雙母線

關于UPS電源雙母線方案的探討

時間：2012-3-219:21:00來源：點擊數：1116

中華電源網訊：

張生鋮，中達電通UPS產品開發處

摘要：本文介紹了基于臺達HIFTUPS構建的雙母線供電方案的組成和優點，該方案去除了傳統方案中的LBS，同時

采用分散式ATS配置，使系統可用性更好，更加綠色節能。

關鍵詞：雙母線HIFTUPSATS

［中圖分類號］TN86［文獻標識碼］A文章編號：

1引言

在互聯網高速發達的今天，人們的工作、辦公對互聯網的不間斷性工作依賴性越來越大，而且對基于它的硬件

數據交換、存儲的服務器的動力供電系統也提出了更高的挑戰。

電信運營商的數據、語音通信計費系統，金融、證券、銀行的計費系統對交流動力不間斷供電都要求非常高的

可用性。

2UPS電源雙母線方案概述

本方案采用基于臺達最先進的HIFTUPS構建的雙母線方案，核心設備為2套HIFTUPS主機，中達機架式

ATS（自動切換開關）。

2臺UPS分別輸出至各自母線，分別給雙電源負載提供電源，通過ATS靜態切換裝置切換給單電源負載供電，

ATS靜態切換裝置切換時間<4ms。

方案結構框圖見圖1。

圖1

本方案的最大特點是：去掉了傳統雙母線方案中的LBS，并且ATS采用分散式的配置方案。

⑴在市電電源正常時，A路總線輸出和B路總線輸出，合并組成雙總線系統，向關鍵的設備（雙電源）供電。

其它單電源設備負載由ATS供電。

⑵若A總線出現故障，而B總線正常工作時，則：

①A總線主機中的其中一個單元出現故障時，由其余的1個單元承擔負載，A總線的故障單元待修。B總線

不受影響，繼續供電；

②A總線并聯的主機出現兩個功率模塊故障、或主控故障、或A總線超載，既A總線的主機無法正常工作時，

該主機同時鎖相不間斷地跳入旁路，該總線待修。B總線并不受影響，繼續供電。

⑶若總線B出現故障，而A總線正常工作時，則：

①B總線的任意一路市電故障，則另一路市電承擔負載，B總線的故障待恢復。A總線不受影響，繼續供電；

②B總線的2路市電都出現故障，則該總線待修。A總線不受影響，繼續供電給所有負載。

3UPS電源雙母線方案組成

3.1UPS系統

臺達海福(HIFT)UPS,采用

N

+

X

架構設計，提高系統容錯度，可按需配制可靠度等級，滿足不斷變化的負載需求，

可隨需擴容，是具備最短系統修復時間能力的高可靠、高可用的智能UPS系統。此UPS基于模塊化技術設計，可實

現熱插拔維護和擴容，具有如下幾個顯著優勢。

⑴MTTR近于0，模塊化熱插拔在線維修，大大縮短維修時間

雖然隨著科技的進步，月經期拉肚子 系統可靠性越來越高，然而任何系統仍然都不是絕對可靠的，因此，客戶的關注度逐漸

從系統的高可靠性轉向高可用性，這時，MTTR就變得至為關鍵了。

無論UPS的可靠性有多高，業界公認，在整個供電系統中，最薄弱的環節仍然是UPS。

客戶的傳統使用經驗是哪怕遇到UPS的一個小零部件故障，系統也會轉到旁路無法再逆變工作，從而讓關鍵負

載置于非常危險的無保護電源供電之下。

而更糟糕的是，當客戶遇到問題時，并不能確定系統何時可以被修復。通常系統的修復時間，包括向廠商報修、

廠商電話判斷故障原因、工程師攜備件趕赴現場、在現場修復UPS。這里的每一環節，都有太多的不確定因素。比如，

客戶遇到問題時正逢晚上或節假日，報修困難；即使與廠商及時聯絡，如果工程師經驗不足或是電話問詢不易，則

故障原因很可能判斷不全甚至有誤；再者，客戶所在地偏遠和交通不便，趕赴現場完全不能控制在可滿足時效內；

最后即使到達現場，現場查找原因與系統修復也需要相當時間，更不用提沒有拿對、拿齊備品備件而導致系統無法

被一次修復好了。而如果采用HIFTUPS則不同，以上種種問題迎刃而解。因為具有模塊化結構，如果出現故障，只

要移出問題模塊就好，UPS系統仍然能夠在線運行。新模塊送到，現場熱接入系統，所費時間幾近于0。(見圖2)

圖2

同時，因為系統修復采用的是簡單易行的模塊更換，現場維修的非標準化操作所可能導致的再次發生故障幾率，

被極其顯著的降低了。

⑵

N

+

X

冗余，提供系統最高的可靠性

「

N

+

X

冗余」通常指系統中

N

+

X

臺UPS單機（或模塊）并聯運行，當最大

X

臺UPS單機（或模塊）發生故障時，

系統仍然能夠逆變輸出正常運行。

為了提高可靠性，傳統UPS通常采用主從結構的1+1并聯備份方案，雖然在一定程度上提高了可靠性，但是它

不便于離線維護、擴容，同時對設備的利用不充分、缺乏靈活性。更重要的是，此時系統的冗余度僅為1。

而HIFTUPS的結構極具彈性，可實現

N

+1、

N

+2、

N

+3、

N

+4、

N

+5、或當并機時具有更高的

N

+

X

冗余。同時，客

戶還可通過定購額外的模塊，來增加HIFT的備用冗余能力。

即同樣的功率配置，HIFTUPS擁有更高的冗余度；而同樣的冗余度，HIFTUPS擁有更經濟的配置方案。（見圖

3）

圖3

通常UPS帶載不會超過70%，因此在實際應用中，

N

+

X

冗余具有最高的系統可靠性，見表1。冗余度越高，可靠

性與可用性越高，參見表2。

⑶隨需擴容，提供最靈活、最經濟的投資、配置策略

快速變化的業務要求企業機房和數據中心具備靈活性（Agility）。當更多的IT應用強調動態結構時，支撐這

些應用的UPS供電系統是必須提前一步到位，還是可以根據搜索不到藍牙耳機怎么辦 需要靈活配置？

傳統UPS的客戶，在規劃時必須滿足未來可預見的最大負荷功率要求。比如，現在負載總容量雖然只有20kVA，

但因將來可能會增長到60kVA，客戶在初始配置時通常都會直接采購功率為達到100kVA的UPS，以避免未來因升級

困難而導致的可能容量不足。

HIFTUPS因采用模塊化結構，可以在20kVA到480kVA的寬廣范圍內，以20kVA為單位來隨時隨需在線擴容，

客戶不再需要僅是為未來的可能性而提前投入大筆費用。（見圖4）

圖4

HIFTUPS的這種靈活性，即允許配置容量最貼近實際需求容量的能力，不僅降低了UPS的初始購置成本，更減

少了配套設備（如空調）的配置與能耗支出，有效防止了基礎設施超前超大規模設計導致的不必要開支。

⑷高效節能，提供最低的運行成本

綠色節能不僅是企業對社會的責任，更與企業運營成本息息相關。通常帶載越少，UPS效率越差。而HIFTUPS，

即使帶載只有額定容量的15%，整機效率亦超過90%；當帶載達到27%時，效率就已高達94%。效率在百分比上的每

一小步提升，能耗支出的節省都是一大步。效率曲線見圖5。

圖5

3.2智能ATS系統

通過機架式ATS給配套單電源負載設備供電，靈活方便。示意圖見圖6。

圖6

4UPS電源雙母線方案的優點

4.1雙母線供電系統去掉了外置同步控制器（LBS）

使得2臺UPS真正相互獨立，無任何關聯，消除了傳統雙總線方案中LBS造成點的故障問題，供電系統可用性大

大提高。與傳統雙總線供電方案系統圖的比較見圖7。

圖7

與傳統雙母線方案相比，此方案去掉了LBS，同時STS盡量往最末端負載配置的原則來設計STS配置方案。STS

配置在負載最末端，即負載機架上，直接為單電源負載提供2路電力保障，單電源供電的可靠性可達到99.999%。與

集中STS供電方了解的英語 案相比較，即使STS故障，故障范圍也可縮小到最小范圍，不會導致大面積單電源負載中斷。

傳統雙總線配置方法具有單路徑故障點，如圖8所示。

圖8傳統雙總線系統的單路徑故障點

刪除上圖下部紅色字，腳注改為小寫

從上圖可以看到，同步控制器R

3

是雙路供電系統的單路徑故障點，整個系統的供電可靠性決定與同步控制器

R3

的可靠性，實際配置中R

3

是沒有冗余配置的。另外，由于2臺UPS之間需用同步控制器來聯系，則2臺UPS系統間

具有了不可避免的相依性問題，就像2臺UPS并聯時，當一臺UPS故障時，也會影響到另外一臺UPS。

由此可見，傳統雙總線方案并不是最好的《寶葫蘆的秘密》 供電系統，還是存在問題的。因此，我們為客戶提供沒有同步控制器

的雙母線供電系統，如圖9所示。此方案消除了同步控制器單點故障的問題，同時2臺UPS相互獨立，也消除了UPS

見相依性的問題。

圖9

4.2采用無需同步控制，也能實現不間斷切換的機架ATS裝置

中達ATS高度為1U，可直接安裝在19英寸或21英寸機架上。并且可根據需要隨時擴充。ATS采用先斷后通的切

換方式，可保證在無需同步的情況下，實現不間斷的切換。ATS自帶輸出配電分路插座，可將服務器電源插頭直接接

入。

4.3UPS單機可用性高

由于本系統為單機雙母線，因此，每個母線是否具有容錯功能顯得十分必要。因為當一個母線出現問題時，若剩

余的另一母線還具有容錯能力，無疑會為整個供電系統帶來更高的可用性。

實際上，臺達HIFTUPS正是采用具有容錯功能的UPS系統。其基于模塊化

N

+

X

冗余熱插拔設計，能為客戶帶來

能夠的可靠性和最短維修時間。

4.4整體系統的可用性非常優異

此方案的可靠性是傳統方案的33倍。

⑴單母線內，UPS系統自身具有容錯功能，壞掉一個拼搏英語 或多個模塊，UPS任可正常工作。

⑵就整個雙母線系統來看，方案還具有系統架構上的冗余。

因此整體介紹的拼音 方案具有非常優異的高可靠性。

4.5整個雙母線系統運作效率最高，為客戶帶來最低的運營成本。

在雙母線系統中,每臺UPS帶載量最大不超過總負載的量的50%，在加上UPS一般是按70%左右的帶載量來配置，

此時，每臺的UPS的帶載量不超過總負載的35%，因此，在如此低的負載情況下，一般UPS的效率是很低的，能達到

86%都算是非常不錯了。但臺達HIFTUPS在30%負載時，效率即可達到94%，這樣一年下來能為客戶節省下來大量的

電費。

假設功率120kVA，帶載30%，UPS單臺1年耗電量見表3。

表3

我們可以看到，86%效率時，UPS的耗電量是94%效率時的2.55倍，耗電量41070度電，也就是說HIFTUPS一

年能為客戶節省約25000度電，而這還只是一年的電能，5年下來節省的電費便是10萬度，按一度電1元計算，便

是10元人民幣。

4.6UPS諧波消除裝置采用最先進、高效的IGBT整流技術

采用的專利的IGBT整流技術，使HIFT具有了優異的輸入特性，可為綠色產品的典范，輸入功率因數≥0.99,輸

入電流諧波失真<3%.是業界最高指標.該指標可為用戶帶來什么呢？可以使用戶的輸入電纜、空開、無功補償柜、

發電機的容量降低。降低了用戶了整個系統的安裝材料成本。一般6脈沖的UPS需要配發電機的容量配比，按照經

驗值發電機容量需要比UPS大2.5~3倍之間才能正常工作。HIFT只需要1.1∽1.3倍即可.

5總結

傳統UPS雙母線供電系統中有的LBS或多或少都會對雙母線系統帶來故障隱患，甚至會成為供電系統的單點故障，

本文所述的方案，有效去除了傳統方案中的LBS，同時采用分散式ATS配置方案，將故障范圍縮小到最小，大大降低

了集中式STS故障面積大的風險。

另外，本文UPS采用了臺達HIFTUPS，使得系統可用性更好，更加綠色節能。此方案主要有如下優勢。

⑴母線具有冗余功能。采用高智能容錯HIFTUPS實現雙母線,各母線上還有冗余功能。

⑵系統正常運行時,兩路UPS直接向雙輸入負載設備供電。單電源負載則通過機架ATS切換提供一路正常UPS的

電源供電。

⑶按實際負載容量運行,具有UPS自身還具有一定的冗余模塊。

⑷更短的MTTR。各母線采用高智能容錯UPS,具有冗余功能。

⑸更經濟的總擁有成本。更低的運行成本,更低的擴容成本。