2.2.5 UPS冗余方式的选择

1.UPS并联方式与串联热备方式

在设计三相UPS供电系统时，要在并联方式和串联热备方式中进行选择。就提高系统的可靠性而言，双机并联的确可以提高可靠性，当其中一台UPS出现故障时，所有的负载可由另一台UPS承担。因此，在应用时，负载的总容量最好不要超过其中一台UPS的额定容量，否则容易发生过载。例如，以两台100kVA的三相UPS并机为例，负载容量最多不可超过100kVA。因此，设备投资利用率最高仅为50%，而不是100%，简单来说是1+1=1，而不是1+1=2。而且每台UPS最高的负载率也仅有50%。

双机串联热备的应用，同样可以达到提高系统可靠性的目的。其中UPS主机发生故障时，可由另一台串联的热备UPS承担所有负载。同样，负载的总容量也不能超过其中热备UPS的额定容量。设备投资利用率最高也为50%，但是串联的主机平时承受100%的负载。一般而言，承载100%的UPS会比承载50%的UPS效率高。因此，经长年累月工作于在线的模式下，所节省的电费相当可观。总体来说，串联的效率比并联的效率高。

此外，就并联机可增大输出容量而言，虽是事实，但依上述的说明，为使双机并联的可靠性能得到保证，负载的总容量一般不超过任一台的额定容量。此种应用与串联热备应用相同。因此，并联机可增大输出容量的论点并不比双机串联热备机优越。

再就操作而言，一般双机串联热备UPS在安装完毕后操作即与单机一样简单。但是在双机并联的应用中，由于双机并联需要考虑各UPS在电压、频率及相位三者完全一致条件下才可并联，所以操作上必须注意上述事项。尚且，双机并联要增加UPS配件，以保证两台UPS同时锁相输出，所以在长时间运行下，并联系统的故障率将会比串联系统大。若电压、频率、相位无法一致，则运行时仅能保持UPS主机运行而UPS从机关闭。

另外在保养维修时，双机串联热备在主机维修时，可由旁路UPS提供稳定的电源，继续供应电力给负载，较为方便。但双机并联欲进行维修必须先关闭其中一台UPS，而维修完毕欲再进行并联运转时，必须使电压、频率、相位均一致才能实现并联运行。

在双机并联的应用中，有时为使两机的电压、频率、相位保持一致，必须再额外加一个通信单元（或称并联板），以为两台并联UPS内部的微机处理（CPU）提供通信。因此，此一通信单元或并联板由电缆线连至两台并联的UPS，额外增加了空间的占有率及连接的配置。而在双机串联热备系统中则没有上述的通信单元或控制单元，可节省空间。

2.UPS冗余并联与冗余串联的比较

① 目的相同。UPS并联与串联都是为了提高UPS系统的可靠性。

② 易实现性。UPS并联系统要通过并机装置实现并联，即使有的机型不需要外加并机装置，但在控制上要有UPS间同步等控制连接（通常采用有线或无线方式）。热备份系统不需要外加任何外部设备，这样就减少了故障点，可以方便地实现现场安装调节及日常维护。

③灵活性。UPS并联系统必须由同一系列的UPS才能实现，而热备份系统只要主、备UPS具备热备份功能就可以实现不同机型、不同品牌、不同系列UPS设备之间的热备份使用，且可以灵活地实现主机和备机之间的相互转换。

④ 隔离性。UPS并联系统要将两台UPS的输出并联，即将两个UPS的逆变器并联使用，两机之间没有完全隔离，两台UPS的功率单元部分处于一种动态的平衡供电状态。因此，要求两台UPS的输出电压、频率、波形畸变、输出阻抗及上述指标的动态特性必须完全一致，其中任何一个的不一致都会导致并联系统的不稳定，如果不能及时解决，就会酿成严重后果。UPS的逆变器功率器件大多采用IGBT或GTR，而将控制它们的触发控制信号源的两套功率单元并联，其危险性是可以预见的。现在出于可靠性考虑，大功率UPS的逆变器几乎不再采用功率管并联方式。

热备份系统中的两台UPS是完全隔离、独立运行的，热备份系统之间的转换通过主、备机内部的自动静态开关实现。因此，热备份系统由于具备了良好的隔离性，两台UPS单独运行，所以不存在以上的安全隐患。

⑤ 可靠性。在UPS并联方式下，由于诸多原因，如电网的频率扰动、负载的扰动等，都会引起UPS状态的变化。只要两台UPS的动态响应中有一个指标不一致，UPS为了自身的安全就会自动解列并联状态，改由其中一台单独供电，而出现这种扰动状态是UPS最容易出现问题的时候。如果此时供电的UPS出现故障，那么将会造成供电系统中断，失去并联的意义。热备份系统由于两台UPS单独运行，时刻处于备用状态，即使在动态过程中主机出现故障，备机也可以及时投入使用而不会造成供电中断。

⑥ 负载分配。UPS并联系统由两台UPS分担负载，当其中一台出现故障时，另一台由半载变为承担全载，负载的波动对UPS的影响相对较小。热备份系统正常时由UPS主机承担全部负载，当UPS主机出现故障时，UPS备机由空载加至全载，负载的波动对UPS的影响相对较大。随着目前UPS技术的改进，可以使得UPS在出现100%的负载变化时，其输出稳定度保持在2%以内，很好地解决了上述问题，但对于动态特性在10%以上的UPS，在作热备份系统使用时要充分考虑这一因素。

综上所述，可以得知双机冗余并联系统不宜作增容使用，否则其冗余功能将会丧失。只有当面对某单一大负载而单台UPS容量不能满足要求时，才可使用并联增容系统。总体来说，对于数据中心机房的UPS供电系统，采用多台UPS冗余并联方式较为适合，而对于分散负载，多台UPS串联（热备份）的供电方式最可靠。综合上述论点分析，采用双机串联热备会比双机并联有较佳的经济效益，而且具有相同的可靠性。因此，建议使用者在选购时必须仔细、慎重地考虑。

3.UPS选型

UPS的可靠性是UPS供电系统的核心，在选择UPS时应注意以下事项。

① 功率器件是在线双变换UPS的心脏，应选择自行生产功率器件的UPS厂家。它不但选用优质的功率器件制造UPS，而且器件会运用在最佳状态，因而UPS性能好、可靠性高。要选择低温升功率器件的UPS。功率器件损坏约占UPS故障率的80%左右。许多品牌UPS为了参与竞争，常选用低档的功率器件，所以当负载稍一超载时，功率器件就会因温升过高而损坏。

②选择全数字化、集成化控制电路的UPS，即UPS在变换、控制、反馈、测量、显示、通信等方面均采用数字化技术。目前的大部分UPS只有DC→AC是数字化，而AC→DC仍是在模拟状态下工作，所以这些品牌UPS只能算作部分数字化。

如果UPS的AC→DC和DC→AC均为数字化，而且还采用双数字处理器（DSP）及大规模集成专用电路（ASIC）和直接数字控制（DDC）技术，UPS才真正迈上了全数字化的台阶。数字化代表了UPS高指标、高可靠、高稳定的特性。

③ 选择大输入电压可变范围的UPS。大功率UPS能适应的电网电压变化范围为380V/+15%～380V/-30%。

④ 选择大输入功率因数的UPS。大输入功率因数能减小无功损耗，节约电能，减少电网的谐波污染及空间辐射干扰。采用高频PWM变换技术，能使输入功率因数达到0.999 （符合国际电工委员会标准IEG1000-3-2，中国标准GB/T14549-93），可以明显减小输入端无功损耗，节约运行费用，同时没有电网污染及空间辐射，是真正的绿色环保电源。

⑤ 选用MTBF大的UPS。MTBF反映UPS长期运行的可靠性程度。从UPS市场的统计资料可知，现在我国市场的UPS的MTBF一般都在10万小时以上，但不同品牌UPS的可靠性指标是有明显差别的。