2.2.6 双总线UPS冗余系统

UPS冗余并联系统仅增大了UPS本身的MTBF，即减小了UPS供电系统由于UPS自身原因的故障率，但并没有解决由于UPS冗余并联系统的输入、输出配置发生的问题，如配电柜故障、断路器跳闸、熔丝烧毁、蓄电池早期失效和电力传输线缆故障等，不能有效地解决UPS供电系统的可维护性问题和高可用性问题。UPS冗余供电系统的可用性与故障时间的关系如表2-2所示。

数据中心对UPS冗余供电系统的要求为“六个9”，即99.9999%，一年内所能承受的停电时间不能多于31s，即每天的停电时间不能多于0.09s，否则将带来不可估量的损失。为此，需要采用双总线UPS冗余供电方式，此方式除了确保高可用性外，还使系统在线扩容成为可能。

1.双总线输入冗余供电系统

双总线输入冗余供电系统的基本配置为：首先由两路/多路市电源组成冗余市电供电系统，再由冗余市电供电系统+备用发电机组+1个/多个ATS+防雷击、抗瞬态浪涌抑制器（TVS）来共同组成输入电源控制中心。该控制中心应完成如下调控功能。

① 时刻监视各种输入电源的实时运行状态，确保总是将其中最可靠的一路输入电源送到UPS的输入端。

② 能有效地阻止高能雷击浪涌及高能转换瞬变干扰串入UPS的输入端，以防这些高能脉冲干扰损坏UPS或造成UPS误动作。

2.N+1型UPS冗余并联系统

在目前的技术条件下，采用N+1型UPS冗余并联供电方案是消除UPS供电系统出现单点瓶颈故障的最佳方案。它是在确保各台UPS单机的输出处于电压幅度相同、输出频率和相位相同的条件下，将N+1台具有相同输出功率的UPS单机的输出端并联起来，共同向具有N台UPS单机输出功率的用户负载供电。当正常工作时，由N+1台UPS来平均分担负载电流。万一某台UPS出现故障，在并机控制信号的调控下，在将有故障的UPS自动脱机的同时，由剩下的N台UPS继续供电。

3.双总线输出冗余UPS配送电系统

尽管1+1型UPS冗余供电系统的可靠性已达很高的水平（其MTBF达几百万小时）。然而，根据对美国的大型数据中心机房的统计表明，从UPS输出端到最终用户的设备输入端仍存在如下故障隐患或单点瓶颈故障隐患。

①79%的故障来源于UPS输出端与负载之间的供电线路（如熔丝烧毁、断路器跳闸或不慎短路等）。

②11%的故障来源于UPS及蓄电池。

③ 其他故障占10%左右。

由此可见，应采取必要的技术措施来消除可能出现在UPS输出端的各种故障隐患。实践证明，行之有效的办法是配置UPS双总线输出配送电系统，由N+1型UPS并联系统输出的两路UPS输出电源+UPS输出配电柜+负载自动转换开关（LTS）组成。对于某些重要负载，还应配置由两套N+1型UPS冗余供电系统+负载同步控制器（LBS）+LTS组成的高品质的UPS双总线输出供电系统。目前，数据中心机房内的设备可大致分为3类。

① 具有双路/3路交流输入电源端的关键性负载（如高级服务器、磁盘阵列机、通信设备等），这类设备约占数据中心机房用互联网设备的30%～50%。

② 具有单电源输入的关键设备。

③ 具有单电源输入的非关键性设备。

显而易见，对于带双路输入的关键性设备比较好处理，只需要将从N+1型UPS冗余并联供电系统所输出的两路电源分别连接到它们的两个输入端即可。对带单电源输入的关键设备而言，则需要将分别来自N+1型UPS冗余并联供电系统的两路输出电源首先连接到LTS的两个输入端上。在此条件下，由用户自行指定其中一路输入电源为优先供电电源，另一路为备用电源，然后再将LTS的输出端连接到单电源输入关键设备上。当正常工作时，由优先供电电源经LTS向负载供电。当因故致使优先供电电源的电压/频率波动超过工作范围时，LTS将快速地将另一路从 UPS输出的备用电源同负载接通，从而确保用户负载的安全运行。

对双总线UPS冗余系统的要求如下

① 具有高可靠性。具有365d×24h持续提供高质量电源的能力，在任何情况下，绝对不允许UPS出现任何瞬间中断或转由普通市电经交流旁路供电的状况。

②具有高抗干扰性。保证来自市电或UPS供电系统本身的电源干扰能尽可能地被消除，包括传导干扰与辐射干扰，特别强调的是应具有计算机级的优质地线。在设计、施工、安装、调试、运行、操作、维护等过程中消除干扰的潜在隐患。

③ 具有高容错功能。没有瓶颈故障点，即在整个UPS供电系统中，在任何节点均不存在瓶颈故障隐患。

④ 具有高可用性。双总线UPS冗余系统能完善地解决UPS系统的可维护性问题。

UPS冗余供电系统的总体设计图如图2-26所示。基本硬件配置如下。

① 双总线输入冗余供电系统，由两路以上冗余市电+冗余自备发电机组+（ATS）+TVS+超压、过载、短路保护的输入配电柜（PPC）组成，确保消除UPS系统输入端的单点瓶颈故障。

②N+1型功率均分、冗余并联UPS系统，由带负载同步控制器的功率均分、冗余并联UPS系统+高质量蓄电池+单体蓄电池容量自动监测系统组成，确保消除UPS及蓄电池的单点瓶颈故障。

③ 双总线输出冗余UPS配送电系统，由双总线冗余长距离电力传输线路+带静态开关的配电柜+科学、合理的配电系统组成，确保消除UPS逆变器输出端到最终重要负载之间可能出现的单点瓶颈故障隐患。

系统具有的监测功能有单体蓄电池容量在线自动监测、UPS参数的集中监控及远程监控、系统的自诊断功能。