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UPS系统的可靠性

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-04-17 10:12:00

                 UPS系统的可靠性

 由于UPS并非一个单独的应用系统,而是要搭配有其他一些环境因素在里面,所以这些外部因素也是必须考虑进来的。前面提到过,UPS电池的备电时间是有限的,如果断电时间比较长,导致电池电放完,那么负载就仍然会断电。因此UPS可用性会受到市电发生长时间断电概率的影响。
 为了解决这一瓶颈,可以在UPS系统中加入一个特性和电池互补的备用电源:在市电断电时的不需要很快反应,但是在长时间停电条件下能够持续提供电力,燃油发电机组就是最为合适的一个选择。因此在UPS系统配置上可以加入一个自动切换装置,在市电停电后切换到发电机组。这样一来能够极大的提升长时间断电条件下UPS系统的可用性。
   虽然在可用性路径里面多串联了一个市电与发电机切换用的ATS,增加了单调路径发生故障的概率,但是相对长时间断电带来的可用性问题来说还是值得的。
   在UPS应用的另外一个分支是目前正在兴起的直流UPS系统。直流系统的思路是出于提高效率的目的,减少电源系统中间的转换环节,电力分配部分由原来的交流转换成直流。
   可以看出,理想的直流UPS系统由于把交流系统中UPS的逆变环节与服务器电源中的PFC环节使用一个隔离型DC/DC环节来取代,从而可以改善效率。不过在直流UPS系统里面由于电池电压的变动范围是比较大的,为了取得更优化的效率曲线,在后级的服务器电源中也有可能使用两级结构。也就是通过一个简单的转换,减小服务器电源隔离DC/DC转换级的输入范围,以得到更好的节能效果。
  在这种直流UPS体系里面,不存在交流UPS中的旁路回路了,只存在一个市电到电池回路,这个回路也兼有充电器的作用。因此从单个UPS的可用靠性角度考虑,直流UPS可靠性链路只有两条,其中一条是两级变换加上辅助电源与控制板,另外一条是电池。
  与交流UPS相比,直流UPS供电少了交流UPS的旁路回路,少了一个提升可用性的回路。但是电池是直接给负载供电的,可用性要高于交流UPS。因此在可用性的方面直流供电系统有得有失。但是另一个方面直流系统比交流UPS更容易进行并联,从而可以利用增加并联台数的方式增加可用性。
配电系统的可用性
   对于一般的UPS系统应用来说,存在两种常见的配置方式,一种是双机热备份。
   在正常情况下由UPS1供电,如果UPS1的逆变/整流部分损坏,则仍然有UPS2可以供电。第二种配置方式是双机并联冗余。
   这种配置方式下两台UPS是完全并联工作的。基于前面可用性的原理,第二种配置方式比第一种会有更高的可用性。
   这里就反映了可用性与可靠性的一个明显不同。对于两台并联冗余配置的UPS,由于器件多了一倍,那么出现故障的概率也会增高,因此从统计意义上来讲整个系统的MTBF会下降。但是由于其中一台出现故障之后仍然有一台在工作,只要出故障的UPS能够很快修复,负载就仍然处在有效的保护之中,可用性是提升的。从负载的角度衡量,评估系统的可用性比可靠性更加有意义。
   在可用性的定义中,电源系统恢复的时间越短,则可用性也会越好。因此把电源系统设计为模块化易更换的结构,可以大大减小维护时间,从而使得可用性显著改善。
   对于机房应用的场合,双总线的概念应用十分广泛。对于关键的服务器负载,一般都提供两组电源输入。相应的,在配电部分就也可以对应采用两组独立的电源总线。结合UPS本身就支持双总线输入,实际上可以构造出很多种组合形式。对不同方式进行比较后。
   这里把两组独立市电都供给两套UPS系统,然后每一套UPS系统作为一条总线来使用,可以充分发挥市电双总线,UPS内部双总线以及负载双总线高可用性的优势。
   本文对UPS内部设计,UPS系统以及配电系统的可用性进行分析,给出了提升UPS电源系统可用性的思路。通过分析结果可以发现在UPS中采用旁路与市电独立的电源,加入多CPU监控,加入电池监控等措施可以明显提升UPS的可用性。另外一方面在系统层次上,选择模块化的结构,缩短维修更换时间,更多使用并联结构,也可以明显提升可用性。

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