戴方權(quán)

（中睿通信規(guī)劃設(shè)計有限公司）

信息網(wǎng)絡(luò)時代UPS供電系統(tǒng)的可靠性和可利用率

戴方權(quán)

（中睿通信規(guī)劃設(shè)計有限公司）

隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時代的迅速發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)被世界經(jīng)濟(jì)中各個領(lǐng)域涉及面越來越廣，在各個大小型企業(yè)對信息系統(tǒng)的依賴也越來越強(qiáng)的形勢下，提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性和可利用率，可以極大減小由于電源故障造成的網(wǎng)絡(luò)癱瘓等問題，從而帶來經(jīng)濟(jì)的損失。本文主要對UPS供電系統(tǒng)的可靠性和可利用率兩方面進(jìn)行分析。

UPS；可靠性；可利用率

1 UPS供電系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢

在經(jīng)濟(jì)競爭日趨激烈的情況下，抓住互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢快速發(fā)展，用信息化推進(jìn)工業(yè)化發(fā)展，否則，遲早會被社會所淘汰。各大企業(yè)為了獲取更大利潤，并及時得到準(zhǔn)確的信息資源，使公司迅速適應(yīng)整個變化多端的市場，因此，需要優(yōu)良的信息系統(tǒng)來維持整個公司的經(jīng)營。此時，信息的“不間斷性”對企業(yè)的正常運(yùn)行是很重要的，包括網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)對信息的處理、傳輸及存儲過程，對于很多大型企業(yè)來說，短暫的“網(wǎng)絡(luò)癱瘓”會造成整個企業(yè)幾百萬元甚至幾千萬元的損失，而供電系統(tǒng)的損壞是造成“網(wǎng)絡(luò)癱瘓”的主要原因之一。據(jù)調(diào)查，近幾年造成美國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)故障，50%以上與供電電源有關(guān)，而在我國，供電質(zhì)量差頻繁出現(xiàn)，這些供電質(zhì)量問題主要包括斷電、電壓波動頻率大、浪涌等。因此，設(shè)計一款可靠性高、可利用率高的UPS是提高供電質(zhì)量的有效方法。

2 UPS供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 UPS工作原理

UPS，即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛蓄電池）與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。UPS在一定程度上可以避免系統(tǒng)斷電、電壓波動等問題，并使企業(yè)在斷電后繼續(xù)工作，將用戶迅速存盤，防止未保存的數(shù)據(jù)損失，避免因停電帶來的部分經(jīng)濟(jì)損失。UPS主要用于第算計與其他電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，當(dāng)然，根據(jù)不同的情況，UPS在整個系統(tǒng)中發(fā)揮不同的作用。比如，當(dāng)電力系統(tǒng)正常時，UPS在穩(wěn)定電壓的同時，不斷向主機(jī)充電；在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障斷電時，UPS迅速將直流電變?yōu)?20V交流電，以維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。

UPS電源系統(tǒng)由“主路、旁路、點(diǎn)成、逆變、整流器等”組成。主路、旁路、電池等電源輸入電路，逆變和旁路輸出電路，整流器起穩(wěn)定電壓的作用。圖1為UPS工作原理圖。

圖1

市電正常時，UPS以直流電的形式輸出，再將直流電逆變，變成穩(wěn)定的交流電，供負(fù)載使用；一旦市電出現(xiàn)故障，則UPS會使用之前的備用電源，再將備用蓄電池的直流電變成交流電，供負(fù)載使用。但是，UPS雖被稱為不間斷電源，但是備用供電的時間是有限的，而如果在有限的時間內(nèi)不能重新修復(fù)出現(xiàn)故障的系統(tǒng)，或者在UPS發(fā)揮供電作用是出現(xiàn)問題，就會對整個企業(yè)的利潤造成影響。因此，提高UPS的可靠性和可利用性是當(dāng)下解決供電系統(tǒng)問題的燃眉之急[1]。

2.2 UPS出現(xiàn)故障的主要原因

2.2.1 組件故障

UPS出現(xiàn)的最長見得問題，就是電池組充電不足的問題，因此，判斷電池組是否有故障，主要應(yīng)看電池組是否可以提供充足的放電時間。檢測是否是UPS電池組出現(xiàn)的問題首先應(yīng)去掉所有其他負(fù)載，用直流表檢測電池組放電電壓是否符合規(guī)定。

其次，當(dāng)市電正常時，出現(xiàn)逆變器不運(yùn)作的狀況，應(yīng)先檢查逆變器本身是否出現(xiàn)損壞，再檢查其他控件是否正常；若市電不正常時，逆變器不運(yùn)作，很可能是其中的電池組出現(xiàn)問題，電池組放置時間過長或者電池組沒有充足的電，這時，要先對電池組沖8～12h電。

當(dāng)然，還有類似的整流器、旁路等發(fā)生故障，在此不一一做出介紹。

2.2.2 UPS對負(fù)載不適應(yīng)

市電意外斷電后，若UPS突然與一個“冷機(jī)”相連，這就可能導(dǎo)致由于UPS不能適應(yīng)國家電網(wǎng)出現(xiàn)的狀況，使整個供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，帶來不必要的麻煩。

2.2.3 操作不規(guī)范

UPS系統(tǒng)本身就是復(fù)雜、專業(yè)的，需要專業(yè)人員來操作或者維修，而在操作過程中，若由于專業(yè)知識不足，或者接線錯誤導(dǎo)致的是致命的，比如，在接線時，逆變器是正常工作的，一不小心，就會使逆變器單獨(dú)工作，頻率波動[2]。

3 UPS的可靠性與可利用性

目前，在UPS的設(shè)計與制造過程中，采用以DSP技術(shù)以及CNA網(wǎng)控技術(shù)等為主的先進(jìn)技術(shù)，以及可降低功率驅(qū)動模塊的驅(qū)動電路技術(shù)、智能化的“故障自檢斷”技術(shù)，都對UPS在可靠性、可利用性的提高做出巨大貢獻(xiàn)。

3.1 UPS的MTBF（平均無故障工作時間）

我們常用MTBF作為衡量UPS作為供電系統(tǒng)的可靠性。MTBF是指：從UPS開始工作時算起，直到系統(tǒng)運(yùn)作出現(xiàn)問題并引發(fā)停電時的平均工作時間。公式表示為：MTBF=1/λ（失效率）。其中，在解釋“失效率”時，切不可簡單將各個原件的失效率的算書求和或乘積作為整個系統(tǒng)的失效率。當(dāng)然，MTBF越大越好，即失效率越小越好，但UPS的MTBF除了受是效率的影響，電路的設(shè)計以及制造對其影響也是顯而易見，即使兩家企業(yè)同時用同一些組件所生產(chǎn)的UPS在功能和效率上也會出現(xiàn)很大差別。那么，為什么說MTBF是衡量UPS可靠性的重要指標(biāo)是有原因的，對于像銀行系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、政府系統(tǒng)等不允許出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓現(xiàn)象，因此，在這種情況下不允許UPS進(jìn)入“交流旁路”工作狀態(tài)中。

表1

3.2 UPS的MTBF與MTTR

所謂UPS電源的可利用率，就是指UPS正常工作時間與總時間的比值。它與可靠性不同，UPS的可利用率由MTBF和MTTR共同決定。MTTR是指系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，維修人員修好后，時系統(tǒng)重新工作的時間。分析便知，MTTR不僅由設(shè)計方案所決定，還由維修工人維修時間長短所決定。暫時的停電對大部分用戶來說不會影響到正常生活，但對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失影響慘重，對于目前的信息利用率來說，系統(tǒng)能允許的斷電時間僅為15～30ms，過了這段時間，光系統(tǒng)癱瘓不說，修理系統(tǒng)所花費(fèi)的時間，包括修理員到位時間，維修時間，重新運(yùn)行時間，至少要花費(fèi)幾小時甚至幾十小時。因此，為了信息處理、存儲更可靠、有效，我們應(yīng)追求更高的UPS可利用率，而提高UPS可利用率的根本，就是減小MTBF和MTTR的值。

首先明確，最能反映UPS運(yùn)行質(zhì)量的MTBF是逆變電源的MTBF，而不是交流電的MTBF，確保減少系統(tǒng)癱瘓次數(shù)，即必須保持逆變器一直保持在運(yùn)行狀態(tài)，逐漸消除網(wǎng)絡(luò)癱瘓的隱患，這就需要使逆變器既不可以處于供電狀態(tài)，也不允許它出現(xiàn)斷電的情況。但是，大量的事實(shí)證明，為提高UPS利用率，減小MTTR比減小MTBF更有效果，比如，如果將MTBF為5000h的UPS節(jié)省4h的MTTR時間，可利用率就可以高達(dá)90%以上，因此，若將大量的時間花費(fèi)在創(chuàng)新技術(shù)上，還不如提升維修技術(shù)，減小MTTR的數(shù)值。當(dāng)然，為減輕維修工的工作，選擇一款合適的UPS系統(tǒng)是必不可少的，目前，可更換的、模塊化的UPS非常受用戶歡迎，這樣，即使維修工檢查不出故障出現(xiàn)的原因，直接更換新的即可，這對維修工的專業(yè)要求也有所降低，對他們的要求只是找出問題所在的組件，將新的重新插入。這樣大大節(jié)約了維修的時間，提高了UPS的可利用率[3]。

4 結(jié)語

基于現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢，如何設(shè)計和選擇合適的UPS以提高供電系統(tǒng)的可靠性和可利用路是當(dāng)下之趨，當(dāng)然，在合理應(yīng)用時，配合高效的指揮、控制信息傳遞系統(tǒng)，提高維修人員質(zhì)量，也是至關(guān)重要的。

[1]李成章.信息網(wǎng)絡(luò)時代UPS供電系統(tǒng)的可靠性和可利用率如何為信息網(wǎng)絡(luò)配置具有最佳性價比的UPS供電系統(tǒng)（一）[J].電源世界，2004，07：53～58.

[2]李成章.信息網(wǎng)絡(luò)時代UPS供電系統(tǒng)的可靠性和可利用率[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2004，10：1～7.

[3]冉德君.提高計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)供電可靠性及S-UPS新技術(shù)[J].昆明大學(xué)學(xué)報，2005，01：44～47.

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1004-7344（2016）15-0296-02

2016-4-5

戴方權(quán)（1974-），男，助理工程師，本科，主要從事通信規(guī)劃設(shè)計工作。