淺談不間斷UPS 供電系統的可靠性

鄭懷玉

（科華恒盛股份有限公司，福建 廈門 361000）

據相關資料顯示，所謂UPS 即不間斷電源，指在原有的供電系統基礎上，將蓄電池與主機進行統一連接，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換，從而生成用于市場供電的系統設備。在常用的供電系統中，使用UPS 能夠有效提高整體系統的穩定性和可靠性，從而保證電力系統正常運作。由此可見，為進一步提高基于不間斷UPS供電系統的安全性，要對影響其可靠性的原因進行綜合性探討，并研發出先進的改進技術，從更深層次提高國家供電系統的工作效率和經濟效益。

1 數據中心機房設備類別以及用電特點

傳統的數據機房中有不同類別的電力設施設備，例如，網絡交換器、主機服務器、轉換器、路由器、儲存設備等。按照電源設備進行分類可分為單設備和冗余設備。其中，單電源設備的結構電源模板只有一個，一旦在供電的過程中出現差錯或者電源本身出現損壞，該設備就不會正常運行；冗余電源設備指在電源模塊中存在多余的電源，又被稱為雙電源設備。當多個電源同時承擔系統的電負荷時，即便其中一個模塊出現問題停止運行，其余電源模塊也會繼續承擔所需要承擔的系統電源負載，從而有效提高供電系統的穩定性和可靠性。

2 常見的幾種UPS 冗余供電模式概述

2.1 單、單串聯總線供電模式

單、單串聯總線供電模式如圖1 所示。選擇兩套UPS系統分別作為UPS 的主機和備用機。其中，該系統的備用機所有的輸出都將作為主機的靜態化旁路電源，也就是主機的備用冗余供電，被稱之為雙機單串聯冗余供電。當整個系統正常運行時，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。當主機發生故障時，系統負載將主機旁路進行切換，從而由備機承擔電力負載。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旁路輸入口，便能快速實現主、備機冗余供電。當供電系統在應用該供電模式時，能夠靈活進行產品的選擇，還可以將不同制造商的產品進行綜合化應用。在單機容量能夠承受系統負載的情況下，對不同性能、不同容量的UPS 進行串聯，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進行額外設備的添加處理，該模式出現故障的因素較少，方便現場進行安裝調試和后期維護。即便該模式的機構和控制系統較為單一，但是在日常的生產生活中，當系統處于正常運作的狀態時，所有的負載均有主機進行供電，其備機處于長期待機狀態時，兩個結構的老化程度會不同步。由此可見，當主機與備機進行線路轉換時，備機要對負載的變化進行及時應對和處理。此外，在整個系統中，雙電源負載與單電源負載的供電方式存在一定差異，單電源負載為主機或備機UPS 供電，雙電源負載為主機和備機均可供電負載。

圖1 單、單串聯總線供電模式

2.2 雙并聯總線供電模式

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

圖2 雙并聯總線供電模式

對雙并聯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點：①提高了系統的穩定性。當UPS 系統正常運轉時，會由N+1 臺設備對其產生的負載進行不間斷供電，當其中某臺設備出現故障時，會由剩余的N臺UPS 進行負載分擔。由此可見，對于整個電力系統，不論前端出現什么故障，其后端都會有純凈、穩定的電源輸入。②運行串聯冗余模式可以對系統進行線上的維護以及在不間斷供電操作下，對并聯系統的任意單臺UPS 設備進行不帶電維護操作。當UPS 在并聯的方式進行時，會由于電網頻率波動、負載擾動等原因，使供電系統的運行狀態發生改變。同樣的，在整個系統中，雙電源負載與單電源負載的供電方式存在一定差異，單電源負載為單套UPS 供電，雙電源負載為兩套共同供電。

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、并聯冗余線路供電模式的基礎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，為系統提供獨立的負載電源。當接入的為單電源時，可以加上靜態轉換開關，當系統處于正常工作狀態下，且主機電源的電壓值處于正常范圍，便可以將負載連接在主電源上；當接入為雙電源時，兩個線路同時對負載進行供電，雙電源負載的兩個電源模塊會進行協同工作。

3 將雙總線供電模式進行合理的應用

據調查，國內某數據管理中心在其配電系統中廣泛應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定需求，將上述的幾種供電模式進行綜合化結合，科學地提高了電力系統的安全系數。在建設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據中心機房在進行容量擴充改造后，將其機房內部凈面積增加到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整，在提高供電系統可靠性的同時，有效減少電力設備的投資額度和占地空間。

圖3 雙總線供電模式

4 結束語

經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自身的結構方面具有一定的獨特優點，能夠廣泛應用于電子計算機業務終端、網絡服務器、網絡設備等多類別領域。為在原有的供電系統基礎上提高不間斷UPS 供電系統的可靠性和穩定性，需從單串聯總線供電模式、雙并聯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整合和優化，相信通過對上述模式的深層次科研，會創造出一種集串并聯、雙總線優點為一體的自動化供電模式，從根本層面上進一步促進UPS 供電系統的現代化發展。