公安110指挥平台UPS电源基础设施的设计与研究

贺建强

摘要：随着公安指挥系统不断更新换代，公安指挥系统的运行保障工作是系统可靠运行的关键，UPS电源系统作为保障系统可靠运行的重要基础设施，其系统选型、供配电系统结构设计、应急处理、运行状态监控及预警等方面的能力都是考察UPS供电系统的“健壮性能”。本文以公安指挥系统建设中以UPS供电系统设计为基础，探讨了当前公安指挥系统基础设施中设备供电系统的应用研究和经验总结。

关键词：双电源供电；双回路供电；电源系统

0引言

随着公安指挥系统不断更新换代，天津市公安局已经完成第三代指挥系统的建设，系统已经发展为多个系统同时并发运行的一个综合平台，成为公安系统接处警的重要业务基础。随着新形势下，公安业务对指挥系统综合平台的综合性、系统可靠性、系统反应速度等方面提出了新的要求。为此，公安指挥系统的运行保障工作是系统可靠运行的关键，UPS电源系统作为保障系统可靠运行的重要基础设施，其系统选型、供配电系统结构设计、应急处理、运行状态监控及预警等方面的能力都是考察UPS供电系统的“健壮性能”。

公安指挥系统作为涉及公共安全的重要综合平台，根据GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的规定，110系统的机房应为A级机房。A级电子信息系统机房内的场地设施应按容错系统配置，在电子信息系统运行期间，场地设施不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修而导致电子信息系统运行中断。不间断电源（UPS）系统是机房内的重要设施，因此UPS系统应设计为容错系统配置。围绕容错系统配置，应分为三部分容错设计，一是UPS系统本身的容错设计，二是供配电系统的容错设计，三是信息系統设备本身接入供电系统的容错设计。

在本文中，作者通过对几代公安指挥系统建设的经验总结，提出了新一代公安指挥系统UPS供配电系统架构的建设方案研究。

1对UPS电源系统的设计

不问断电源（UPS）系统采用模块式UPS系统。要求所选择的模块式UPS系统应具备分散并行结构，即每个UPS电源模块包含了整个系统操作所需的所有硬件和软件，各个模块之间没有共用的组件。每个UPS模块都具备了独立的静态旁路开关、整流器、逆变器、逻辑控制、控制面板、电池充电器以及电池。只有具备这种通过在每个独立单元重复和分散所有关键部件，才可以消除潜在的单点故障。这是模块式UPS选择的关键，以上任何一个关键部件不是独立的情况下，都会引起整个UPS系统的瘫痪，也就失去了模块式UPS选择的初衷。

同时，每个UPS系统框架所支持的容量应大于系统所需的总用电量，并保留冗余模块和足够的扩充余量。

通过对模块式UPS和冗余模块的选择，每个UPS系统具备N+x（x=1，2）冗余运行模式。

此外，UPS系统还应具备在线模块安全移除和添加的功能。任何模块的添加和移除都对关键负载没有任何影响，且无需断电或转移至未经保护的电源，就能实现对损坏模块的拆除、替换，以及在线扩容。

采用具备以上功能的模块式UPS系统，其UPS系统本身应能够保证系统平均修复时间（MTTR.MeanTime TOFailure）趋近于“零”，保证系统可用性能够达到99.9999%。

以一台满载容量为500 KVA的UPS系统为例，每个UPS模块的容量为50 KVA，当前用电需求为400 KVA，即需要8个50 KVA的模块，此外，应额外配置1个50 KVA的冗余模块作为热备份模块。当8个50 KVA模块中的一个模块发生故障，系统能够自动（或手动）对其进行隔离，冗余的50 KVA模块自动加入负载供电。用户可及时要求维护厂商及时对故障模块进行修复或更换，保证系统最大限度的具备热备份模式，保证UPS系统的可靠性。

2UPS供配电系统的系统结构设计

不间断电源（UPS）系统在供配电系统结构上采取双电源输入、双回路输出的模式。

双电源输入在本文中是指为UPS系统提供的电源为两个供电电源（馈电源）。市电输入是来自于不同高压变电站或同一变电站中来自不同变压器的两路供电。这应根据当地的条件进行灵活配置，并采用备用柴油发电机作为后备保障。

双回路输出是指一般地为保证设备供电系统的可靠运行，都会配置两套UPS系统，每套UPS系统各自输出一路独立的供电回路到机房内设备。

通过双电源输入、双回路输出供配电系统结构设计，能够保证机房内的设备随时都在两套供电电源同时供电，当其中一套供电电源发生故障后，另一套供电电源能够承担足够的负载，保证系统不间断供电。

这种供电模式能够为供配电系统的断电检修、UPS系统更换或断电运维、电路升级改造等必须断电的情况下，仍能够保证有一路供电系统为设备不间断地供电。

3信息系统设备供电接入设计

自两路UPS电源分别引出的供电回路应全部引至机柜附近，经供电分配单元（PDU）引入机柜内，对于配置冗余电源模块的服务器、网络交换机等设备可按照供电负载均衡的原则分别从不同的PDU接入电源。负载均衡的原则是指将一台服务器上配置电源模块的一半容量由同一路电源PDU供电，另一半容量的电源模块由另一路电源PDU供电。当电源配置冗余模块时，冗余的模块可接入任意来源的PDU。

有些通讯设备，如光端机或协议转换模块等无法配置冗余电源模块（即但电源设备）时，可采取在机柜内配置一台静态切换装置（STS），这台STS具备两路电源输入和多路电源输出。两路电源输入可分别取自不同PDU，STS的电源输出为单电源负载供电。

通过此种末端电源设备供电模式，能够保证每一台设备同时能够被提供两路供电。

4设备运行状态监控及预警

供配电系统应配置一套动力监控系统，对供电设施的每一个环节进行在线监控。这套动力监控系统应具备报警功能，当某一环节的状态或参数超出预警参数时，应能够通过声光、短信等形式及时通知运维人员，以便于运维人员及时进行故障判断和处置。

动力监控系统的监控对象包括各个供电回路开关的闭合状态，每个回路的各项电性能参数，UPS系统的运行状态，UPS蓄电池的性能指标，防雷器是否被激活的状态等等。

运维人员可根据在线采集瞬间数据和历史数据，对每个回路的负载设备运行情况进行分析，以保证对用电峰值的检测和分析，保证当一路供电系统断电后，另外一路系统具备承接另外一路负载的能力。另外，对新添加的单电源设备用电情况进行监控和分析，避免过多的单电源设备加载到一路供电回路上，应维持双回路负载均衡。

通过对一些参数的设置，能够及时发送预警信息给运维人员。

5应急处置及系统恢复

一套再完善的系统都存在发生故障的可能，制定一套完善的应急处置方案和系统恢复应急演练是保证系统可靠运行坚强保障。

应急处置方案应针对发生故障的来源以及系统的部件或环节进行分析，并制定对应的处理措施。

故障来源是指系统内部的外部影响和内部影响。外部影响包括供电电源断电、电压不稳定、雷击故障、外部敌对攻击等。内部影响包括设备故障、人员误操作及内部人员破坏等。定期的应急演练能够使运维人员熟悉应急状态下各自的职责和业务熟练程度，考评外部支持的可靠性和效能，考评应急预案的严谨程度等等，以达到不断持续改进的目的。

7结语

本文对110指挥系统中UPS供电基础设施设计和建设中经验进行归纳总结，为新建系统时供配电设计提供丰富的参考，同时也为今后系统运行维护中，对系统的保障能力进行了阐述，为110指挥系统的稳定运行提供有力保障。endprint