浅谈不间断UPS 供电系统的可靠性

郑怀玉

（科华恒盛股份有限公司，福建 厦门 361000）

据相关资料显示，所谓UPS 即不间断电源，指在原有的供电系统基础上，将蓄电池与主机进行统一连接，然后通过主机的逆变器等多类模块电路进行直流电流的转换，从而生成用于市场供电的系统设备。在常用的供电系统中，使用UPS 能够有效提高整体系统的稳定性和可靠性，从而保证电力系统正常运作。由此可见，为进一步提高基于不间断UPS供电系统的安全性，要对影响其可靠性的原因进行综合性探讨，并研发出先进的改进技术，从更深层次提高国家供电系统的工作效率和经济效益。

1 数据中心机房设备类别以及用电特点

传统的数据机房中有不同类别的电力设施设备，例如，网络交换器、主机服务器、转换器、路由器、储存设备等。按照电源设备进行分类可分为单设备和冗余设备。其中，单电源设备的结构电源模板只有一个，一旦在供电的过程中出现差错或者电源本身出现损坏，该设备就不会正常运行；冗余电源设备指在电源模块中存在多余的电源，又被称为双电源设备。当多个电源同时承担系统的电负荷时，即便其中一个模块出现问题停止运行，其余电源模块也会继续承担所需要承担的系统电源负载，从而有效提高供电系统的稳定性和可靠性。

2 常见的几种UPS 冗余供电模式概述

2.1 单、单串联总线供电模式

单、单串联总线供电模式如图1 所示。选择两套UPS系统分别作为UPS 的主机和备用机。其中，该系统的备用机所有的输出都将作为主机的静态化旁路电源，也就是主机的备用冗余供电，被称之为双机单串联冗余供电。当整个系统正常运行时，由主机提供运行所需要的电力，此时，备机处于空载的备用状态。当主机发生故障时，系统负载将主机旁路进行切换，从而由备机承担电力负载。上述的供电模式，在将UPS 有所保留的情况下，对冗余的系统进行扩充式改造，并获得更大程度的冗余。对于UPS 主机来说，只要具有独立的静态旁路输入口，便能快速实现主、备机冗余供电。当供电系统在应用该供电模式时，能够灵活进行产品的选择，还可以将不同制造商的产品进行综合化应用。在单机容量能够承受系统负载的情况下，对不同性能、不同容量的UPS 进行串联，其改造成本极低且方便。同时，在整个供电模式中不需要对系统进行额外设备的添加处理，该模式出现故障的因素较少，方便现场进行安装调试和后期维护。即便该模式的机构和控制系统较为单一，但是在日常的生产生活中，当系统处于正常运作的状态时，所有的负载均有主机进行供电，其备机处于长期待机状态时，两个结构的老化程度会不同步。由此可见，当主机与备机进行线路转换时，备机要对负载的变化进行及时应对和处理。此外，在整个系统中，双电源负载与单电源负载的供电方式存在一定差异，单电源负载为主机或备机UPS 供电，双电源负载为主机和备机均可供电负载。

图1 单、单串联总线供电模式

2.2 双并联总线供电模式

双并联总线供电模式如图2 所示。将两台或更多的设备进行输出电的并联，即让UPS 的系统逆变器进行并联模式运行，从而组合成N+1 的冗余并联系统。在系统正常运作时，设备的多个逆变器进行系统负载的均分，当其中一台发生电路故障时，将会被隔离，此时的负载将会由剩余的逆变器进行比例分配，从而不间断为系统提供电能。

图2 双并联总线供电模式

对双并联总线供电模式进行综合性考究，不难看出该模式具有以下的优点：①提高了系统的稳定性。当UPS 系统正常运转时，会由N+1 台设备对其产生的负载进行不间断供电，当其中某台设备出现故障时，会由剩余的N台UPS 进行负载分担。由此可见，对于整个电力系统，不论前端出现什么故障，其后端都会有纯净、稳定的电源输入。②运行串联冗余模式可以对系统进行线上的维护以及在不间断供电操作下，对并联系统的任意单台UPS 设备进行不带电维护操作。当UPS 在并联的方式进行时，会由于电网频率波动、负载扰动等原因，使供电系统的运行状态发生改变。同样的，在整个系统中，双电源负载与单电源负载的供电方式存在一定差异，单电源负载为单套UPS 供电，双电源负载为两套共同供电。

2.3 双总线供电模式

双总线供电模式如图3 所示。为了在串、并联冗余线路供电模式的基础上降低由于单线供电模式造成的故障概率，可以采用双总线供电模式。该系统最大的特征为，能够在不影响供电线路存在差异性的情况下，为系统提供独立的负载电源。当接入的为单电源时，可以加上静态转换开关，当系统处于正常工作状态下，且主机电源的电压值处于正常范围，便可以将负载连接在主电源上；当接入为双电源时，两个线路同时对负载进行供电，双电源负载的两个电源模块会进行协同工作。

3 将双总线供电模式进行合理的应用

据调查，国内某数据管理中心在其配电系统中广泛应用了双总线供电模式。为进一步增强和满足供电的可靠性和稳定需求，将上述的几种供电模式进行综合化结合，科学地提高了电力系统的安全系数。在建设成本和项目场地资源有限的情况下，选择双总线供电模式。例如，某省某电力公司的数据中心机房在进行容量扩充改造后，将其机房内部净面积增加到400 m2，并购置了2 台500 KVA 的UPS，其电池的待机时间为3 h。双总线供电模式很大程度上可对市电的输入进行灵活调整，在提高供电系统可靠性的同时，有效减少电力设备的投资额度和占地空间。

图3 双总线供电模式

4 结束语

经过上述全面分析和阐述可得，基于UPS 模式的不间断供电系统自身的结构方面具有一定的独特优点，能够广泛应用于电子计算机业务终端、网络服务器、网络设备等多类别领域。为在原有的供电系统基础上提高不间断UPS 供电系统的可靠性和稳定性，需从单串联总线供电模式、双并联总线供电模式以及双总线供电模式等多种供电模式进行系统整合和优化，相信通过对上述模式的深层次科研，会创造出一种集串并联、双总线优点为一体的自动化供电模式，从根本层面上进一步促进UPS 供电系统的现代化发展。