| 摘要：改变备用能源配置方法，由备用能源（电池）直接用直流电压对负载供电，以上问题就迎刃而解，使UPS系统的可靠性、建造成本、能源利用率、系统标准化等方面，都会产生革命性的变化。本篇将从UPS技术发展过程讲述：为什么早期的IT设备要交流电压供电；传统UPS系统结构存在的问题；UPS直流输出的可行性和性能优势；直流UPS设计和应用中面临的技术难题等。 |
6.3 传统UPS输出直流化变革是技术发展的必然趋势
直流供电方案是根据可靠性理论设计的，是可靠性理论的应用。
（1）可靠性低下的根本原因-系统功能设计策略的误区
实现不停电供电功能的最基本的条件是必须有两路能源，一路主供电，一路备用供电。主供电是可能故障掉电的，这是建立UPS供电系统的初衷；备用能源应该是实现不停电连续供电的保障。但是，遗憾的是，传统UPS设计方案并没有给备用电池发挥作用的充分条件，电池并没有直接放在负载的前面为负载“保驾”，而是把它放到了UPS主机设备中，市电掉电时，电池要通过UPS主机设备中最不可靠的环节-DC/AC逆变器向负载供电，如图6.3所示。备用能源供电路径的不可靠是造成传统UPS供电系统可靠性难以有效提高的根本原因。
图6.3 交流输出UPS 备用能源配置 图6.4直流输出UPS 备用能源配置
如果把备用能源电池直接放在负载前面，市电掉电时由高可靠地备用能源直接给负载供电，那么备用能源不仅可在市电掉电时向负载供电，当市电正常而供电系统发生故障时，也可保证负载的正常运行。如图6.4所示。
相对于图6.4，图6.3在可靠性方面的差别表现在以下三点：
第一、备用电池与市电+UPS供电系统形成冗余并机系统，高可用的备用电池从根本上隔离了市电和供电系统的故障，可使整个系统的可靠性得到明显地提高；
第二、电池的可靠性得到了充分的发挥。在图6.3，电池供电的可靠性是电池与UPS输出DC/AC逆变器的串联，而在图6.4中，电池供电的可靠性就等于电池本身的可靠性；
第三、备用电池的可用容量提高10%。
（2）对“可预见非突发性故障”和“不可预见突发性故障”可靠性的讨论
一个系统中设备可能发生的故障有两种类型：
可预见非突发性故障：
例如电池组，它的故障现象有两个最基本的特点，一是故障现象诸如：电池槽变形、电池漏液、电池容量不足、电池浮充电压均匀性差、排气阀失效等，是直观可见的，或者是很容易被测量到的；二是所有这些故障都有发生过程长、是渐变过程、且发生故障不是突发性的特点。对这种类型的设备，通过维护很容易发现故障隐患，也有充裕的时间在不影响运行的情况下排除故障隐患，或者安排计划停电进行维护。
不可预见突发性故障：
例如供电系统中的UPS主机、ATS和STS转换开关等设备，系统管理和监控只能判定其工作状态，而硬件失效、控制电路板焊点的隐患、系统对控制电路的干扰等，却是不可预见的，也很难检测到的，故障发生的时间是不可预测的，随机性的，突发性的。对于这种类型的设备，很难在故障前发现它，一但故障发生，必然使系统瘫痪。
对只存在可预见非突发性故障的设备，定期的维护并对有故障隐患的另部件进行更换，这无异于设备的更新。
（3）对“可预见非突发性故障”和“不可预见突发性故障”可用性的讨论
可用性定义为：系统在使用过程中，可以正常使用的时间与总时间之比。可用性高意味着给用户更多的正常使用时间，把故障后不可用时间降到最低限度。
由于电池具备“可预见非突发性故障”的特点，在DC-UPS系统中，可使系统从根本上消除或者隔离“突发性故障”。对于电池质量和性能的变化，使用者有充分的时间（例如十天半月）发现它，并在不影响系统正常运行的前提下维护更换，或者安排“计划停电时间”排除故障。这相当于把故障停电时间缩短到0，把电池的可用性提高到1。
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