiān)控系統(tǒng)“兼容性”好的UPS冗余供電系統(tǒng)
　　
　　為了滿足信息網(wǎng)絡對IDC和MDC機房實現(xiàn)無人或少人值守管理和遠程集中監(jiān)控的需求，從而提高對UPS供電系統(tǒng)的“可管理性”，對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來說，除本身應配置對它的所有IT設備進行實時監(jiān)控的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)之外，還應建立一套對“非IT設備”的集中監(jiān)控體系，以便對諸如空調(diào)機、配電柜、電池組、發(fā)電機組、漏水警報、安全系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等設備的運行情況進行實時的監(jiān)控和分析。為此，要求所選用的UPS冗余供電系統(tǒng)應配置有如下通信接口：
　　
　　1）在UPS上配置RS232/RS485接口，Modem或SNMP適配器；
　　
　　2）用于顯示UPS的工作狀態(tài)/報警信息的“繼電器干接點”型的輸出通信接口；
　　
　　3）“用戶自定義”輸入信號(門禁、煙霧、溫度、濕度等報警信號)的“繼電器干接點”型的輸入通信接口；
　　
　　4）對各種“非IT設備”配置必要的數(shù)據(jù)采集器；
　　
　　5）配置相應的集中監(jiān)控和管理軟件包或通信協(xié)議。
　　
　　利用上述的輸入/輸出通信接口和相應的電源管理軟件或用戶現(xiàn)有的網(wǎng)管集中監(jiān)控系統(tǒng),就可以組成所謂的智能化IDC和MDC機房的集中監(jiān)控系統(tǒng)。在這樣的網(wǎng)管系統(tǒng)中，可實現(xiàn)的主要調(diào)控功能有：
　　
　　1）調(diào)閱在UPS的LED/LCD顯示屏上所能觀察到的UPS的實時運行參數(shù)(例如：輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數(shù)及電池組的充放電電壓/電流等參數(shù))；
　　
　　2）“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”所用的各種“機房環(huán)境調(diào)控設備”的“運行大事記”(自各種設備開機以來，按時序排列的，曾出現(xiàn)過的故障/報警/用戶所執(zhí)行過的操作等信息)；
　　
　　3）萬一發(fā)生故障時，執(zhí)行網(wǎng)絡廣播報警(彈出報警窗口)，電話或手機的自動撥號、自動傳呼或發(fā)E－Mail等操作，以便通知值班人員及時到現(xiàn)場排除故障或維修；
　　
　　4）對UPS的備用電池組執(zhí)行可編程的電池容量“自測試”操作，如果發(fā)現(xiàn)電池的“實有容量（Ah）”偏低時，還應自動發(fā)出“電池需要更換”的預報警信號；
　　
　　5）將“用戶的自定義”報警信號(例如：溫度/濕度、門禁、消防等報警信號)經(jīng)UPS的輸入通信接口被納入IDC機房或智能化樓宇的統(tǒng)一的集中監(jiān)控系統(tǒng)；
　　
　　6）由IDC和MDC的主管當局所指定的人員，根據(jù)不同的授權權限，分級“重新調(diào)整”/設置各種相應設備的運行參數(shù)或執(zhí)行遠程的故障分析/診斷操作。