浅谈模块化UPS电源系统的优势

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赛能带你了解:模块化UPS电源系统的优势

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人气:-发表时间:2016-06-24 13:32【

     系统模块化是数据中心基础设施设计的重要理念和基本策略,数据中心设计建造中的很多问题都与系统模块化程度有关。模块化以及与之关系紧密的标准化,为数据中心带来了广泛的好处,它不仅简化了从初始规划到日常操作的每一个流程,还显著改进了数据中心商业价值的所有主要组成部分--扩容性、可用性、易维护和高效性。
  
  一、模块化UPS电源其显而易见特性有
  1、扩容性
  用户再也不必为如何选择容量而苦恼,并且不需要先期进行大量不必要的投资;
  2、可用性
  可轻松的实现N+1、N+X配置,在相对小投资的情况下,极大提高了对负载的保护;
  3、易维护
  由于备件的单一性、通用性,使得用户端直接受益,甚至用户自身经过简单的产品培训后,都可以直接维护,并且不必为产品停产所带来的备件问题所担忧;
  4、高效性
  由于采用大量先进性技术,使得整机的效率得到大幅度的提高,并且体积也小型化,这些都为用户带来了许多隐性优势。
  当今UPS电源的发展趋势是大功率化和高可靠性。虽然现在可以生产几千KVA的大型UPS电源,完全可以满足大功率要求的场合。但是,这样整个系统的可靠性完全是由单台电源决定的,无论如何是不可能达到很高的稳定性和可靠性。为了提高系统的可靠性,就必须采用冗余式并机方式,因而UPS电源的并联技术在近几年得到了很大的发展。
  以下具体分析传统UPS电源并机形式和模块化UPS电源冗余并机形式的差别:


二、系统可用性方面的区别:
  当设备不可维护时,系统的可用性就等于其可靠性。当设备可维护时,其可用性必然大于可靠性,维修时间短,可用性就越高。要提高系统的“可用性”,提高系统的平均无故障时间(MTBF)是有效的,但降低系统的平均维修是MTTR更有效,也就是说,系统可以发生故障,但只要很快修复(例如几十分钟),“可用性”仍然可达到很高的水平。“可用性”才是最有价值的也是最终的可靠性指标。
  在传统UPS电源产品中,一直存在着单台UPS电源容易出现单点故障的问题,用户唯一的安全保障措施是采用“1+1”或“N+1”旧有的安全防范格局,该措施不仅造成较大的经济浪费,而且容错率仅有一次。
  传统UPS电源发生故障后,修复时间长,而且很困难。对于一般的大型供电系统来讲,供电系统故障后,由于系统过于复杂、产品供应商反应速度、维修人员的技术水平和工作经验、备件储备和提供情况、故障原因的查找和分析,出现故障需要有受过专门培训的维护技术人员凭经验对故障原因的查找和分析后,以确定故障引发点和受损部位,制定维修方案,调取备件、更换维修,修复后调试、试运行,交付用户。在上述环节中,若有一个环节出现判断失误,维修过程就要延长。
  UPS电源模块式设计概念全面优化了“N+X”投资方案,客户仅需多购置X个较小功率的模块,即可轻松实现X次故障冗余及升级扩容。其MTBF(MeanTimeBetweenFailure)比单机的MTBF提高了许多倍。
  模块化UPS电源系统阵列中的所有功率模块平均负担系统负载,各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体,无需系统控制器对并联系列集中控制。任何模块发生故障后(包括系统控制模块),其冗余设计便会充分发挥效用,全面保障设备正常运转,实现最大程度的故障冗余,同时用户还可根据需要选择超过一次容错率的冗余。也就是说客户如果在一个系统中安装了比能支持最大系统负载所需要的最少模块还多X个模块,那么就能够在有X个模块失效的情况下仍保证维持系统全部正常工作。
  N+X模块化阵列机的可用性比1+1单机并机的可用性高,根本原因一是:N+X系统中X个模块为冗余备份的,只有在X个模块同时坏的情况下,系统才不正常供电,分析可知当X=3时,可用性已经近似为1;二是模块化阵列系统的模块故障后可由维护人员热插拔,使故障修复时间MTTR降到1小时以下。
  因此,UPS电源结构的模块化、可热插拔设计,是UPS电源系统可用性和可维护性的重要的新技术标志之一。
  

三、旁路设置上的区别:
  对于UPS电源冗余系统,在旁路设置上有2种基本结构:一种是每个单机或单元各带一个旁路,另一种是系统统一设置一个大旁路。这两种设置方式下,对系统实际应用来讲,有以下几个区别
  在传统单机UPS电源构成的冗余系统中,单机体积较大,但静态开关选择按单机容量配置,而且位置靠近功率板,一旦出现故障(如IGBT烧毁)可能连累静态开关的工作。另一方面,由于单元上的差别和通信上的延迟,每个单元的旁路在切换过程中,并不能做到完全同时切换,从而使得在切换的瞬间,某台机器的旁路承载的电流特别大,从而造成该旁路损坏,进而影响整个系统的工作。再者,旁路分立使得旁路控制复杂,板件增多,可靠性下降,因此,单机带旁路构成的冗余系统可靠性降低,这也是传统并机台数不宜过多的原因之一。
  而有些模块化UPS电源的每个模块中均含有静态开关,此结构和传统UPS电源只是在体积大小上的区别,也不能解决上述问题。
  而Power+的模块化UPS电源,其静态开关容量按整机容量配置,结构上与功率工作部分分离,其动作控制亦是独立的,避免了传统并机系统分别投切而产生的风险,完美地诠释了“分统结合,互不连累”的并联冗余设计理念。其采用的“先合后开”动作模式,更使得系统投换实现了真正意义上的零转换。
  

四、扩容方面的区别:
  模块UPS电源为供电系统构建与IT设备机架的增加同步进行创造了条件,使供电系统设备的功率容量始终与已运的IT设备的实际负载量保持在一个适当的比例,特别是当发生系统方案设计需要修改,甚至项目启动失败或场地要搬迁时,能够经济而灵活的变更或退出。
  而对已运行的传统UPS电源系统为了扩容而改造时,很难保证不需要短时间停机操作,或者在系统运行中进行改造操作而很容易诱发系统意外故障而宕机。
  

五、维护性方面的区别:
  传统UPS电源系统在日常维护、设备维修期间均需采取转旁路的工作方式,负载因此不受UPS电源保护,此时如果发生交流电源中断、过载等故障,势必造成负载电源供应中断或设备损坏。同时设备维修还需要经过一系列烦琐的程序:系统管理员通知厂商+厂商赶至维修现场+停电维修。
  为了解决类似的可靠性瓶颈,新型模块UPS电源采用了先进的UPS电源模块热插拔技术,单体模块可任意在线投入或退出并联单元,无需停电操作,实现了并联系统的在线维护,同时该操作无需专门的仪器和技术即可进行。
  通过热插拔技术使单体功率模块可任意在线投入或退出,解决了传统UPS电源转旁路维修的技术难题,使维护超常简便,同时实现了UPS电源随意扩展和冗余两大性能,充分满足用户实际需求。
 

六、安装地的区别:
  传统UPS电源体积大,效率低,一般与用电设备尤其是服务器等信息设备分开安装设置,距离较远而容易使得用电设备零--地电位差偏大,从而影响设备的正常运行。
  而模块化UPS电源由于采用高频化技术,整机体积小,运行效率高,可以直接就近安装在设备附近,从而可避免这一问题的产生。
  

七、并机故障退出机制的差别:
  常见的冗余式供电方式有由二台或多台UPS电源逆变器模块经系统控制柜并联后再向外供电的主从供电体系,以及将并机功能直接设计在各个UPS电源单元模块中的分散逻辑供电方案。不管采用那种方式,在正常工作时每个UPS电源模块都要平均分配负载电流。在运行中,如果遇到其中一台UPS电源模块出故障时,并联系统自动将有故障的UPS电源模块同负载脱机。此时,全部负载由剩下的UPS电源模块按照比例平均分担。通过这种方式,UPS电源可以保证一直向用户提供无幅度大小扰动和无供电时间中断的高质量电源。显然,采用这样的供电系统,大大增强了UPS电源供电系统的可靠性。
  但对于不同的并机方式,其故障机的退出和修复后的切入,对系统的影响还是有较大差别的。
  对于“1+1”系统,当单机故障退出时,其原所带负载将全部转由另一台正常工作的机器承担,该机器的阶跃负载近50%左右。