弱电安防--UPS供电方案系统架构设计(二)

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电源基础设施对于数据机房设备是否能正常运行至关重要,可供选择的UPS配置有根多种,每一种都有优势,也有缺乏之处。只有充分理解了企业的可用性要求,风险承受水平和预算范围之后,才能选择适宜的设计方案。如文中所分析,为双电源负载直接供电的2(N+1)结构可提供全面的冗余,排排除了单故障点,所以是可用性最高的一种配置。
分布式冗余
分布式冗余配置在当今市场中很常见。该设计以三个或更多个UPS模块及独立的输入和输出电路为基础,独立的输出总线通过多个PDU和STS与关键负载相连。从市电服务入口到UPS,分布式冗余设计和双系统设计几乎是一样的。这两种方案均提供了同步维护功能,并将单故障点减至最少。二者最主要的区别在于,为关键负载提供冗余电源线路所需的UPS模块的数量不同,以及从UPS到关键负载的配电结构不同。随着负载要求容量的增加,备用UPS模块的数量也在增加。
分布式冗余设计采用3个STS,正常运行状态下,负载平均分配在3个UPS模块上。假设其中任何一个模块出现故障,则将强制STS将负载转换到为该STS供电的另一个UPS 模块上。
很显然,双电源负载与单电源负载的供电电路是不同的。双电源负载能够采用两个STS设备供电,而单电源负载只能由单个STS供电。所以,STS便成为单电源负载的单路
径故障点。在当今的数据机房中,单电源负载的使用数量日趋减少。所以,能够在单电源负载的附近安装多个小型转换开关,该方法既方便又经济。假设全部为双电源负载,那么该配置能够不采用STS设备。
对于那些需要实行同步维护,且绝绝大部分负载均为单电源负载的、复杂的大型计算机房来说,分布式冗余系统是比较理想的选择。还有其它一些行业因素也动着分布式冗余配置
方案的发展。
●同步维护:无需将负载转换到市电,即可完全断开任何特定供电设备或组件的一部分以实行例行维护或测试。
●单路径故障点:指在配电系统中,假设没有设置旁路则会引起停机的某些点。单系统实质上是由一系列单路径故障点所组成,在设计过程中尽量排除单路径故障点是冗余的一个关键指标。
●静态转换开关(STS):STS具有两路输入和一路输出。通常,STS从两个不同的UPS系统接受供电,并根据某些条件将其中一路电源提供给负载。假设STS的主UPS供电电路出现故障,则STS将在4ms内将负载转换到辅助UPS 供电电路上。STS通过这种方式使负载随时处于受保护状态下,此项技术自20世纪90年代初出现以来,已广泛应用于分布式冗余配置中。该设计的最大弱点便是采用了静态转换
甘远志开关,这种设备不但十分复杂,而且存有一些无法预计的故障模式。其中最糟糕的莫过于它可能会引起两条输入线路短路。此时,因为STS造成两个UPS同时与负载接通,STS便
成为了单路径故障点。STS的故障会波及到上游,进而影响整个系统的运行。正因为此,下文将介绍的双系统设计方案的可用性要好得多,尤其是当负载设备具备双路冗余供电电路时。在市场上,有多种不同配置和不同可靠性等级的STS 可供选择。在该配置中,STS处于PDU的前端(400V一侧)。这种应用方式十分常见,不过很多工程师认为,将STS置于两个PDU的220V一侧会更可靠一些。事实上也确实如此,但这种方式要比400VSTS造价高得多。
●单电源负载:假设数据机房全部由单电源负载设备组成,那么每个叮设备只能由单个STS或安装在机柜上的转换开关来供电。冗余结构要获得高可用性,必须将开关安置在靠近负载的位置。将数百个单电源设备与单个大型STS相连,是一个极其冒险的举动。假设采用多个小型开关分别为部分负载供电,则能够降低这种危险性。此外,基于机柜的分布式转换开关也不会像大型STS那样,出现那种会上波及到多个UPS系统的故障模式。所以,基于机柜的转换开关得到了越来越广泛的采用,尤其是当单电源负载只占据全部负载的一小部分时。
●双电源负载:随着时代的发展,双电源负载日渐成为主流。所以,STS巴不是必不可少的设备。负载能够直接与两个单独的PDU相连,而PDU则分别由单独的UPS系统供电。
●多个电源同步:假设数据机房采用STS设备,那么应当使两个UPS供电电路保持同步。假设没有同步控制,UPS
模块之间很可能出现相位差,尤其是当UPS采用电池模式时。要防止出现异相转换,一种解决办法是在两个UPS系统之间安装一个同步设备,使这两个UPS系统的AC输出同步。当UPS模块的输入电源断电,使用电池工作时,这个点尤其重要。同步设备可确保所有UPS系统在任何时候都保持同步。所以,在STS转换过程中,电源将保持完全同相,从而杜绝了异相转换以及可能对下游设备造成的损害。当然,在各个UPS系统之间添加同步设备时,理应考虑发生常见故障模式,或发生会同时影响所有UPS系统的故障的可能性。
sack(1)优点如下。
●便于所有组件的同步维护(假设所有负载均为双电源负载)。
●与双系统设计相比,UPS模块较少,因而成本较低。
●对于任何特定双电源负载来说,两条独立的供电线路自服务入口处便提供了冗余。
●无需将负载转换到旁路模式(负载将处于无保护电源下),即可对UPS模块、开关装置和其它配电设备实行维护。
●绝绝大部分分布式冗余设计都不需要维护旁路电路。我的性
(2)缺点如下。
●与之前几种配置相比,因为大量采用开关装置,所以成本相比照较高。
linbo3●设计是否成功依赖于STS设备的运行是否正常,因为采用STS设备即意味着存有单点故障以及复杂的故障模式。
熊应堂●配置方案复杂。在包含众多UPS模块、静态转换开关和PDU的大型数据机房中,要保证各个UPS系统均分负载并理解哪些系统为哪些负载供电,是一项艰巨的管理任务。
●无法预计的运行模式。UPS系统具备多种运行模式。
且各UPS系统之间存有多种可能的转换模式。要在预先定好
的条件和故障条件下对所有这些模式实行测试,以检验控制策略和故障清除设备是否正常运行是不切实际的。因为未达到满负荷工作状态,UPS效率低。
双系统冗余反物质世界
多路并联总线、双输入、2(N+1)、2N+2、
[(N+1)+(N+1)]以及2N等全都指的是该配置的变体。借助
这种设计方案,现在完全能够建立起根本无需将负载转换到市电的UPS系统。在设计这些系统时,能够尽量排除每一个可能的单路径故障点。不过,排除的单路径故障点越多,设计方案实施起来代价也越昂贵。绝绝大部分大型双系统配置部位于专门设计的、独立的建筑物中,基础设施(包括UPS、电池、制冷系统、发电机、市电和配电室)占据与数据机房
备同样大小的空间,是很平常的事情。
该配置是行业中最可靠也最昂贵的一种设计。根据设计
工程师的理念以及客户要求的不同,它能够非常简单,也能
够异常复杂。虽然采用的是同一个名称,但具体的设计细节
千差万别,这也是由负责设计任务的设计工程师的理念与知识水平所决定的。配置的一种变体2(N+1),它由两个并联
冗余UPS系统构成。理想情况下,能够采用单独的配电盘。

本文发布于:2023-08-15 23:44:23,感谢您对本站的认可!

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标签:负载   电源   设备   系统   设计   供电
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