UPS冗余并聯(lián)與雙總線連接供電方案

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

　　式中的A（Availability）表示的是可用性，它的含義是在整個(gè)規(guī)定運(yùn)行時(shí)間中，可靠供電時(shí)間的比例；MTBF是表示設(shè)備可靠性的平均無(wú)故障時(shí)間，它的含義是平均多長(zhǎng)時(shí)間不出故障；MTTR表示的是平均修復(fù)時(shí)間，它的含義是電源所有故障維修時(shí)間之平均值。
　　
　　從式（1）中可以看出，為了提高可用性也有兩個(gè)途徑：提高電源的平均無(wú)故障時(shí)間和縮短平均修復(fù)時(shí)間。但當(dāng)機(jī)器的期間質(zhì)量達(dá)到一定程度后，再增大平均無(wú)故障時(shí)間的代價(jià)較大，而且效果也不太顯著，因?yàn)榭偛荒軐⑵骄鶡o(wú)故障時(shí)間做到無(wú)窮大。然而縮短平均修復(fù)時(shí)間的效果卻比較明顯，如果平均修復(fù)時(shí)間縮短為零（這種可能性是存在的，而且也不難實(shí)現(xiàn)），那么可用性就是100%。采用UPS冗余并聯(lián)方法就可達(dá)到這個(gè)目的：比如兩臺(tái)同容量的UPS并聯(lián)，其中任何一臺(tái)都具有承擔(dān)100%負(fù)載的能力，那么兩臺(tái)并聯(lián)后就有了200%的供電能力，所以其中任何一臺(tái)因故障而停機(jī)后，另一臺(tái)仍可以接著繼續(xù)供電，使負(fù)載設(shè)備的工作得以不間斷地連續(xù)進(jìn)行下去，達(dá)到了修復(fù)時(shí)間縮短為零的目的。
　　
　　負(fù)載設(shè)備的多電源入口，也可達(dá)到上述目的。多電源入口就意味著需要多個(gè)電源供電，任何一個(gè)入口的電源都具有100%的負(fù)載能力，所以其中任何一臺(tái)電源因故障而停機(jī)后，另外的電源仍可以接著繼續(xù)供電，使負(fù)載設(shè)備的工作得以不間斷地連續(xù)進(jìn)行下去。
　　
　　正是由于有這兩種提高系統(tǒng)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(lián)供電方案的可靠性與可用性
　　
　　1.兩臺(tái)UPS冗余并聯(lián)舉例
　　
　　為了容易分析，在這里只用兩臺(tái)UPS作1+1冗余并聯(lián)，如圖1所示。后面的所有負(fù)載之和小于100kVA，兩臺(tái)UPS的輸出電壓在輸出配電柜內(nèi)直接并聯(lián)，然后再通過(guò)開(kāi)關(guān)S給負(fù)載供電。如果遇到雙電源負(fù)載就可以分別從兩相電壓上各引一路到負(fù)載，照樣滿足雙電源輸入的條件，如圖中S3、S4所示。

　　
　　2.雙機(jī)1+1冗余并聯(lián)供電的可靠性
　　
　　為了對(duì)可靠性有一個(gè)大略的數(shù)值概念，在這里只對(duì)UPS本身的并聯(lián)進(jìn)行討論，至于那些必不可少的斷路器開(kāi)關(guān)，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(qū)別的部分。假如每臺(tái)UPS的可靠性r=0.99，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，暫認(rèn)為兩臺(tái)UPS的可靠性相等，就可做出雙機(jī)1+1冗余并聯(lián)供電的可靠性模型圖，如圖2所示。

　　
　　此時(shí)，這個(gè)供電系統(tǒng)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(wàn)分之一，故障率也大約是萬(wàn)分之一。即雙機(jī)冗余并聯(lián)后，使系統(tǒng)的可靠性提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。其原因是它可以使可用性表達(dá)式中的平均修復(fù)時(shí)間MTTR減到最小。
　　
　　另外，雙機(jī)冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，就是過(guò)載能力特強(qiáng)：具有2倍UPS單機(jī)的過(guò)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(xiàn)
　　
　　（1）STS的出現(xiàn)
　　
　　STS(StaticTransferSwitch)的出現(xiàn)原本是為了代替ATS，由于ATS具有切換時(shí)間長(zhǎng)、壽命短、切換聲音大和有火花干擾的缺點(diǎn)，為用戶在一定程度上帶來(lái)了不便。Cyberex公司首先推出了用晶閘管構(gòu)成的電子式靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以區(qū)別于那種機(jī)械式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)ATS.(AutomaticTransferSwitch)。尤其現(xiàn)在所說(shuō)的STS實(shí)際上已經(jīng)是DSTS(DigitalStaticTransferSwitch)，即數(shù)字式靜態(tài)開(kāi)關(guān)，其整個(gè)切換時(shí)間小于4ms，它的切換方式是先斷后合，因此兩電源在切換時(shí)的相位差甚至可以大于180°。這種產(chǎn)品的可靠性與電磁兼容指標(biāo)等均應(yīng)符合UL1008Listed。圖3示出了DSTS(DigitalStaticTransferSwitch)的電原理圖，右邊是它的電路符號(hào)。
　　
　　DSTS的確解決了ATS所無(wú)法做到的一些性能，比如DSTS的切換時(shí)間比ATS要快上一千多倍，而且沒(méi)有聲音、沒(méi)有火花，對(duì)一般電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，這種兩個(gè)電源之間的切換間隔幾乎是沒(méi)有感覺(jué)的。

　　
　　由于DSTS對(duì)構(gòu)成元器件質(zhì)量的要求很高，再加之在多處都采用了冗余措施，所以造價(jià)也很高，相應(yīng)地為銷售商也帶來(lái)了不菲的利潤(rùn)，于是在被引入機(jī)房的時(shí)候就出現(xiàn)了一些誤會(huì)。比如本來(lái)可以用于并聯(lián)冗余的兩臺(tái)UPS供電系統(tǒng)，有的供應(yīng)商就硬把它們分割開(kāi)了，在兩臺(tái)UPS輸出端加了一臺(tái)DSTS，說(shuō)這樣比直接并聯(lián)可靠性高，如圖4所示。其工作原理是：兩臺(tái)UPS的輸出端都連接到DSTS上，比如開(kāi)始由UPS1向負(fù)載供電，UPS2備用，一旦UPS1故障，DSTS就馬上切斷UPS1而接通UPS2，繼續(xù)向負(fù)載供電，這就保證了負(fù)載設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。