UPS供電系統(tǒng)雙總線（N+1）配置方案解析

　　雙總線（N+1）方案概述
　　
　　互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)和多媒體數(shù)據(jù)中心(MDC)是高速互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控中心。用戶對(duì)它們所承擔(dān)的對(duì)信息資源(數(shù)據(jù)、語音和圖像信息)的遠(yuǎn)程處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)送的“時(shí)效性”要求極高。哪怕是僅幾秒鐘的“停機(jī)”均會(huì)給整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來無法估量的損失。嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)斐缮鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)生活的嚴(yán)重癱瘓。因此，IDC必須向用戶提供365×24h連續(xù)不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務(wù)。為達(dá)此目的，從設(shè)計(jì)原則上講，承擔(dān)著向IDC機(jī)房供電任務(wù)的整個(gè)電源系統(tǒng)都必須采用具有高度“容錯(cuò)”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網(wǎng)出故障時(shí)或是在某臺(tái)“雙變換、在線式UPS電源”的逆變器發(fā)生故障時(shí)，還是在進(jìn)行日常維護(hù)/檢修操作時(shí)或因故致使保險(xiǎn)絲燒毀/斷路器開關(guān)“跳閘”時(shí)，互聯(lián)設(shè)備均應(yīng)由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應(yīng)進(jìn)入由普通的市電電源/應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。這是因?yàn)橹挥?ldquo;在線式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負(fù)載提供同時(shí)具有穩(wěn)壓、無頻率“突變”，無干擾和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。對(duì)于包括后備式UPS，在線互動(dòng)式UPS在內(nèi)的“非在線式UPS”來說，它們主要對(duì)輸入電源的電壓進(jìn)行調(diào)整，對(duì)輸入電壓的頻率波動(dòng)，各種電源干擾和電壓失真度并無“實(shí)質(zhì)性”的改善。這就意味著，在整個(gè)供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在單點(diǎn)“瓶頸”故障隱患。為此，應(yīng)盡可能地配置具有高度“容錯(cuò)”功能的UPS冗余供電系統(tǒng)。也就是說，在這種UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中，即使遇到某些“部件”偶然發(fā)生“故障”時(shí)，整個(gè)UPS供電系統(tǒng)必須仍能正常工作。
　　
　　根據(jù)當(dāng)今UPS產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平，以選用具有“雙總線輸入”和“雙總線輸出”供電功能的UPS冗余供電系統(tǒng)為宜。它是由如下幾部分供電系統(tǒng)所構(gòu)成的：
　　
　　1）雙總線輸入供電系統(tǒng)
　　
　　雙總線輸入供電系統(tǒng)基本配置為：由市電輸入電源＋備用發(fā)電機(jī)組＋“自動(dòng)切換”控制柜＋輸入配電柜。自動(dòng)切換控制系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)視著各種輸入電源的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并確?？偸菍⑵渲凶羁煽康囊宦冯娫此偷経PS的輸入端。對(duì)于某些重要的IDC機(jī)房而言，其“應(yīng)急發(fā)電機(jī)”電源實(shí)際上是一套由多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)＋發(fā)電機(jī)并機(jī)控制柜所組成的冗余式發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)。為確保后接的“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)能絕對(duì)安全可靠地運(yùn)行，必須高度重視位于上述冗余輸入電源供電系統(tǒng)中的各種設(shè)備之間的“技術(shù)兼容性”和“切換參數(shù)”的正確設(shè)置。
　　
　　2）雙總線輸出配電系統(tǒng)
　　
　　為了消除可能出現(xiàn)在UPS并機(jī)系統(tǒng)輸出端與用戶端之間的“單點(diǎn)瓶頸”故障隱患，有必要配置UPS的雙總線輸出配電系統(tǒng)。其基本配置是由“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)(優(yōu)選“1＋1”或“2＋1”型并機(jī)供電方案)＋輸出配電柜＋負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)(LTS)所組成的UPS輸出供電系統(tǒng)。對(duì)于某些要求極高的場(chǎng)所，還應(yīng)配置由負(fù)載同步控制器（LBS）＋兩套“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)所組成的具有極高“容錯(cuò)”功能的供電系統(tǒng)。鑒于目前在IDC機(jī)房中所用的服務(wù)器和磁盤陣列機(jī)等產(chǎn)品中有（30～50）％為采用“雙電源輸入供電”體制的產(chǎn)品，對(duì)于這些設(shè)備，可以直接將分別來自兩套“N＋1”型并機(jī)系統(tǒng)的電源連接到這種“雙電源輸入設(shè)備”的兩個(gè)輸入端上。對(duì)于采用“單電源輸入供電”方式的關(guān)鍵負(fù)載，則是將分別來自兩套“N＋1”型并機(jī)系統(tǒng)的電源首先連接到“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”(常見的是STS型的靜態(tài)開關(guān)和SS型的快速切換開關(guān))的兩個(gè)輸入端上，然后再將用戶的關(guān)鍵設(shè)備連接到“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的輸出端上。
　　
　　雙總線N＋1系統(tǒng)高可靠性分析
　　
　　要想讓互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心具有365×24h的“全天候”運(yùn)行特性，對(duì)于向它提供電源的UPS產(chǎn)品的可靠性的要求是非?？量痰?。這是因?yàn)閷?duì)于可靠性僅達(dá)99.999％的UPS產(chǎn)品來說，它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)316s，即使將UPS產(chǎn)品的可靠性提高到99.999999％，在一年中可能造成的停機(jī)時(shí)間仍有320ms之長(zhǎng)。對(duì)于IDC機(jī)房而言，如果真的發(fā)生長(zhǎng)達(dá)320ms的停機(jī)故障，它會(huì)帶來很大的損失。這是因?yàn)楫?dāng)前多數(shù)計(jì)算機(jī)所允許的瞬間供電中斷時(shí)間為10～18ms。否則，就會(huì)造成用戶的網(wǎng)控操作系統(tǒng)或運(yùn)行軟件遭到破壞。因此，要想讓IDC機(jī)房真正具備能提供365×24h的連續(xù)不間斷的運(yùn)行特性，絕不是當(dāng)今的UPS產(chǎn)業(yè)可提供的UPS單機(jī)所能達(dá)到的。迄今為止，我們只能制造出故障率越來越低的UPS產(chǎn)品。然而，還制造不出“故障率為零”的UPS產(chǎn)品。在當(dāng)今的技術(shù)條件下，采用“N＋1”型UPS冗余并機(jī)供電系統(tǒng)是消除單點(diǎn)“瓶頸”故障的最佳供電方案。它是在確保各臺(tái)UPS單機(jī)的逆變器輸出電壓處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現(xiàn)在各種UPS單機(jī)之間的“環(huán)流”等于零)，將“N＋1”臺(tái)具有相同輸出功率的UPS單機(jī)置于并聯(lián)輸出狀態(tài)來運(yùn)行的供電系統(tǒng)。
　　
　　為使UPS并機(jī)供電系統(tǒng)具有必要的“容錯(cuò)”功能，要求用戶的最大負(fù)載量不應(yīng)超過N臺(tái)UPS單機(jī)的總輸出功率。當(dāng)UPS并機(jī)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由“N＋1”臺(tái)UPS單機(jī)來平均分擔(dān)負(fù)載電流。當(dāng)某臺(tái)UPS出故障時(shí)，發(fā)生故障的那臺(tái)UPS通過執(zhí)行“選擇性跳閘”操作而自動(dòng)脫機(jī)，此時(shí),由剩下的N臺(tái)UPS繼續(xù)為用戶提供高質(zhì)量的逆變器電源。
　　
　　隨著位于UPS冗余系統(tǒng)中的UPS單機(jī)數(shù)量的增加，它不但會(huì)造成整套UPS冗余并機(jī)供電系統(tǒng)的可靠性逐漸地下降，而且還會(huì)導(dǎo)致整套UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的“輸出功率的余量”也逐漸地減小(這意味著：UPS并機(jī)系統(tǒng)的抗輸出過載能力也在逐漸地降低)。因此，從應(yīng)用技術(shù)的角度看，用戶應(yīng)盡量地選用最可靠的“1＋1”型或“2＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)。
　　
　　選配同IDC的集中監(jiān)控系統(tǒng)“兼容性”好的UPS冗余供電系統(tǒng)
　　
　　為了滿足信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)IDC和MDC機(jī)房實(shí)現(xiàn)無人或少人值守管理和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的需求，從而提高對(duì)UPS供電系統(tǒng)的“可管理性”，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來說，除本身應(yīng)配置對(duì)它的所有IT設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之外，還應(yīng)建立一套對(duì)“非IT設(shè)備”的集中監(jiān)控體系，以便對(duì)諸如空調(diào)機(jī)、配電柜、電池組、發(fā)電機(jī)組、漏水警報(bào)、安全系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和分析。為此，要求所選用的UPS冗余供電系統(tǒng)應(yīng)配置有如下通信接口：
　　
　　1）在UPS上配置RS232/RS485接口，Modem或SNMP適配器；
　　
　　2）用于顯示UPS的工作狀態(tài)/報(bào)警信息的“繼電器干接點(diǎn)”型的輸出通信接口；
　　
　　3）“用戶自定義”輸入信號(hào)(門禁、煙霧、溫度、濕度等報(bào)警信號(hào))的“繼電器干接點(diǎn)”型的輸入通信接口；
　　
　　4）對(duì)各種“非IT設(shè)備”配置必要的數(shù)據(jù)采集器；
　　
　　5）配置相應(yīng)的集中監(jiān)控和管理軟件包或通信協(xié)議。
　　
　　利用上述的輸入/輸出通信接口和相應(yīng)的電源管理軟件或用戶現(xiàn)有的網(wǎng)管集中監(jiān)控系統(tǒng),就可以組成所謂的智能化IDC和MDC機(jī)房的集中監(jiān)控系統(tǒng)。在這樣的網(wǎng)管系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)的主要調(diào)控功能有：
　　
　　1）調(diào)閱在UPS的LED/LCD顯示屏上所能觀察到的UPS的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)(例如：輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數(shù)及電池組的充放電電壓/電流等參數(shù))；
　　
　　2）“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”所用的各種“機(jī)房環(huán)境調(diào)控設(shè)備”的“運(yùn)行大事記”(自各種設(shè)備開機(jī)以來，按時(shí)序排列的，曾出現(xiàn)過的故障/報(bào)警/用戶所執(zhí)行過的操作等信息)；
　　
　　3）萬一發(fā)生故障時(shí)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)廣播報(bào)警(彈出報(bào)警窗口)，電話或手機(jī)的自動(dòng)撥號(hào)、自動(dòng)傳呼或發(fā)E－Mail等操作，以便通知值班人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)排除故障或維修；
　　
　　4）對(duì)UPS的備用電池組執(zhí)行可編程的電池容量“自測(cè)試”操作，如果發(fā)現(xiàn)電池的“實(shí)有容量（Ah）”偏低時(shí)，還應(yīng)自動(dòng)發(fā)出“電池需要更換”的預(yù)報(bào)警信號(hào)；
　　
　　5）將“用戶的自定義”報(bào)警信號(hào)(例如：溫度/濕度、門禁、消防等報(bào)警信號(hào))經(jīng)UPS的輸入通信接口被納入IDC機(jī)房或智能化樓宇的統(tǒng)一的集中監(jiān)控系統(tǒng)；
　　
　　6）由IDC和MDC的主管當(dāng)局所指定的人員，根據(jù)不同的授權(quán)權(quán)限，分級(jí)“重新調(diào)整”/設(shè)置各種相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)或執(zhí)行遠(yuǎn)程的故障分析/診斷操作。