关于双总线UPS供电系统的分析及应用

■文/乔 黎

关于双总线UPS供电系统的分析及应用

■文/乔 黎

文章介绍了几种UPS冗余连接方式的特点及存在的问题。并从配置方式、供电可靠性、系统可用性等方面分析了双总线UPS 供电系统，说明了采用双总线UPS 供电系统的必要性。介绍了双总线UPS 供电系统在新华社财讯机房的实际应用。关键词：UPS；供电方式；冗余方式；双总线；应用

前言

UPS自问世以来，一直伴随着计算机的发展而发展，计算机的普及形成了广泛的IT行业，UPS也紧随其后成为IT业不可缺少的黄金搭档，近年来，由于通信网络规模越来越大，信息技术已成为国民经济的重要支柱，容不得任何一个环节出现纰漏，从而对供电要求很高，那怕是仅几秒钟的停机可能会给整个机房的安全运行和用户的生产经营带来无法估量的损失。数据中心UPS作为备用电源设备，对保障供电安全、可靠以及电能质量发挥了积极的作用。然而，由于任何单机供电都存在着断电的危险，关键性负载要求供电设备的可靠性或可用性做到万无一失。因此，UPS电源系统采用具有高度容错功能的冗余式供电方案，已变成必要手段。在数据中心，为确保无论是在市电出故障时或在某台UPS电源发生故障时，还是在UPS进行日常维护、检修操作时，甚至是在拆除、更换某台UPS设备时，数据中心设备均要有高质量的供电，均应由UPS电源不间断供电。只有UPS电源可以向负载提供具有稳压、稳频、低谐波、无干扰和波形失真度极小的高质量正弦波电源。为此，应尽可能地为数据中心设计及配置具有高度容错功能的UPS冗余供电系统，即使某些环节偶然发生故障时，整个UPS供电系统仍能正常工作。

1几种主要UPS配置方式及优缺点分析

UPS主要有以下几种冗余方式：串联热备份供电方式；冗余并联供电方式；双总线供电方式。

1.1 串联热备份供电方式

串联热备份方式是指对于在线式工作模式的两台UPS，备机的输出作为主机的旁路备份输入，在运行中，一旦主机逆变器出现故障，能够快速切换到旁路，由备机的逆变器输出供电，保证负载不停电。串联热备份方案如图1所示。

图1 串联热备份供电方案

该方案结构简单、安装方便，且无并机中存在的均流问题，因此系统稳定可靠。该方案的缺点是不中断负载用电的扩容能力较差；主、从机老化状态不一致，正常工作状态下，主机为负载供电，从机一直空载运行，从而造成主机、从机元器件的老化程度差别很大，并且从机电池寿命减低；当负载有短路故障时，从机逆变器容易损坏；串联热备份一般不超过两台UPS串联使用，因此，应用场合受到了限制。

1.2 冗余并联供电方式

冗余并联供电方式是指两台以上UPS的输出进行直接的并联，共同均分负载电流，不存在主从关系；当某台UPS出现故障时，该机将自动退出并联系统，负载电流100%由剩余的UPS供电，输出不间断；在故障机维修完成后可以在线并入继续对负载进行冗余供电。如图2所示。

图2 冗余并联供电方案

并联供电方式扩容相对方便；正常运行时多台UPS均分负载，系统寿命、可维护性及可靠性提高。

冗余并联供电方式缺点：在用新老两套UPS系统进行不断电割接时，若在操作过程中出现失误，则供电中断的可能性会非常大。系统存在单点瓶颈。由于其供电由同一套系统输出，而且并机系统中UPS主机输入一般来自于同一路电源，所以一旦系统中的输入输出部分如输入开关、输入转换开关、输出并机开关、输出配电柜等单点瓶颈出现故障，可导致供电中断。

因此，需采用必要的技术措施来消除可能出现在UPS输入输出端的各种单点故障隐患，实用有效的办法是配置UPS双总线输入输出配电系统。

1.3 双总线UPS供电方式

对于双总线UPS供电系统，当其中一套系统出现故障时，另一套系统将完全承担起供电可靠性的保障。该供电方案由两套独立工作的UPS、负载母线同步跟踪控制器（LBS）、自动转换开关（ATS）、静态切换开关系统（STS）、两套独立的输入、输出配电屏组成。如图3所示。目前，双总线的系统已在中、大型数据中心得到了规模的应用。

图3 双总线供电方案

双总线UPS供电系统具有以下优点：1、消除了系统存在的单点瓶颈。消除了可能出现在从市电输入到UPS 供电系统的输入端，再到最终的设备电源输入端之间的配电线路中由于输入开关、输入转换开关、输出并机开关、输出配电屏等可能存在的单点瓶颈故障隐患。2、系统的扩容升级及可维护性提高。双总线供电方式具有很好的开放性及前瞻性，在任何时候均可将其中的一套系统完全下电进行处理以解决维护或者扩容的问题，为今后的设备故障维修、扩容及更换改造等打好基础。

2. UPS双总线系统在新华社财讯机房的应用

在中国国际新闻中心A座十一层建设了一个面积约为350㎡的财讯机房。该机房将服务于新华社在该楼内办公的新闻信息、金融信息和图片信息等部门的存储和通信业务。机房按照功能区划分为：主机房区：服务器及存储设备机房、网络控制中心和程控交换机房；辅助机房区：监控/调测机房、气体灭火钢瓶间；动力保障区：UPS机房；支持区：走廊。

在UPS机房内配置了UPS双总线供电系统。机房内最多可放置50个19英寸标准机柜。每个机柜均为两路UPS供电，每机柜负载为3.5kw共175kw；每层配线间机房3kw，15层共45kw；网络机房15kw。根据用电需求，为机房配置两台容量为250KVA的UPS，采用UPS双总线输出配送电系统，每路可提供225kw的输出功率，为负载提供双路电源，且每台UPS配备满载30分钟后备电池。该系统已建成并投入使用，为财讯机房各个机柜及IDF间提供可靠的UPS电源。机房的供电等级达到GB50174-2008 A级要求。系统配电方案如图4所示。

如图4所示，每台UPS配两面输入柜：一面市电输入柜与一面UPS输入柜，市电输入柜中安装630A ATS双电源自动切换开关，对两路市电可以进行带载切换，实现双路市电输入；一面UPS输入配电柜中装两路UPS主、旁路输入开关与三路供机房内照明、空调、新风等设备及备用电开关。每台UPS配一面输出配电柜：UPS输出配电柜中装有一路630AUPS输出开关、三路160A开关和三路100A开关。分别为机房内各列头柜以及为全楼15个综合布线系统IDF间供电的配电柜供电。

机柜列架采用配电列头柜方式供电，UPS输出柜送至配电列头柜，配电列头柜双面使用，每两排机柜共用一个配电列头柜。机柜内配置双路的32安培的PDU。

可以看出，该系统将其中的一套单机系统作为双总线系统的一根输出母线，另外一套单机系统作为双总线的另一根输出母线。每台UPS有独立的输入输出配电柜。即使一套系统完全失效或者需要检修，双电源负载因为有一根输出母线仍然有电，所以会继续正常工作；而关键的单电源负载会通过STS零切换到另外一根输出母线，也会正常工作。

图4 新华社财讯机房UPS供电方案

该系统有两路市电输入，采用了双总线输入冗余式供电系统。每套系统有独自的输入配电柜及电力传输线路，并各自配置了自动转换开关（ATS），对两路冗余市电进行切换，并且配有超压、过载、短路保护的输入开关，确保UPS系统输入端消除单点瓶颈故障。采用双总线冗余式输出配电系统，每套系统有独自的输出配电柜及电力传输线路，对于双电源负载，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。

3.结束语

通过比较和分析，可以看出，UPS双总线供电系统是具有高度容错功能的UPS冗余供电系统，可为数据中心设备提供高可靠性的UPS 电源，为数据中心运行的安全高效提供充分的保障。目前，该系统已在大容量UPS 供电系统中全面采用。

[1]钟景华，朱利伟，曹播，丁麒钢．新一代绿色数据中心的规划与设计．北京：电子工业出版社， 2013．

[2]马学利．“1+1”冗余并机UPS 系统与冗余式双总线“1 +1”UPS 系统可靠性比较分析．现代经济信息，2008．

[3]周志敏，纪爱华等．UPS供电系统设计与工程应用实例．北京：中国电力出版社，2014．

（作者单位：新华社通信技术局）

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1671-0134（2016）12-055-02

10．19483/j．cnki．11-4653/n．2016．12．020