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1. N X模块冗余式和双单机1 1冗余式UPS可靠性比较 这是已讨论很久的问题，应该说这两种配置的可比性比较差，因为各有其长处。为了讨论的方便，首先做一个规定：N为设计的使用模块数，X为冗余模块数。 1）在可靠性指标上，当N＞X时，它的可靠性赶不上双单机1 1冗余配置的高；但N＜X时，它的可靠性又比单机1 1冗余配置的高。 2）在过载能力上。单机1 1冗余配置在系统可以过载到200%以上，而N X配置的模块化结构在一般情况下却不容易达到。 3）在可靠性的灵活性上。N X配置的模块化结构可靠性随着负载的减小而增大，这由前面的计算就可看出，而双单机1 1冗余配置的系统可靠性值是固定不变的。 4）在MTTR和增容方面。N X配置的模块化结构明显优于双单机1 1冗余配置。因为模块化结构具有很强的灵活性等。 总之，这两种结构各有不同的应用场合，但又不会互相排斥。应用哪一种结构更好，这要以当时当地的具体情况如何而定，不能笼统地说哪个好哪个不好。 2. 功能集中式N X模块冗余UPS——第二代模块化UPS 功能集中模块化冗余式UPS的出现是近几年的事，但整机冗余式并联的应用已有很长时间了。整机冗余式并联是各个机器分开后各自独立，但由于第一代模块化冗余式UPS是功率模块并联，而控制电路是另外的，因此有瓶颈效应，可靠性受到了限制，所以才有了此第二代模块化冗余式UPS，这就是在一个机柜中放入了多个单元UPS，因此就引出了一些疑问。 模块化UPS是今后发展的一个方向，它解决了“边投资边增长”的问题，小功率UPS冗余并联的问题、维修方便的问题和提高可用性的问题等。但也有的担心：原来一台UPS只用一套电路，现在一个模块就用一套电路，多个模块就是多套电路。根据多一个环节就多一个故障点的原理，岂不是模块化UPS的可靠性降低了？当然，这种怀疑不无道理，但却忽略了另一个问题，即这种小功率模块UPS是技术最成熟的、元器件可靠性也是最高的。 有人说，模块越并联可靠性越低，这也只是说对了一部分。因为开发模块化的目的在于冗余，如果不是采用冗余并联就失去了意义，“多一个环节就多一个故障点”是模块串联的情况。既然是用于冗余就具有了另外的意义，如果是采用n 1并联冗余（其中1为冗余模块数）结构，那就是并联的模块越多其可靠性（但不是可用性）越低，低到什么程度呢？再低也不会低于一个模块的可靠性。如果采用1 n（其中n为冗余模块数）结构，那么并联的模块越多，其可靠性越高。为了有一个量的概念，现举例如下： 这里需要说明的是作为可靠性，严格地说是一种属性，是不可数的，规范的说法应该是“可靠度”才对，但由于长期以来人们已习惯这种叫法，在这里也不更改，只要将“可靠性”这个词理解成“可靠度”就可以了。 1）n 1冗余并联模式下的可靠性。为了计算出这种情况下的可靠性数据，首先要做出各种情况下的数学模型，图2-69就给出了四种冗余并联时的数学模型图，根据这些数学模型计算出的数据为 图2-69 n 1冗余并联时的可靠性数学模型 从上面的计算中可以明显地看出，1 1冗余并联时的系统可靠性最高，但也可以看出即使在4 1情况下的可靠性也比单个模块的可靠性搞一个数量级，见表2-6。从计算的规律看，n每增加一个模块，其并联可靠性仅降低0.0001，就是说，即使到了8 1（这是目前单机柜中冗余最多的模块数），其可靠性数值也才是R8 1=0.9991，仍然保持在3个“9”以上，比单个模块的可靠性还高得多，并不像有人估计的那么悲观。 另外，从可用性上讲，模块化比机柜并联模式更有优越性。因为模块化的习惯概念为：可以热插拔。即机柜中要有两个及以上的相同模块电路，即可冗余又可更换。而有的厂家为单个200KVA的单机机柜也起了个“模块”的名字，这和以往的单机机柜没有区别[见图2-70（b）]。而图2-70（c）就是300KVA*2模块冗余且可热插拔的模块柜，图中工程师正利用杠杆将一个300KVA模块从槽中拔出，右面是装上面板时的外貌。图2-70（a）所示就是一个n 1结构模块化UPS机柜，工程师也在进行热插拔动作。所以N X模块化应该是在同一个机柜中具有可以冗余的模块，可以热插拔。 图2-70 热插拔的模块概念 更值得一提的是：n 1结构模块化UPS的可靠性不是一成不变的，它随着负载的减小是可变的，见表2-6。比如5模块结构的系统，每个模块的功率为4KVA，假如负载为18KVA，这时的组合模式为4 1，由于许多电子负载不是固定的，一直处于变化之中，如果负载在某一段时间变成了16KVA，这时的冗余组合就自动升级为3 2，而且这种情况在实际运行中是经常出现的，这就赋予了模块冗余结构以特殊的功能，是其他单机UPS组合所无法比拟的。 2）1 n冗余并联模式下的可靠性。有的将n x冗余并联片面地看成是模块越并联多了可靠性就越低，实际上那是对上述的n 1而言。从上面的计算可以看出，即使是n 1也不是像某些人估计的那样，更何况在1 n并联模式下模块并联的越多可靠性越高。图2-71示出了在此模式下2~5模块系统构成的各种并联模式可靠性模型图。式（2-68）~式（2-71）就是根据这些可靠性模型计算出来的结果。从这些结果可以明显地看出这种冗余组合优越性，可以将系统的可靠性做得很高 图2-71 1 n冗余并联时的可靠性数学模型 模块化结构的更可贵支出在于它可以快速地热插拔，这样一来就可以将维修时间缩短很多，无疑提高了可用性。巨型模块化结构（比如200KVA以上的“模块”）由于其质量和体积的非常庞大，几百千克的质量单靠人力是难以应付的。但数据中心的发展与双电源IT设备的应用，大功率模块化产品也随之出现，可利用特殊的手段来实现热插拔。 有的用户提出了这样的问题“并联中的一个模块因顾航退出时，电流分配到其他模块上，其他模块会不会因为电流的突然增加而损坏？” 这是一个关于UPS输出电压的动态问题。输出电压具有好的动态特性是任何电压源的基本功能指标。所谓电压源，就是说在负载电流做任何电与阿安能力以内的变动时，输出电压的变动应在规定范围之内。比如对一般UPS而言，在输出电流100%阶跃变化时，输出电压的变化应在3%以内，并在1~2个周期内恢复到额定值【见图2-72（a）】。 目前一般正规产品都完全可以满足这个要求，而模块化UPS采用的是已经成熟的技术，更能满足这个要求。既然是基本功能，那么在100%负载变动的情况下属于正常工作范围，谈不上损坏问题。更何况在实际应用中，一个模块因故障退出时，将其负载均摊到其他模块上，这是一个在原有负载上部分增加负载的问题，如图2-72（b）所示。这是一个最普通不过的正常工作过程。就像一般UPS带非线性负载工作时一样，非线性负载的电流一直处于变化状态，而UPS就是为这些负载设计的，所以上述问题是一个不应成为问题的问题，无须怀疑。 图2-72 UPS输出电压的动态特性 不少供应商有这种夸大模块的说法：5min或3min就可更换模块，甚至可以当场演示给用户看，而且也确实如此。但这是特殊条件下的理想情况，而实际上相差甚远。因为在实际应用中几乎没有一个用户将备用模块放在机器旁边，一般都有库房，而且库房有专人管理。再加之有时几个月甚至几年模块不出故障，此时已被人们遗忘。万一此时模块故障，首先确定这个故障能不能被值班员及时发现？值班员是不是正在机器旁边？仓库里的备用模块能不能被及时取出？取出的模块是不是好的？所以即使模块再小，经过这些手续后30min能更换上已属不易了。 （1）多用途小功率模块化UPS的功能。为了提高供电的可靠性和可用性，UPS冗余供电配置已被广泛采用，而且多是中大功率系统。因为在小功率用电设备中不是不需要冗余供电配置，尤其是冗余并联，而是因为一般小功率UPS没有并联的功能。当然小功率UPS一定要做到冗余并联也不是不可能，所以一般不这样做的原因是：并联必须要“并联电路板”，而以前“并联电路板”的价格比UPS主机还贵，因此就没有人愿意这样做了。 图2-73 1~3KVAUPS模块及其应用组合 从图2-73（a）可以看出它的基本单机外形，既可立放，又可卧放。图2-73（b）是一台UPS供一台服务器，如果服务器具有双电源输入口，就可以用两台单个UPS组成双电源系统。冗余供电电源，图2-73（d）就给出了这种结构，在这里是将两个独立UPS的电路模块装入这时模块就可以平放。这几种组合几乎将全部使用情况都包括了。 这个结构组合的优点还在于使用容易和组合方便，其方便之处在于： 1）两个机壳是对称的，电路模块和电池模块可任意放置。 2）在需要做长延时的情况下，放电池的那个外壳可以放两个充电器，这就给了很大的自由度。 从目前整个供电的方案来看，UPS从电路上看，近期还不会有太大的变化，主要的工作是利用结构方案的区别来实现功能的差异。 （本篇完结） 王其英 编著 文章摘自《云机房供配电系统》 2018年培训计划 |
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