互聯網時代的UPS供電系統
2019-11-03 09:55:11
供稿：網友
中科院計算所 李成章 大量的運行實踐表明：UPS供電系統所提供的逆變器電源的質量高低是影響互聯網能否向它的最終用戶提供高速、可靠和安全的364×24小時的“全天候”的互聯網增值服務的關鍵因素之一。判斷一套UPS供電系統的質量高低的標準是：（1）高可靠性：要求UPS本身具有100％的可靠性。這是因為，即使UPS的可靠性高達99.999％，它也可能造成互聯網每年停機5.26分鐘。按照當今的UPS技術水平，唯一能完善地解決這個問題的辦法是采用雙總線輸入+UPS冗余直接并機供電系統+雙總線輸出+“負載自動切換”開關時代電體制才有可能達到此目標，因為這是一種具有高度“容錯”功能的冗余供電系統，只要設計妥當，就可以消除可能出現在互聯網供電系統中的“單點瓶頸”型故障隱患。（2）高可利用率：UPS供電系統不應該是只能保證向互聯網設備提供100％的不中斷供電的能源提供系統，它更應該是能確保“互聯網設備”不會因為UPS的供電質量不高而處于（100Mbps服務器的實際運行速率僅為幾十kbps或幾kbps就屬于互聯網設備被“降額”使用的狀態）。迫使互聯網設備進入“降額使用”狀態的重要原因是“誤碼率”偏高，“誤碼率”偏高會導致互聯網的運行速度大大下降，造成到聯網“誤碼率”高的重要原因之一是來自互聯網供電系統的各種“干擾”。有是用戶曾做過如下實驗，當采用雙隔離變壓器輸出（交流旁路通道+逆變器輸出通道）的UPS來向局域網供電時，其數據傳輸速率為20個數據包/秒。當改用零線對地線電位偏高的某型號UPS來向同一局域網供電時，其數據傳輸率僅為8個數據包/秒（這就意味著：造成局域網的實際“可利用率”幾乎下降60％左右）。造成此類“麻煩”的原因之一是在后一種UPS的供電系統中出現了“調制干擾”。由此可見：不同類型的UPS供電系統只能為互聯網提供不同級別的“抗干擾”保護，它們為互聯網所可能提供的“可利用率”水準也會相差很大。這樣一來，擺在UPS用戶及UPS應用設計人員面前的重要任務之一：是應該高度重視各種“電源干擾”對互聯網的高效運行所可能帶來的“潛在威脅”，尋求一種可向互聯網設備提供穩定電源的UPS供電系統。（3）UPS供電系統應具有較強的抗“人為或自然災害”的能力，以防在出現“突發性”事故時，造成互聯網運行的癱瘓。
近年來，在UPS的生產過程中，由以微處理器為核心的數字信號處理（DSP）技術、高速網絡通信及高可靠性的CAN網控技術等為代表的軟件可編程技術被大量地采用，高頻脈寬調制技術、內置有“完善的自動保護功能”的大量IGBT管、UPS的關鍵功率驅動模塊的高效冷卻技術及可大幅度地降低功率驅動模塊的“開關瞬態功耗”的驅動電路技術、輸入功率因數自動校正技術、智能化“故障自診斷”檢測技術、智能化的電池“充放電”管理、電池性能預測技術、遠程網管監控技術、圖形化輸出的“人-機”對話型菜單操作的大屏幕液晶顯示及各種抗“干擾”抑制等新技術的不斷開發和改進，使得當今的UPS電源，無論是在智能化的管理方面，產品可靠性的提高方面，還是優良的可維護性方面都獲得了前所未有的進步。現在的UPS電源工業已具備有向用戶提供從后備式UPS、在線互動式UPS、Delta變換型UPS等非在線式UPS到各種雙變換式的在線式UPS（包括無輸出隔離變壓器的“高頻”在線式UPS、帶雙原邊繞組（交流旁路和逆變器輸出）輸出隔離變壓器的在線式UPS電源）的能力。UPS單機的輸出功率從幾百伏安級的小型單相UPS到三進/三出型的1000KVA數量級的大型大線式UPS。不同的用戶可以根據自己的經濟實力和所需要保護的信息產品及工業自動化控制設備的重要性來挑選自己所需的UPS產品。在此有一點需特別說明的是：從應用技術的角度度看，盡管所有上述的UPS都能完成“不間斷”地向用戶的負載提供電源供應的任務，然而，只有帶雙輸出隔離變壓器的雙變換型在線式UPS才有可能向用戶的負載提供穩壓、無頻率突變/穩頻、無“干擾”存在的和波形失真度極小的“全天候”的高質量正弦波電源。
從提高互聯網的運行效率的角度來看，還需特別注意如何正確地設計UPS供電系統的接地系統，以便為互聯網能盡可能地達到100％的“高可利用率”創造優良的電源供電環境。對于一套設計周到，選型適當的雙總線同入和雙總線輸出型的UPS冗余供電系統而言，它可以向用戶的關鍵設備提供具有如下優異特性的供電系統：
（1）提供364×24小時的“高可靠性”電源，以確保用戶的關鍵設備能不間斷地獲得高質量的逆變器電源；
（2）具有高“容錯”功能的冗余供電體系，它能消除任何可能導致出現“單點瓶頸”型的故障隱患；；
（3）在確保用戶的負載由UPS的“逆變器電源”連續供電的條件下，具有對UPS冗余供電系統中的某臺UPS執行“安全停電”的定期維修/故障檢修的能力；
（4）這種冗余供電系統，即使在遇到如下“突發性故障”時，負責向用戶的關鍵負載供電的UPS系統既不會進入由“市電交流旁路”供電的狀態，也不會進入“瞬間”供電中斷/停電的狀態；
（5）確保互聯網系統在它的數據的處理、存儲和傳輸過程中獲得盡可能低的誤碼率和低的數據丟包率，從而為互聯網的安全、可靠和高速的運行創造優異的供電條件。
摘自《網絡世界》
