探讨：UPS电源双母线方案
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摘要：本文介绍了基于台达HIFT UPS构建的双母线供电方案的组成和优点，该方案去除了传统方案中的LBS，同时采用分散式ATS配置，使系统可用性更好，更加绿色节能。 1 引言 在互联网高速发达的今天，人们的工作、办公对互联网的不间断性工作依赖性越来越大，而且对基于它的硬件数据交换、存储的服务器的动力供电系统也提出了更高的挑战。 电信运营商的数据、语音通信计费系统，金融、证券、银行的计费系统对交流动力不间断供电都要求非常高的可用性。 2 UPS电源双母线方案概述 本方案采用基于台达最先进的HIFT UPS构建的双母线方案，核心设备为2套HIFT UPS主机，中达机架式ATS(自动切换开关)。 2台UPS分别输出至各自母线，分别给双电源负载提供电源，通过ATS静态切换装置切换给单电源负载供电，ATS静态切换装置切换时间<4ms。 方案结构框图见图1。
图1 本方案的最大特点是：去掉了传统双母线方案中的LBS，并且ATS采用分散式的配置方案。 ⑴ 在市电电源正常时， A路总线输出和 B路总线输出，合并组成双总线系统，向关键的设备(双电源)供电。其它单电源设备负载由ATS供电。 ⑵ 若A总线出现故障，而B总线正常工作时，则： ① A总线主机中的其中一个单元出现故障时，由其余的1个单元承担负载， A总线的故障单元待修。B总线不受影响，继续供电; ② A总线并联的主机出现两个功率模块故障、或主控故障、或A总线超载，既A总线的主机无法正常工作时，该主机同时锁相不间断地跳入旁路，该总线待修。B总线并不受影响，继续供电。 ⑶ 若总线B出现故障，而A总线正常工作时，则： ① B总线的任意一路市电故障，则另一路市电承担负载， B总线的故障待恢复。A总线不受影响，继续供电; ② B总线的2路市电都出现故障，则该总线待修。A总线不受影响，继续供电给所有负载。 3 UPS电源双母线方案组成 3.1 UPS系统 台达海福(HIFT )UPS, 采用N X架构设计，提高系统容错度，可按需配制可靠度等级，满足不断变化的负载需求，可随需扩容，是具备最短系统修复时间能力的高可靠、高可用的智能UPS系统。此UPS基于模块化技术设计，可实现热插拔维护和扩容，具有如下几个显著优势。 ⑴ MTTR近于0，模块化热插拔在线维修，大大缩短维修时间 虽然随着科技的进步，系统可靠性越来越高，然而任何系统仍然都不是绝对可靠的，因此，客户的关注度逐渐从系统的高可靠性转向高可用性，这时，MTTR就变得至为关键了。 无论UPS的可靠性有多高，业界公认，在整个供电系统中，最薄弱的环节仍然是UPS。 客户的传统使用经验是哪怕遇到UPS的一个小零部件故障，系统也会转到旁路无法再逆变工作，从而让关键负载置于非常危险的无保护电源供电之下。 而更糟糕的是，当客户遇到问题时，并不能确定系统何时可以被修复。通常系统的修复时间，包括向厂商报修、厂商电话判断故障原因、工程师携备件赶赴现场、在现场修复UPS。这里的每一环节，都有太多的不确定因素。比如，客户遇到问题时正逢晚上或节假日，报修困难;即使与厂商及时联络，如果工程师经验不足或是电话问询不易，则故障原因很可能判断不全甚至有误;再者，客户所在地偏远和交通不便，赶赴现场完全不能控制在可满足时效内;最后即使到达现场，现场查找原因与系统修复也需要相当时间，更不用提没有拿对、拿齐备品备件而导致系统无法被一次修复好了。而如果采用HIFT UPS则不同，以上种种问题迎刃而解。因为具有模块化结构，如果出现故障，只要移出问题模块就好，UPS系统仍然能够在线运行。新模块送到，现场热接入系统，所费时间几近于0。(见图2)
图2 同时，因为系统修复采用的是简单易行的模块更换，现场维修的非标准化操作所可能导致的再次发生故障几率，被极其显着的降低了。 ⑵ N X冗余，提供系统最高的可靠性 「N X冗余」通常指系统中N X台UPS单机(或模块)并联运行，当最大X台UPS单机(或模块)发生故障时，系统仍然能够逆变输出正常运行。 为了提高可靠性，传统UPS通常采用主从结构的1 1并联备份方案，虽然在一定程度上提高了可靠性，但是它不便于离线维护、扩容，同时对设备的利用不充分、缺乏灵活性。更重要的是，此时系统的冗余度仅为1。 而HIFT UPS的结构极具弹性，可实现N 1、N 2、N 3、N 4、N 5、或当并机时具有更高的N X 冗余。同时，客户还可通过定购额外的模块，来增加HIFT的备用冗余能力。 即同样的功率配置，HIFT UPS拥有更高的冗余度;而同样的冗余度，HIFT UPS拥有更经济的配置方案。(见图3)
图3 通常UPS带载不会超过70%，因此在实际应用中，N X冗余具有最高的系统可靠性，见表1。冗余度越高，可靠性与可用性越高，参见表2。
⑶ 随需扩容，提供最灵活、最经济的投资、配置策略 快速变化的业务要求企业机房和数据中心具备灵活性(Agility)。当更多的IT应用强调动态结构时，支撑这些应用的UPS供电系统是必须提前一步到位，还是可以根据需要灵活配置? 传统UPS的客户，在规划时必须满足未来可预见的最大负荷功率要求。比如，现在负载总容量虽然只有20kVA，但因将来可能会增长到60kVA，客户在初始配置时通常都会直接采购功率为达到100kVA的UPS，以避免未来因升级困难而导致的可能容量不足。 HIFT UPS因采用模块化结构，可以在20kVA到480kVA的宽广范围内，以20kVA为单位来随时随需在线扩容，客户不再需要仅是为未来的可能性而提前投入大笔费用。(见图4)
图4 HIFT UPS的这种灵活性，即允许配置容量最贴近实际需求容量的能力，不仅降低了UPS的初始购置成本，更减少了配套设备(如空调)的配置与能耗支出，有效防止了基础设施超前超大规模设计导致的不必要开支。 ⑷ 高效节能，提供最低的运行成本 绿色节能不仅是企业对社会的责任，更与企业运营成本息息相关。通常带载越少，UPS效率越差。而HIFTUPS，即使带载只有额定容量的15%，整机效率亦超过90%;当带载达到27%时，效率就已高达94%。效率在百分比上的每一小步提升，能耗支出的节省都是一大步。效率曲线见图5。 |
