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谈UPS冗余并联与双总线连接供电方案

来源:《UPS与机房》 作者:王其英 更新时间:2009-6-17 12:22:09

摘要:UPS供电方案是采用冗余并联呢,还是双总线方案,对许多用户来说,是个容易模糊的概念。重要的是要分析实际的需求条件,做出正确的产品和方案选择。如何利用市场上成熟的产品,配合可靠、适合的方案,同事考虑成本、节能、环保等因素。本文通过可靠性和可用性计算,分析对比两种方案的各自特点。

  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。

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