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总结:UPS系统配置方案及其优缺点

来源:机房360 作者:APC白皮书 更新时间:2010-4-30 15:24:12

摘要:本文对这些UPS系统配置方案进行了说明,并逐一论述每种方案的优缺点。选择系统配置方案时,应当根据负载的关键程度而定。

  在多数发达国家中,公共配电系统已然相当可靠,但有研究表明,即使是最完美的市电网络也不可能完全满足那些不间断的重要数据处理运营中心的需求。面对市电电源有可能引起停机及数据处理错误这一情况,大多数公司都选择在公共配电系统与其关键负载之间安装UPS(不间断电源)系统。为应用环境选择何种UPS系统设计配置方案会直接影响到该应用环境中的IT设备的可用性。影响系统可用性的因素有多种,包括人为错误、设备的可靠性、维护水平以及恢复时间等等。而以上每种因素对整个系统的可用性所造成的影响,在很大程度上是由所选择的配置方案决定的。
  
  长久以来,很多设计工程师都试图设计出完美无瑕的UPS解决方案为关键负载提供支持,不过他们的设计方案却往往不一定达到设计方案的可用性范围。譬如,并联冗余、串联冗余、分布式冗余、热连接、热同步、多路并联总线、双系统以及故障预警系统等等,这些都是设计工程师或制造商赋予不同UPS配置方案的名称。这些名称的问题在于,对于不同的用户,它们可能具有不同的含义,可以存在很多种解释方式。虽然目前市场上的UPS配置名目繁多且差别甚大,但最常用的不外乎5种。这5种方案包括:容量、串联冗余、并联冗余、分布式冗余、双总线系统。
  
  本文对这些UPS系统配置方案进行了说明,并逐一论述每种方案的优缺点。选择系统配置方案时,应当根据负载的关键程度而定。此外,还要考虑停机所带来的影响以及公司的风险承受能力,这样才能更好地找到合适的系统配置方案。本文还介绍了如何为特定应用环境选择恰当的配置方案的一些指导方针。
  
  1 容量或“N”系统
  
  简而言之,N系统指由单个UPS模块或容量与关键负载规划容量相等的一组并联UPS模块构成的系统。迄今为止,这种类型的系统是UPS行业中使用最为广泛的配置。办公桌下的小型UPS即属于N配置。同样,对于规划设计容量为400kW,面积为5000平方英尺(465平方米)的计算机房,如果采用单个400kW的UPS或在公共总线上采用两个并联的200kWUPS,那么也属于N配置。因此,可以将N配置视作为关键负载供电的最低要求。
  
  虽然上述两例均可视为N配置,但其中的UPS模块设计却有所不同。与小型UPS不同,超出单相容量(大约为20kW)的系统都设置有内部静态旁路开关,以便在UPS模块出现内部问题时,将负载安全地转换到市电。UPS到静态旁路的转换点都经过制造商的仔细选取,以便为关键负载提供最妥善的保护,同时也保护UPS模块本身不会受到损害。下面举例说明了这些保护措施中的一种措施:在三相UPS应用中,模块通常都具有额定过载能力指标。该指标的一种表述形式为“模块将承载125%的额定负载达10分钟”。因此,一旦负载达到额定值的125%,模块将启动一个计时程序,其内部时钟将开始倒数10分钟。10分钟后,如果负载仍未恢复到正常水平,则模块会将负载安全地转换到静态旁路。启用旁路的情况还有很多种,UPS模块的规格说明中会对此进行详细阐述。
  
  扩充N配置的一种方式是为系统提供“维护”或“外部”旁路。若采用外部旁路,那么在需要进行维护时,可以将整个UPS系统(模块和静态旁路)安全地关闭。维护旁路与UPS共用共用一个配电盘,并且与UPS输出端直接相连。当然,正常情况下这条电路处于断开状态,仅当UPS模块转换到静态旁路时才合上。在设计过程中,必须采取某些措施以防止当UPS未转换到静态旁路时,维护旁路电路接通。如果安装正确,维护旁路可确保UPS模块安全运行而无需担心负载停机,因而是系统中一个极为重要的组件。
  
  大多数“N”系统配置,尤其是低于100kW的配置,都用于对整个电力系统配置无特殊要求的建筑环境中。建筑物的电力系统一般都采用“N”配置,因此,“N”UPS配置刚好可满足这种情况。图1显示了常用的单模块UPS系统配置。

  优点
  
  设计概念简单,硬件配置成本低廉。
  
  由于UPS工作于满负荷条件下,因而其效率最高。
  
  具备高于市电的可用性。
  
  如果电力需求增长,可进行扩展(可以同时配置多个UPS设备。根据供应商或制造商的不同,可以并联多达8个额定值相同的UPS模块)。
  
  缺点
  
  可用性有限,因为如果UPS模块出现故障,负载将转换到旁路供电,从而处于无保护电源下。
  
  在UPS、电池或下游设备维护期间,负载处于无保护电源下(通常,这种情况每年至少会发生一次,而且往往会持续2-4小时)。
  
  缺乏冗余,限制了在UPS发生故障时对负载的保护能力。
  
  存在多个单故障点,这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。

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