1 “N+1”UPS并机系统的单点总线输出供电系统的局限性

    “N+1”UPS冗余并机系统的完整配置如图1所示，这是一套典型的“UPS单总线输出”供电系统。由输入电源1、输入电源2、ATS（自动切换开关）、TVSS（防雷击、抗浪涌抑制器）和输入配电柜共同组成“双总线输入”的供电系统。设置双总线输入供电系统的目的是：防止因市电中断致使UPS蓄电池组放电到允许的临界放电电压，并进而导致UPS的逆变器因电池放电电压过低发生自动关机的事故。因此可以在ATS开关的配置上，将输入电源1和输入电源2分别设置为其优先供电电源和备用电源。当优先供电电源中断时，ATS开关将会采取先断后通的方式，在几十毫秒--几百毫秒的时间内，自动将备用电源馈送到各台UPS的输入端上。在ATS开关执行先断后通的切换操作时间，由电池组提供能量来支持UPS的正常运行。

    以便于讨论，下面以“1+1”UPS冗余并机系统为例简单叙述其工作原理和运行特性：正常工作时，输入电源1作为“优先供电”电源向UPS并机系统提供电能。当输入电源1因故停电或工作异常时，备用的输入电源2在ATS开关的调控下，向后接的UPS并机系统供电。鉴于当今ATS开关的切换时间仅为80--160ms，ATS开关执行切换操作而出现的输入电源的短暂停电事故，并不会影响UPS并机系统的正常运行。

    根据“N+1”UPS冗余并机系统的工作原理，正常工作时，有“N+1”台UPS单机平均分担负载电流。在其运行中，当某台UPS出现故障时，在UPS并机逻辑控制板的调控下，通过执行选择性脱机操作，将故障的这台UPS从并机系统的输出总线中脱离出来，由剩下的N台UPS不间断地想负载供电，从而大大增强了UPS供电系统的容错功能。此外，相关的统计资料显示：对于“1+1”UPS冗余并机系统而言，其MTBF（平均无故障时间）要比UPS单机的MTBF高5--6倍。如果再考虑当今UPS单机的MTBF值已达几十万小时以上的事实，给广大用户留下近乎是“完美无缺”的良好印象。正是在这种背景下，“N+1”UPS冗余并机系统广泛地应用在各数据中心、网络通信、工控系统、办公自动化系统中。

    对于双电源输入型的用电设备而言，正常工作时，由两路单相输入供电。在其运行中，如果其中的一路单相电源出现停电事故，仍可确保具有双电源输入特性的设备正常运行。从客观上讲，为了最大限度地发挥出双电源输入设备的技术潜力，应该由两路不同的UPS供电系统来供电，而不宜继续采用图1所以的仅具有但总线输出特性的“N+1”UPS并机系统来供电。其原因是：在这样的供电系统中，由于其输出配电柜采用的是单汇流母排的设计方案，存在着明显的单点瓶颈故障隐患。也就是说，对于UPS冗余并机系统而言，由于其所有负载都是被连接在同一台输出配电柜上，只能对双电源输入的负载提供支路型的冗余供电功能（开关冗余和电缆冗余），不能提供供电系统那个级的冗余保护功能。这是因为它无法提供来源于两路相互独立的电源供应。这样一来，由于在UPS冗余并机系统的供电能力与双电源输入负载的用电需求之间所存在的“不匹配性”而产生尖锐的矛盾。在此背景下，要想确保信息网络系统/工控系统安全运行的必要条件是：在“N+1”UPS并机系统的运行中，不能出现输出停电或闪断故障，即其可利用率应该等于100%。然而现实表明这是不可能的。根据国外UPS冗余并机系统的运行实践来看，由于UPS供电系统出现输出停电或闪断故障而导致信息网络系统/工控系统发生瘫痪的事故屡见不鲜。

    在图1所示的“1+1”UPS冗余供电系统中，无论是爽电源输入的负载，还是单idanyuan输入的负载，都是经各自的短路器开关被链接到UPS的输出配电柜上。显然，对于双电源输入的负载而言，由于再起两路输入线路上各配置一个断路器开关，其可靠性相当高。这是因为在运行中，如果其中一路得断路器开关因故障跳闸或被误断开时，仍然不会影响这些双电源输入的负载正常工作。然而，对于单电源输入的负载而言，如果与其相连的那路开关因故跳闸或被误断开时，必然会导致这台负载停止工作，并静儿导致在信息网络系统/工控系统中发生局部瘫痪事故。为了解决这个问题，有的用户采用带STS开关的“1+1”UPS冗余供电系统的设计方案，如图2所示。根据STS（负载自动切换开关）的工作特性，需要经两个不同的断路器开关来向它馈送两路电源。在这里可设定其中的一路电源作为有限供电电源，另一路作为备用电源。当承担优先供电电源任务的那个断路器开关因故跳闸时，备用电源可以在小于5ms的时间内，将备用电源亏送到单电源输入的负载上。由于用电设备允许的瞬间供电中断时间为8--20ms。所以，仍可确保它正常工作。