最可靠的電力保證--雙總線模塊化（N+X）

應(yīng)用領(lǐng)域：

■通信系統(tǒng)；

■金融系統(tǒng)；

■工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)；

■互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）；

■多媒體數(shù)據(jù)中心（MDC）；

■其他重要負(fù)載系統(tǒng)。

方案特點(diǎn)：

■外觀設(shè)計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)19寸黑色機(jī)柜；

■可維護(hù)性：在線熱拔插，無需轉(zhuǎn)旁路；

■可擴(kuò)展性：實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容，在線升級(jí)，在線維護(hù)；

■綠色節(jié)能：高效率、低熱損耗、對電網(wǎng)無污染；

■高性價(jià)比：降低用戶初期購置和日后擴(kuò)容維護(hù)及運(yùn)營成本；

■高可靠性：解決單點(diǎn)故障的瓶頸，為關(guān)鍵負(fù)載提供可靠電源保護(hù)；

■具有高抗干擾性：保證無論來自市電或UPS供電本身的“電源干擾”盡可能地被消除，包括傳導(dǎo)干擾與輻射干擾。

雙總線模塊化（N+X）方案概述：

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）和多媒體數(shù)據(jù)中心（MDC）是高速互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控中心。用戶對它們所承擔(dān)的對信息資源（數(shù)據(jù)、語音和圖像信息）的遠(yuǎn)程處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)送的“時(shí)效性”要求極高。哪怕是僅幾秒鐘的“停機(jī)”均會(huì)給整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營帶來無法估量的損失。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐缮鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)生活的嚴(yán)重癱瘓。因此，IDC必須向用戶提供365×24h連續(xù)不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務(wù)。為達(dá)此目的，從設(shè)計(jì)原則上講，承擔(dān)著向IDC機(jī)房供電任務(wù)的整個(gè)電源系統(tǒng)都必須采用具有高度“容錯(cuò)”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網(wǎng)出故障時(shí)或是在任何模塊（包括系統(tǒng)控制模塊）發(fā)生故障時(shí)，還是在進(jìn)行日常維護(hù)/檢修操作時(shí)或因故致使保險(xiǎn)絲燒毀/斷路器開關(guān)“跳閘”時(shí)，互聯(lián)設(shè)備均應(yīng)由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應(yīng)進(jìn)入由普通的市電電源/應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。這是因?yàn)橹挥小霸诰€式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負(fù)載提供同時(shí)具有穩(wěn)壓、無頻率“突變”，無干擾和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。對于包括后備式UPS，在線互動(dòng)式UPS在內(nèi)的“非在線式UPS”來說，它們主要對輸入電源的電壓進(jìn)行調(diào)整，對輸入電壓的頻率波動(dòng)，各種電源干擾和電壓失真度并無“實(shí)質(zhì)性”的改善。這就意味著，在整個(gè)供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在單點(diǎn)“瓶頸”故障隱患。為此，應(yīng)盡可能地配置具有高度“容錯(cuò)”功能的UPS冗余供電系統(tǒng)。也就是說，在這種UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中，即使遇到某些“部件”偶然發(fā)生“故障”時(shí)，整個(gè)UPS供電系統(tǒng)必須仍能正常工作。

相對于傳統(tǒng)意義上的UPS，在雙總線系統(tǒng)中采用模塊化（N+X）UPS配置具有更高的優(yōu)勢。在行業(yè)用戶的信息網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)對高端UPS的容量產(chǎn)生錯(cuò)誤的、或是過低或是過高的預(yù)計(jì)，其結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致采購成本過高、無法滿足負(fù)載需要或造成資源、空間及能源浪費(fèi)等情況。雙總線模塊化（N+X）通過可擴(kuò)充的模塊結(jié)構(gòu)有效的解決了這一問題，它可以幫助用戶在未來發(fā)展不明確的情況下分階段進(jìn)行建設(shè)和投資。當(dāng)用戶的用電負(fù)載需求增加的時(shí)候，只需要根據(jù)用電規(guī)劃階段性的增加功率模塊即可。同時(shí)，通過模塊化的整合，能夠充分滿足供電系統(tǒng)的擴(kuò)展性需要，并具有更靈活的機(jī)動(dòng)性及更好的可靠性，是電源保護(hù)領(lǐng)域未來發(fā)展的趨勢和里程碑。此外，在傳統(tǒng)高端UPS產(chǎn)品中，一直存在著單臺(tái)UPS容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問題，以往用戶對此的安全保障措施是采用傳統(tǒng)的“1+1”或“N+1”的冗余機(jī)制，這不僅增加了采購、安裝及維護(hù)成本，而且只能容錯(cuò)一次。而在雙總線模塊化（N+X）系統(tǒng)中，各并聯(lián)模塊皆為內(nèi)置冗余的智能型獨(dú)立個(gè)體，無需系統(tǒng)控制器對并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行集中性的控制。當(dāng)任何模塊（包括系統(tǒng)控制模塊）發(fā)生故障后，該冗余設(shè)計(jì)將會(huì)實(shí)現(xiàn)最大程度的故障冗余，同時(shí)還可以允許用戶根據(jù)自身的需求選擇超過一次容錯(cuò)率的冗余。也就是說在雙總線模塊化（N+X）的系統(tǒng)下，用戶只需要購買相應(yīng)的功率模塊，即可實(shí)現(xiàn)“N+X”的故障冗余及升級(jí)擴(kuò)容。雙總線模塊化（N+X）系統(tǒng)可以有效地解決傳統(tǒng)UPS中存在的制約性問題，進(jìn)而使得用戶獲得了極佳的擴(kuò)展性，并且可以在必要的時(shí)候自行對系統(tǒng)進(jìn)行自主的分配與集成。既滿足了后期設(shè)備的所需擴(kuò)展，又降低了用戶的初期購置成本。

根據(jù)當(dāng)今UPS產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平，以選用具有“雙總線輸入”和“雙總線輸出”供電功能的模塊化（N+X）UPS冗余供電系統(tǒng)為宜。它是由如下幾部分供電系統(tǒng)所構(gòu)成的：

1）雙總線輸入供電系統(tǒng)

雙總線輸入供電系統(tǒng)基本配置為：由市電輸入電源＋備用發(fā)電機(jī)組＋“自動(dòng)切換”控制柜＋輸入配電柜。自動(dòng)切換控制系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)視著各種輸入電源的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并確?？偸菍⑵渲凶羁煽康囊宦冯娫此偷経PS的輸入端。對于某些重要的IDC機(jī)房而言，其“應(yīng)急發(fā)電機(jī)”電源實(shí)際上是一套由多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)＋發(fā)電機(jī)并機(jī)控制柜所組成的冗余式發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)。

2）雙總線輸出配電系統(tǒng)

為了消除可能出現(xiàn)在UPS并機(jī)系統(tǒng)輸出端與用戶端之間的“單點(diǎn)瓶頸”故障隱患，有必要配置雙總線模塊化（N+X）UPS的輸出配電系統(tǒng)。其基本配置是由“N＋1”型模塊化UPS冗余供電系統(tǒng)（優(yōu)選“1＋1”或“2＋1”型并機(jī)供電方案）＋輸出配電柜＋負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)（LTS）所組成的UPS輸出供電系統(tǒng)。對于某些要求極高的場所，還應(yīng)配置由負(fù)載同步控制器（LBS）＋兩套“N＋1”型模塊化（N+X）UPS冗余供電系統(tǒng)所組成的具有極高“容錯(cuò)”功能的供電系統(tǒng)。鑒于目前在IDC機(jī)房中所用的服務(wù)器和磁盤陣列機(jī)等產(chǎn)品中有（30～50）％為采用“雙電源輸入供電”體制的產(chǎn)品，對于這些設(shè)備，可以直接將分別來自兩套“N＋1”型并機(jī)系統(tǒng)的電源連接到這種“雙電源輸入設(shè)備”的兩個(gè)輸入端上。對于采用“單電源輸入供電”方式的關(guān)鍵負(fù)載，則是將分別來自兩套“N＋1”型并機(jī)系統(tǒng)的電源首先連接到“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”（常見的是STS型的靜態(tài)開關(guān)和SS型的快速切換開關(guān)）的兩個(gè)輸入端上，然后再將用戶的關(guān)鍵設(shè)備連接到“負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)”的輸出端上。

雙總線模塊化（N+X）可靠性分析

評估UPS系統(tǒng)履行職責(zé)的可靠性，不僅要考量UPS的MTBF，還要考量UPS的MTTR及市電的MTBF。當(dāng)UPS發(fā)生故障的同時(shí)市電也發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載將會(huì)失去電力，也就是說UPS關(guān)鍵職責(zé)的失效。負(fù)載暴露在沒有保護(hù)的市電之下的時(shí)間長短取決于維修時(shí)間的長短。如果維修一臺(tái)UPS需一周時(shí)間，而市電的平均無故障時(shí)間也是一周，那么，UPS發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載將很可能失去電力。如果UPS的MTTR是1小時(shí)，那么市電的MTBF將不會(huì)對關(guān)鍵負(fù)載的失效概率產(chǎn)生很大影響。很顯然，降低UPS的 MTTR將會(huì)降低對關(guān)鍵負(fù)載的失效概率。降低UPS的MTTR最好的方法就是盡量減少可能影響UPS維修的因素 。雙總線模塊化（N+X）UPS因?yàn)榫哂性诰€熱插拔的功能，自然是最好的選擇。

從設(shè)計(jì)原則上講，承擔(dān)供電任務(wù)的整個(gè)電源系統(tǒng)都必須采用具有高度“容錯(cuò)”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網(wǎng)出故障時(shí)或是在任何模塊（包括系統(tǒng)控制模塊）發(fā)生故障時(shí)，還是在進(jìn)行日常維護(hù)/檢修操作時(shí)或因故致使保險(xiǎn)絲燒毀/斷路器開關(guān)“跳閘”時(shí)，互聯(lián)設(shè)備均應(yīng)由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應(yīng)進(jìn)入由普通的市電電源/應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。

綜上所述，雙總線模塊化（N+X）UPS具有最長的履行職責(zé)平均無故障時(shí)間（MTBF），最小的平均維修時(shí)間 （MTTR）及最強(qiáng)的抗市電干擾風(fēng)險(xiǎn)能力及高度“容錯(cuò)”功能，應(yīng)用這套方案系統(tǒng)將得到穩(wěn)定、高效、安全的24h不間斷電源電力支持，堪稱最新專業(yè)機(jī)房電源系統(tǒng)的典范，是最可靠的電力保證。

選配同IDC的集中監(jiān)控系統(tǒng)“兼容性”好的UPS冗余供電系統(tǒng)

為了滿足信息網(wǎng)絡(luò)對IDC和MDC機(jī)房實(shí)現(xiàn)無人或少人值守管理和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的需求，從而提高對UPS供電系統(tǒng)的“可管理性”，對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來說，除本身應(yīng)配置對它的所有IT設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之外，還應(yīng)建立一套對“非IT設(shè)備”的集中監(jiān)控體系，以便對諸如空調(diào)機(jī)、配電柜、電池組、發(fā)電機(jī)組、漏水警報(bào)、安全系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和分析。為此，要求所選用的UPS冗余供電系統(tǒng)應(yīng)配置有如下通信接口：

1）在UPS上配置RS232/RS485接口，Modem或SNMP適配器；

2）用于顯示UPS的工作狀態(tài)/報(bào)警信息的“繼電器干接點(diǎn)”型的輸出通信接口；

3）“用戶自定義”輸入信號(hào)（門禁、煙霧、溫度、濕度等報(bào)警信號(hào)）的“繼電器干接點(diǎn)”型的輸入通信接口；

4）對各種“非IT設(shè)備”配置必要的數(shù)據(jù)采集器；

5）配置相應(yīng)的集中監(jiān)控和管理軟件包或通信協(xié)議。

利用上述的輸入/輸出通信接口和相應(yīng)的電源管理軟件或用戶現(xiàn)有的網(wǎng)管集中監(jiān)控系統(tǒng)就可以組成所謂的智能化IDC和MDC機(jī)房的集中監(jiān)控系統(tǒng)。在這樣的網(wǎng)管系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)的主要調(diào)控功能有：

1）調(diào)閱在UPS的LED/LCD顯示屏上所能觀察到的UPS的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)（例如：輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數(shù)及電池組的充放電電壓/電流等參數(shù)）；

2）“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”所用的各種“機(jī)房環(huán)境調(diào)控設(shè)備”的“運(yùn)行大事記”（自各種設(shè)備開機(jī)以來，按時(shí)序排列的，曾出現(xiàn)過的故障/報(bào)警/用戶所執(zhí)行過的操作等信息）；

3）萬一發(fā)生故障時(shí)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)廣播報(bào)警（彈出報(bào)警窗口），電話或手機(jī)的自動(dòng)撥號(hào)、自動(dòng)傳呼或發(fā)E－Mail等操作，以便通知值班人員及時(shí)到現(xiàn)場排除故障或維修；

4）對UPS的備用電池組執(zhí)行可編程的電池容量“自測試”操作，如果發(fā)現(xiàn)電池的“實(shí)有容量（Ah）”偏低時(shí)，還應(yīng)自動(dòng)發(fā)出“電池需要更換”的預(yù)報(bào)警信號(hào)；

5）將“用戶的自定義”報(bào)警信號(hào)（例如：溫度/濕度、門禁、消防等報(bào)警信號(hào)）經(jīng)UPS的輸入通信接口被納入IDC機(jī)房或智能化樓宇的統(tǒng)一的集中監(jiān)控系統(tǒng)；

6）由IDC和MDC的主管當(dāng)局所指定的人員，根據(jù)不同的授權(quán)權(quán)限，分級(jí)“重新調(diào)整”/設(shè)置各種相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)或執(zhí)行遠(yuǎn)程的故障分析/診斷操作。

運(yùn)行示意圖：

供電原理圖：