信息网络时代UPS供电系统的可靠性和可利用率

2016-08-04戴方权

大科技 2016年15期

关键词：失效率断电电池组

戴方权

（中睿通信规划设计有限公司）

信息网络时代UPS供电系统的可靠性和可利用率

戴方权

（中睿通信规划设计有限公司）

随着网络经济时代的迅速发展，计算机网络信息系统被世界经济中各个领域涉及面越来越广，在各个大小型企业对信息系统的依赖也越来越强的形势下，提高UPS供电系统的可靠性和可利用率，可以极大减小由于电源故障造成的网络瘫痪等问题，从而带来经济的损失。本文主要对UPS供电系统的可靠性和可利用率两方面进行分析。

UPS；可靠性；可利用率

1 UPS供电系统的发展态势

在经济竞争日趋激烈的情况下，抓住互联网的优势快速发展，用信息化推进工业化发展，否则，迟早会被社会所淘汰。各大企业为了获取更大利润，并及时得到准确的信息资源，使公司迅速适应整个变化多端的市场，因此，需要优良的信息系统来维持整个公司的经营。此时，信息的“不间断性”对企业的正常运行是很重要的，包括网络信息系统对信息的处理、传输及存储过程，对于很多大型企业来说，短暂的“网络瘫痪”会造成整个企业几百万元甚至几千万元的损失，而供电系统的损坏是造成“网络瘫痪”的主要原因之一。据调查，近几年造成美国计算机网络信息系统故障，50%以上与供电电源有关，而在我国，供电质量差频繁出现，这些供电质量问题主要包括断电、电压波动频率大、浪涌等。因此，设计一款可靠性高、可利用率高的UPS是提高供电质量的有效方法。

2 UPS供电系统的特点

2.1 UPS工作原理

UPS，即不间断电源，是将蓄电池（多为铅蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。UPS在一定程度上可以避免系统断电、电压波动等问题，并使企业在断电后继续工作，将用户迅速存盘，防止未保存的数据损失，避免因停电带来的部分经济损失。UPS主要用于第算计与其他电子设备提供稳定的电力供应，当然，根据不同的情况，UPS在整个系统中发挥不同的作用。比如，当电力系统正常时，UPS在稳定电压的同时，不断向主机充电；在电力系统出现故障断电时，UPS迅速将直流电变为220V交流电，以维持系统正常运行。

UPS电源系统由“主路、旁路、点成、逆变、整流器等”组成。主路、旁路、电池等电源输入电路，逆变和旁路输出电路，整流器起稳定电压的作用。图1为UPS工作原理图。

图1

市电正常时，UPS以直流电的形式输出，再将直流电逆变，变成稳定的交流电，供负载使用；一旦市电出现故障，则UPS会使用之前的备用电源，再将备用蓄电池的直流电变成交流电，供负载使用。但是，UPS虽被称为不间断电源，但是备用供电的时间是有限的，而如果在有限的时间内不能重新修复出现故障的系统，或者在UPS发挥供电作用是出现问题，就会对整个企业的利润造成影响。因此，提高UPS的可靠性和可利用性是当下解决供电系统问题的燃眉之急[1]。

2.2 UPS出现故障的主要原因

2.2.1 组件故障

UPS出现的最长见得问题，就是电池组充电不足的问题，因此，判断电池组是否有故障，主要应看电池组是否可以提供充足的放电时间。检测是否是UPS电池组出现的问题首先应去掉所有其他负载，用直流表检测电池组放电电压是否符合规定。

其次，当市电正常时，出现逆变器不运作的状况，应先检查逆变器本身是否出现损坏，再检查其他控件是否正常；若市电不正常时，逆变器不运作，很可能是其中的电池组出现问题，电池组放置时间过长或者电池组没有充足的电，这时，要先对电池组冲8～12h电。

当然，还有类似的整流器、旁路等发生故障，在此不一一做出介绍。

2.2.2 UPS对负载不适应

市电意外断电后，若UPS突然与一个“冷机”相连，这就可能导致由于UPS不能适应国家电网出现的状况，使整个供电系统出现问题，带来不必要的麻烦。

2.2.3 操作不规范

UPS系统本身就是复杂、专业的，需要专业人员来操作或者维修，而在操作过程中，若由于专业知识不足，或者接线错误导致的是致命的，比如，在接线时，逆变器是正常工作的，一不小心，就会使逆变器单独工作，频率波动[2]。

3 UPS的可靠性与可利用性

目前，在UPS的设计与制造过程中，采用以DSP技术以及CNA网控技术等为主的先进技术，以及可降低功率驱动模块的驱动电路技术、智能化的“故障自检断”技术，都对UPS在可靠性、可利用性的提高做出巨大贡献。

3.1 UPS的MTBF（平均无故障工作时间）

我们常用MTBF作为衡量UPS作为供电系统的可靠性。MTBF是指：从UPS开始工作时算起，直到系统运作出现问题并引发停电时的平均工作时间。公式表示为：MTBF=1/λ（失效率）。其中，在解释“失效率”时，切不可简单将各个原件的失效率的算书求和或乘积作为整个系统的失效率。当然，MTBF越大越好，即失效率越小越好，但UPS的MTBF除了受是效率的影响，电路的设计以及制造对其影响也是显而易见，即使两家企业同时用同一些组件所生产的UPS在功能和效率上也会出现很大差别。那么，为什么说MTBF是衡量UPS可靠性的重要指标是有原因的，对于像银行系统、交通系统、政府系统等不允许出现网络瘫痪现象，因此，在这种情况下不允许UPS进入“交流旁路”工作状态中。

表1

3.2 UPS的MTBF与MTTR

所谓UPS电源的可利用率，就是指UPS正常工作时间与总时间的比值。它与可靠性不同，UPS的可利用率由MTBF和MTTR共同决定。MTTR是指系统出现故障时，维修人员修好后，时系统重新工作的时间。分析便知，MTTR不仅由设计方案所决定，还由维修工人维修时间长短所决定。暂时的停电对大部分用户来说不会影响到正常生活，但对企业的经济损失影响惨重，对于目前的信息利用率来说，系统能允许的断电时间仅为15～30ms，过了这段时间，光系统瘫痪不说，修理系统所花费的时间，包括修理员到位时间，维修时间，重新运行时间，至少要花费几小时甚至几十小时。因此，为了信息处理、存储更可靠、有效，我们应追求更高的UPS可利用率，而提高UPS可利用率的根本，就是减小MTBF和MTTR的值。

首先明确，最能反映UPS运行质量的MTBF是逆变电源的MTBF，而不是交流电的MTBF，确保减少系统瘫痪次数，即必须保持逆变器一直保持在运行状态，逐渐消除网络瘫痪的隐患，这就需要使逆变器既不可以处于供电状态，也不允许它出现断电的情况。但是，大量的事实证明，为提高UPS利用率，减小MTTR比减小MTBF更有效果，比如，如果将MTBF为5000h的UPS节省4h的MTTR时间，可利用率就可以高达90%以上，因此，若将大量的时间花费在创新技术上，还不如提升维修技术，减小MTTR的数值。当然，为减轻维修工的工作，选择一款合适的UPS系统是必不可少的，目前，可更换的、模块化的UPS非常受用户欢迎，这样，即使维修工检查不出故障出现的原因，直接更换新的即可，这对维修工的专业要求也有所降低，对他们的要求只是找出问题所在的组件，将新的重新插入。这样大大节约了维修的时间，提高了UPS的可利用率[3]。