谈ups冗余并联与双总线连接供电方案设计

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1、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：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

2、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200%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

3、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

4、直接并联，然后再通过开关S给负载供电。如果遇到双电源负载就可以分别从两相电压上各引一路到负载，照样满足双电源输入的条件，如图中S3、S4所示。2.双机1+1冗余并联供电的可靠性为了对可靠性有一个大略的数值概念，在这里只对UPS本身的并联进行讨论，至于那些必不可少的断路器开关，不论用什么方式供电都是必不可少的，大家都一样，所以暂不考虑，在这里只讨论有区别的部分。假如每台UPS的可靠性r=0.99，为了简单起见，暂认为两台UPS的可靠性相等，就可做出双机1+1冗余并联供电的可靠性模型图，如图2所示。此时，这个

5、供电系统的可靠性就R2是：不可靠性Q=1-可靠性=1-0.9999=0.0001，不可靠性是万分之一，故障率也大约是万分之一。即双机冗余并联后，使系统的可靠性提高了两个数量级。其原因是它可以使可用性表达式中的平均修复时间MTTR减到最小。另外，双机冗余并联结构的系统有一个突出优点，就是过载能力特强：具有2倍UPS单机的过载能力。三、UPS双总线供电方案的可靠性与可用性1.UPS双总线供电方案的出现（1）STS的出现STS(StaticTransferSwitch)的出现原本是为了代替ATS，由于ATS具有

6、切换时间长、寿命短、切换声音大和有火花干扰的缺点，为用户在一定程度上带来了不便。Cyberex公司首先推出了用晶闸管构成的电子式静态转换开关，以区别于那种机械式的自动转换开关ATS.(AutomaticTransferSwitch)。尤其现在所说的STS实际上已经是DSTS(DigitalStaticTransferSwitch)，即数字式静态开关，其整个切换时间小于4ms，它的切换方式是先断后合，因此两电源在切换时的相位差甚至可以大于180°。这种产品的可靠性与电磁兼容指标等均应符合UL1008List

7、ed。图3示出了DSTS(DigitalStaticTransferSwitch)的电原理图，右边是它的电路符号。DSTS的确解决了ATS所无法做到的一些性能，比如DSTS的切换时间比ATS要快上一千多倍，而且没有声音、没有火花，对一般电子设备来说，这种两个电源之间的切换间隔几乎是没有感觉的。由于DSTS对构成元器件质量的要求很高，再加之在多处都采用了冗余措施，所以造价也很高，相应地为销售商也带来了不菲的利润，于是在被引入机房的时候就出现了一些误会。比如本来可以用于并联冗余的两台UPS供电系统，有的供应商

8、就硬把它们分割开了，在两台UPS输出端加了一台DSTS，说这样比直接并联可靠性高，如图4所示。其工作原理是：两台UPS的输出端都连接到DSTS上，比如开始由UPS1向负载供电，UPS2备用，一旦UPS1故障，DSTS就马上切断UPS1而接通UPS2，继续向负载供电，这就保证了负载设备的连续运行。但从前面双台UPS冗余并联的例子可以看出，即使不加DSTS也已经实现了在一台UPS故障的情况下负载连续运行下去的功能，而且还有双倍单机