1、22 UPS 双总线供电方案的电路结构有一种说法，双总线是根据美国 T4 等级(Tier4) 标准的要求而来的。图 6 就是这种双总线 UPS 冗余供电方案。从图中可以明显地看出，双总线的每一路都是由多台 UPS 并联的。就目前的 UPS 并联水平来看，可以做到 8 台并联。比如台湾至少有 5 个数据中心采用的就是 8 台并联 2 的双总线供电系统。如果在 8 台 UPS 冗佘并联之内就可以解决的问题，最好不要轻易采用双总线。尤其是在两台单机 UPS 就可以做 l+l 并联冗余的时候，硬要改用双总线方案，不但使设备量成倍增加，而且由于引入了串联功能的设备 STS，使能量通道上又多增加了故障点，
2、导致的投资还要远高于双倍 1+1 并联冗余时的情况，因为 STS 要比同容量的 UPS 价格高得多，同时还失去了原来直接并联时过载能力强的优点，可靠性比原来也有所降低。众所周知，任何解决方案和规划都是有条件的，有其特定的使用环境，也就是有其局限性。因此，不可不讲条件、时间和地点地到处乱用，否则，不但达不到预期的目的，反而会事倍功半。3 两种供电方案的比较31 两种供电方案的可靠性及故障率比较为了有一个量的概念和直观而容易理解，仍设所有设备的可靠性 r 都是 099；也是为了简单明了，暂不考虑 UPS 以前和 STS 以后的这些共有的配电部分。由此见图 7(a)虚线方框内的部分，并由此作出可靠性
3、结构模型图。从可靠性的观点出发，凡是在该环节故障时都能导致系统不正常的情况通通算作串联环节，因此连接图 7(a)的同步器 LBS、静态开关 STS 和隔离变压器 B1 在可靠性上同 UPS 都是串联关系，如图 8 所示。由于两台 UPS在 STS 的输出端在功能上对双电源负载是并联关系，就认为二者是并联关系，由此得出系统可靠性：不可靠性或故障率就是 O001 55，即万分之十五。从前面的式 (3)可以看出，两台UPS 直接并联时的供电系统可靠性是万分之一，而图 7(a)增加了 6 个设备以后，造价成倍地增加，而可靠性则成十倍地降低。根据上面的计算，故障率是前者的 15 倍。32 双输入交流电时
4、两种供电方案 ATS 功能的比较有人认为双机冗余并联时只用了一个 ATS，这是个单点故障点，或称为瓶颈；而双机双总线时则用了两个 ATS，由于有冗余关系，消除了瓶颈效应。1)双 UPS 冗余并联 ATS 的功能双交流输入可能是双市电，也可能是一路市电和一路燃油发电机组。在这里以双路市电输入为例。双机冗余并联时一般是利用 ATS 将双市电互投为一路输出，如图 9(a)所示。若以市电 1 为主电源，市电 2 为备用电源，ATS 通常接通市电 l 到 UPS 组。当市电 l 故障时，ATS 就断开市电 1 而将市电 2 转接到 UPS 组上。一旦 ATS 故障，就无法实现转接功能而使后面的所有 UP
5、S 失去输入电压。这就是所谓的瓶颈效应，也有的称为单点故障。当然，为了防止上述现象发生，一般都采取了补救措施，比如有的厂家在 ATS 切换无法进行时就采用摇臂以手动的方式进行转换；也有的厂家有可选择的旁路开关，在 ATS 故障时用人工的方法把旁路开关合上去。加了这些措施，瓶颈本身依然存在。2)双机双总线时 ATS 的功能图 9(b)的双 ATS 的连接法就消除了这种隐患呢。首先讨论一下它的工作原理。在正常情况下，一般都是这样设置的：ATSl 将市电 l 接通到 UPSl，ATS2 将市电 2 接通到 UPS2。比如由于某种原因导致市电 1 断电，ATSl 就自动切换到市电 2，以使 UPSl能
6、够不间断地得到输入电压；但由于某种故障原因使得 ATSl 在市电 l 断电时而无法实现切换，即市电 2 因 ATSl 无法切换而使 UPSl 得不到市电 2 的支持，仍然会处于无输入电压状态，只好待电池放电终结后而关机，但由于 STSl 的存在， UPS2 的输出电压会及时地经STSl 切换到 UPSl 后面的负载上去，如图 10 所示。由于此时 UPS2 的输入电压尚在正常供电，所以可使 UPSl 和 UPS2 的负载仍然不间断地工作下去。双总线的优点只有在这里才得到了体现。不过，现在已处于无冗余供电状态，维修时间已成关键，为了改善这种状况，最好双总线的每一路增加冗余，比如都变成 1+l，不
7、过这时的设备量又成倍增加了。另一方面，在双总线的情况下，双电源负载的两个输入电压是从两路引来的同相电压，即都是 A 相或都是 B 相、或 C 相，这又埋下一个隐患：当一路故障时( 如上例中的市电 1 故障时的情况)，最后经 STS2 将 UPS2 的输出电压切换到 UPSl 的负载上，可以看出，此时双电源负载的两路输入电压是同一相，如果这时对应这一相的开关故障(接触不良或断开)，该双电源负载就会因全部断电而停机。原来的目的是即使一个 UPS 后面的单电源负载全部断电时，该双电源负载也不至于断电，而此时的目的就达不到了。4 采用双总线的适当场合41 采用双总线的场合双总线作为冗余并联的补充措施在
8、一定的场合下就可显示出它的优越性。这种场合就是容量与可靠性出现矛盾时。比如一个信息机房的用电量是 2500kVA，要求并联冗余后的供电电源系统的可靠性 R=0 99999，选定了某品牌单机容量为 400kVA 的 UPS。为了方便分析，假如每台 UPS 的可靠性 r 相同，取 r=099，目前 UPS 并联的台数不超过 8，此处取 8 台并联。取 7+1 即可是 400kVA7=2800kVA，满足了 2 500kVA 的需求，如图11(a)所示。看可靠性 R8 是否满足。根据可靠性计算公式：这一次满足了要求。但容量只有 400kVA6=2400kVA，容量又不能满足了。如果用户的容量要求不可
9、更改，只有采用双总线方可，如图 11(b)所示。在双总总线的情况下，系统地可靠性就是：此时倒是满足了可靠性的要求，但设备量增加了一倍多，投资也成倍增加，损耗也显著增加，这就需要权衡利弊。若采用 500kVA 的 6+2 方案会更经济些。而且容量 500kVA6=3000kVA 富裕很多，不但减少了投资、降低了损耗，也提高了系统的可靠性。这个例子说明，在很多情况下双总线并不是唯一的和最佳的解决方案。从前面的讨论也可看出，当容量与可靠性不发生矛盾时，如果硬要采用双总线，不论什么理由都是不可取的。42 减少设备量的途径人们不禁要问：难道为了得到这一点好处就必须花费几倍的投资吗? 实际上大可不必，正如
10、前面讨论的那样。(1)即使一个 ATS 故障而不能将另一路市电接入时，仍能保证全部负载不断电，从这个观点上说，可以将前面的两个 ATS 更换成普通断路器；(2)既然要求在任何一路市电或 UPS 故障时都要保证全部负载不断电，冗余并联的 UPS就可以完全满足，所以 UPS 输出和负载之间除了必要的开关之外，没有必要再增加 STS进行多余的切换；(3)这里的重点就转到如何在一路市电和 ATS 同时故障时仍能使另一路市电可靠地接入。这个问题再容易解决不过了，比如给双机冗余输入端的 ATS 配上旁路开关(有的是选件，有的就是标配)就可解决了，因为一路市电掉电是有告警的，UPSl 输入电压断电也是有告警
11、的，值班员就可在确认 ATS 确实故障后而合上旁路开关。不要期望全自动化，一般这样的机房都会有值班员。当然，如果确实需要全自动化，也是可以的，只要向供应商提出要求就是了。因此，双总线的供电效果完全可以用很小的代价来取得。(4)减少 UPS 和 STS 设备量的途径如果有的用户确实对双总线结构情有独钟，也未尝不可，在保证可靠性与可用性的前提下也有节约的方法。有的认为双总线必定需要用图 11(b)的结构方式，即两路电源必须用两个台大容量 STS 进行互相切换。实际上双总线也各有不同。如图 12(a)为双开关二单机双总线结构。这个电路结构的特点在于每台 UPS 有两个输入开关，一个普通断路器和一个
12、ATS 转换开关。普通断路器供 UPS 主电路应用，ATS 供两台 UPS 的旁路用电，这样一来从输入开关上就加了一层冗余，即使其中一路市电故障断电，仍能保证双电源设备的双路供电。这里只用了一个 STS 为单电源设备供电，与双 UPS 并联冗余相比，增加设备不多。如果采用分散小型 STS 结构方案，功耗、价格和占地面积还可降低。图 12(b)为双开关三单机双总线冗余结构。从前面的分析可知，当一路市电故障( 比如市电 1)断电时，断电这一路 UPSl 的输出就是通过 ATS 送过来的市电，这样一来，双电源设备的两个输入就有一路是市电，有可能引入干扰。为此可用第三台 UPS 来代替图(a) 中的市
13、电，如图(b)所示，此结构同时也具有了串联热备份的功能2方案介绍成都市南部副中心科技创业中心二期 B 楼项目各相应的机房中共放置 42U 标准服务器机柜约 500 架，为确保企业高效、安全、可靠的正常运行，采用台达 11 台 NT 系列 UPS 组成的 4 套供电系统分别为不同类型的设备及应用场所提供电力保障，设备配清单如下表：UPS 电源系统采用集中安装及集中管理。科技创业中心 B 楼三层计算机机房设计容量 80KVA UPS 系统，台达采用了 2 台 NT80K UPS 组成的高可靠性级别的双总线供电系统，为负载提供具备高冗错性的电力保障。该双总线冗余供电系统正常运行时，两路 UPS 直接
14、向双输入负载设备供电，单电源负载则通过机架式 ATS（或采用无需输入同步的机架式小容量 STS）切换提供一路具有冗错能力的电源供电。对系统中双电源负载来说，实现了两条路径完全独立隔离的效果，真正实现双母线供电；针对单电源负载实行按机架分散的机架式 ATS 转换后供电的方式，将风险降到最低，更提高了供电方案的可靠性。NT 系列 UPS 内置 LBS同步控制功能，使得两条路径完全独立隔离，消除了外置 LBS 的单点故障点，即在UPS 供电系统中不存在单一的故障点。同时，台达 NT 系列 UPS 支持在线并机扩容功能，实现安全可靠的系统升级扩容。3优势分析3.1 高可靠性传统双总线系统两路 UPS
15、之间需使用总线同步控制器 (LBS)进行同步控制，使得两路 UPS 输出电压同频、同相、同幅值，才能够保障 STS 的安全转换提供必要的条件，因为总线同步控制器的工作状态同时与双总线的两路 UPS 有关，如果总线同步控制器 LBS 发生故障将会造成整个系统的不正常工作，所以在系统形成了单路径故障点。传统双总线系统方框图如下： 传统 UPS(2N)双总线系统图而台达 NT 系列 UPS 具有内置总线同步控制器 LBS 功能，即无需外置总线同步控制器 LBS，通过UPS 内部控制就可实现两路 UPS 输出完全同步的工作，彻底解决了传统双总线系统中的单路径故障点，大大地提高了系统的可靠性。该台达双总线系统应用中，双电源的 IT 负载设备采用两路 UPS 输出直接供应，而无需再加转换开关 STS，不担提高了供电系统的可靠性，同时也为用户降低了投资成本；对于少数的单电源 IT 负载设备，可采用了小功率的机架式 ATS（或采用无需输入同步的机架式小容量 STS）转换后输出供应，转换时间小于 10ms，丝毫不影响负载的正常运行。台这 NT 系列 UPS 组成的双总线系统，实现了两路供电的完全隔离，拥有最高可靠性的双总线供电系统。
