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        淺談不間斷UPS 供電系統(tǒng)的可靠性

        2020-08-18 08:15:04鄭懷玉
        科技與創(chuàng)新 2020年16期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備系統(tǒng)

        鄭懷玉

        (科華恒盛股份有限公司,福建 廈門 361000)

        據(jù)相關(guān)資料顯示,所謂UPS 即不間斷電源,指在原有的供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上,將蓄電池與主機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一連接,然后通過主機(jī)的逆變器等多類模塊電路進(jìn)行直流電流的轉(zhuǎn)換,從而生成用于市場供電的系統(tǒng)設(shè)備。在常用的供電系統(tǒng)中,使用UPS 能夠有效提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,從而保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)作。由此可見,為進(jìn)一步提高基于不間斷UPS供電系統(tǒng)的安全性,要對影響其可靠性的原因進(jìn)行綜合性探討,并研發(fā)出先進(jìn)的改進(jìn)技術(shù),從更深層次提高國家供電系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

        1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備類別以及用電特點(diǎn)

        傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房中有不同類別的電力設(shè)施設(shè)備,例如,網(wǎng)絡(luò)交換器、主機(jī)服務(wù)器、轉(zhuǎn)換器、路由器、儲(chǔ)存設(shè)備等。按照電源設(shè)備進(jìn)行分類可分為單設(shè)備和冗余設(shè)備。其中,單電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)電源模板只有一個(gè),一旦在供電的過程中出現(xiàn)差錯(cuò)或者電源本身出現(xiàn)損壞,該設(shè)備就不會(huì)正常運(yùn)行;冗余電源設(shè)備指在電源模塊中存在多余的電源,又被稱為雙電源設(shè)備。當(dāng)多個(gè)電源同時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)的電負(fù)荷時(shí),即便其中一個(gè)模塊出現(xiàn)問題停止運(yùn)行,其余電源模塊也會(huì)繼續(xù)承擔(dān)所需要承擔(dān)的系統(tǒng)電源負(fù)載,從而有效提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

        2 常見的幾種UPS 冗余供電模式概述

        2.1 單、單串聯(lián)總線供電模式

        單、單串聯(lián)總線供電模式如圖1 所示。選擇兩套UPS系統(tǒng)分別作為UPS 的主機(jī)和備用機(jī)。其中,該系統(tǒng)的備用機(jī)所有的輸出都將作為主機(jī)的靜態(tài)化旁路電源,也就是主機(jī)的備用冗余供電,被稱之為雙機(jī)單串聯(lián)冗余供電。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),由主機(jī)提供運(yùn)行所需要的電力,此時(shí),備機(jī)處于空載的備用狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)負(fù)載將主機(jī)旁路進(jìn)行切換,從而由備機(jī)承擔(dān)電力負(fù)載。上述的供電模式,在將UPS 有所保留的情況下,對冗余的系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充式改造,并獲得更大程度的冗余。對于UPS 主機(jī)來說,只要具有獨(dú)立的靜態(tài)旁路輸入口,便能快速實(shí)現(xiàn)主、備機(jī)冗余供電。當(dāng)供電系統(tǒng)在應(yīng)用該供電模式時(shí),能夠靈活進(jìn)行產(chǎn)品的選擇,還可以將不同制造商的產(chǎn)品進(jìn)行綜合化應(yīng)用。在單機(jī)容量能夠承受系統(tǒng)負(fù)載的情況下,對不同性能、不同容量的UPS 進(jìn)行串聯(lián),其改造成本極低且方便。同時(shí),在整個(gè)供電模式中不需要對系統(tǒng)進(jìn)行額外設(shè)備的添加處理,該模式出現(xiàn)故障的因素較少,方便現(xiàn)場進(jìn)行安裝調(diào)試和后期維護(hù)。即便該模式的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)較為單一,但是在日常的生產(chǎn)生活中,當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)作的狀態(tài)時(shí),所有的負(fù)載均有主機(jī)進(jìn)行供電,其備機(jī)處于長期待機(jī)狀態(tài)時(shí),兩個(gè)結(jié)構(gòu)的老化程度會(huì)不同步。由此可見,當(dāng)主機(jī)與備機(jī)進(jìn)行線路轉(zhuǎn)換時(shí),備機(jī)要對負(fù)載的變化進(jìn)行及時(shí)應(yīng)對和處理。此外,在整個(gè)系統(tǒng)中,雙電源負(fù)載與單電源負(fù)載的供電方式存在一定差異,單電源負(fù)載為主機(jī)或備機(jī)UPS 供電,雙電源負(fù)載為主機(jī)和備機(jī)均可供電負(fù)載。

        圖1 單、單串聯(lián)總線供電模式

        2.2 雙并聯(lián)總線供電模式

        雙并聯(lián)總線供電模式如圖2 所示。將兩臺或更多的設(shè)備進(jìn)行輸出電的并聯(lián),即讓UPS 的系統(tǒng)逆變器進(jìn)行并聯(lián)模式運(yùn)行,從而組合成N+1 的冗余并聯(lián)系統(tǒng)。在系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí),設(shè)備的多個(gè)逆變器進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)載的均分,當(dāng)其中一臺發(fā)生電路故障時(shí),將會(huì)被隔離,此時(shí)的負(fù)載將會(huì)由剩余的逆變器進(jìn)行比例分配,從而不間斷為系統(tǒng)提供電能。

        圖2 雙并聯(lián)總線供電模式

        對雙并聯(lián)總線供電模式進(jìn)行綜合性考究,不難看出該模式具有以下的優(yōu)點(diǎn):①提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)UPS 系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),會(huì)由N+1 臺設(shè)備對其產(chǎn)生的負(fù)載進(jìn)行不間斷供電,當(dāng)其中某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),會(huì)由剩余的N臺UPS 進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)。由此可見,對于整個(gè)電力系統(tǒng),不論前端出現(xiàn)什么故障,其后端都會(huì)有純凈、穩(wěn)定的電源輸入。②運(yùn)行串聯(lián)冗余模式可以對系統(tǒng)進(jìn)行線上的維護(hù)以及在不間斷供電操作下,對并聯(lián)系統(tǒng)的任意單臺UPS 設(shè)備進(jìn)行不帶電維護(hù)操作。當(dāng)UPS 在并聯(lián)的方式進(jìn)行時(shí),會(huì)由于電網(wǎng)頻率波動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等原因,使供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變。同樣的,在整個(gè)系統(tǒng)中,雙電源負(fù)載與單電源負(fù)載的供電方式存在一定差異,單電源負(fù)載為單套UPS 供電,雙電源負(fù)載為兩套共同供電。

        2.3 雙總線供電模式

        雙總線供電模式如圖3 所示。為了在串、并聯(lián)冗余線路供電模式的基礎(chǔ)上降低由于單線供電模式造成的故障概率,可以采用雙總線供電模式。該系統(tǒng)最大的特征為,能夠在不影響供電線路存在差異性的情況下,為系統(tǒng)提供獨(dú)立的負(fù)載電源。當(dāng)接入的為單電源時(shí),可以加上靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān),當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下,且主機(jī)電源的電壓值處于正常范圍,便可以將負(fù)載連接在主電源上;當(dāng)接入為雙電源時(shí),兩個(gè)線路同時(shí)對負(fù)載進(jìn)行供電,雙電源負(fù)載的兩個(gè)電源模塊會(huì)進(jìn)行協(xié)同工作。

        3 將雙總線供電模式進(jìn)行合理的應(yīng)用

        據(jù)調(diào)查,國內(nèi)某數(shù)據(jù)管理中心在其配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了雙總線供電模式。為進(jìn)一步增強(qiáng)和滿足供電的可靠性和穩(wěn)定需求,將上述的幾種供電模式進(jìn)行綜合化結(jié)合,科學(xué)地提高了電力系統(tǒng)的安全系數(shù)。在建設(shè)成本和項(xiàng)目場地資源有限的情況下,選擇雙總線供電模式。例如,某省某電力公司的數(shù)據(jù)中心機(jī)房在進(jìn)行容量擴(kuò)充改造后,將其機(jī)房內(nèi)部凈面積增加到400 m2,并購置了2 臺500 KVA 的UPS,其電池的待機(jī)時(shí)間為3 h。雙總線供電模式很大程度上可對市電的輸入進(jìn)行靈活調(diào)整,在提高供電系統(tǒng)可靠性的同時(shí),有效減少電力設(shè)備的投資額度和占地空間。

        圖3 雙總線供電模式

        4 結(jié)束語

        經(jīng)過上述全面分析和闡述可得,基于UPS 模式的不間斷供電系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)方面具有一定的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),能夠廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等多類別領(lǐng)域。為在原有的供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上提高不間斷UPS 供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,需從單串聯(lián)總線供電模式、雙并聯(lián)總線供電模式以及雙總線供電模式等多種供電模式進(jìn)行系統(tǒng)整合和優(yōu)化,相信通過對上述模式的深層次科研,會(huì)創(chuàng)造出一種集串并聯(lián)、雙總線優(yōu)點(diǎn)為一體的自動(dòng)化供電模式,從根本層面上進(jìn)一步促進(jìn)UPS 供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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