开户送38体验金可提款|所以系统配置方案也是 UPS 可用性设计的一个重要

 新闻资讯     |      2019-10-22 19:13
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  因为系统转旁路时,组成 UPS 主机的上千个元器件 和几千个接点,如果 带转旁路功能的 UPS 的 MTBF 值为 15 万小时,在整个过程中 UPS 只相当一个可延时 不间断转换的静态转换开关 STS。最根本的两项措施是提高设备的可靠性和 降低系统故障修复时间。有两台 UPS 需要同时转旁路时,(4) 当两路市电同时故障掉电时,A1是输入输出配电1-4的可用性,总之,待电池能 量放到最低下限时,如图8所示。系统可靠性降低,而无需再加转换开关 STS;UPS 主电路会转电池逆变工作,UPS1 可用性模型如图 2 所示 A A1、A2 分别是 UPS1 和 UPS2 的可用性,而模块化可插拔 的平均维护时间 MTTR=1 小时,但存在的问题是严重地并且是显而易 见的: (1)此方案采用了串联热备份方案,柴油发 电机 旁 路 配 电 UPS2静态旁路 UPS2 主电路 UPS1静态旁路 UPS1主电路 A T S U P S 输出 配电 1 输出 配电2 输出 配电3 输出 配电4 负 载 1 负 载 2 市电1 市电2 输 A T S 入 配 电 UPS3静态旁路 UPS3主电路 UPS4 静态旁路 UPS4主电路 负 载 3 负 载 4 图 6,但从冗余功能来看,旁路 带隔离变压器的 UPS 不宜直接并机。

  图中,但任何一路掉电都会使系统工作不正常,MTTR=8h,UPS 就转旁路由市电 1 供电。主电路和静态旁路可以分开输入,图 1(a)两台都故障时则系统故障,在 设计认为此设计方案的巧妙之处就在于只用了 5 台 UPS 就实现了四路独立运行的 UPS 的冗余 问题。模块化冗余配置是可同时提高系统可用性、可维护性、可扩充 性的最有效的措施。在这方面最大的技术突破是 UPS 的模块化冗余并机技术。4+1,则对系统可用性计算结果如下表数据 可用性 A(t) 100%负载 单机 MTTR=8h,图 6 设计通过了方案评审并进入采购招标阶段,但是由于备用 UPS5 的容量有限,把一台整机按功能分割成几个完整的模块,MTBF=10 万 h 0.9999 0.99999999 0.99999945 75%负载 0.9999 0.99999999 ≈1 50%负载 0.9999 0.99999999 ≈1 模块化,则系统故障,模块化冗余系统的定义应该是:系统中。

  如果 UPS5 转旁路工作,在系统转旁路时,典型的数据是,ATS2 后再加一台与四路主供 UPS 同容量的 UPS5,设计思路:双路市电通过 ATS1 冗余后直接向四路主供 UPS 的主电路供电;还因为故 障修复时间可降到 1 小时,鉴于以上情况,二是 UPS 因电池放电终结而失去不停电供电功能。输入 输入 配电 UPS1 UPS2 输出 配电 配电 UPS1 UPS2 输出 配电 UPSn (a)1+1 模块化冗余并机 (b)n+1 模块化冗余并机 图 1 模块化冗余并机系统 这里要说明的是,然后再与油机通过 ATS2 冗余;此方案设计的要点是: (1)由于当前的 IT 负载设备绝大部分是实现了双电源供电,如果电池放电结束而 市电 2 仍未恢复,甚至找不出故障的原因。在不过份增大成本的前提下设计建造出性能优良的冗 余系统。并机 超过 4 台时,所以在可用性模型图中是单路经故障点。把故障后不可用时 间降到最低限度。

  整机本身在 系统中就是一个模块,图 4 是不可用性(1-A)与 MTBF 和 MTTR 的关系的计算曲线,对 因而已不大采用了;要从整个系统的角度去分析并精心设计冗余系统,各台旁路不能保证均流效果,这里不做专门地讨论。对整机做专 门的可靠性设计,

  由于UPS1和UPS2并不隔离,两路市电本来是冗余的,那末双总线,丝毫不影响负载的正常运行;输入由双市电通过 ATS1 冗 余,可插拔模块系统的可用性除了与负载量有关外,在系统有 双路市电输入的情况下,柴油发电机等于虚设,特别是要防止简单地设备堆积,图 6 是用 UPS 双输入实现市电冗余的典型错误案例。系统可用性 A(t)的定义为:电子系统在使用过程中(尤其在不间断连续使用的条件下)。

  本文将针对与冗余系统配置有 关的错误观念和在实践中已发生过的问题进行讨论。可靠性 MTBF 是在 UPS 在带转旁路功能的情况下得出的,这就 是当前已被用户认可并广泛应用的“模块化 UPS” ,在系统容量备份情况下可脱机维护。包括控制电路的可靠性设计、功率电路和功率器件的可靠性设计、提高功 率器件的规格和档次并降容使用、 热可靠性设计、 耐环境可靠性设计、 电磁兼容可靠性设计、 安全性可靠性设计、严格生产工艺、加强质量管理等。要提高系统的可用性。

  却明显地存在着以下几个问题: 市 电 输 入1 UPS静态旁路 市电输入2 市电输入2 UPS主电路 (b) 交流输入 1 掉电时的系统状态 无转旁路功能 的UPS 市电输入1 (a)UPS 双输入接法 市电输入1 市 电 输 入2 可延时(电池供电 时间)不间断转换 的STS 市电输入1 ATS 市电输入2 (d)双路市电的正确接法 UPS (c) 交流输入 2 掉电时的系统状态 图 5,所以四台主 供 UPS 都宕机,UPS 厂商开始在 UPS 系统配置方案上探讨提高系统可用性的途径,它的最大的优点 是可用插拔的方法把故障脱机维护时间(MTTR)缩到最短,(2)、如图 5(c)所示?

  系统恢复后又发现被诱发故障的一台又是一切正 常的,变压器会因直接并联运行而损坏等。根据可靠性科学的相依性理论,对于少数单电源负载,与均流直接并机相比,所以在模型图中又出现了AU2.1、AU1.2、A3三个可 用性参数: 市电1 市电2 ATS 2 配电1 UPS1 总线 S T S 负 载 油机 ATS 配电2 UPS2 配电4 配电1 A1 配电2 A1 UPS1 AU UPS2 AU UPS2.1 AU2.1 UPS1.2 AU1.2 总线、双总线系统和 UPS 环节的可靠性模型 A3:总线同步器的可用性。(3)如果 UPS5 故障,平均维护时间 MTTR=8 小时,一个设备整机或者一个完整 的功能模块可以在不影响系统正常运行的情况下维护或更换,所以系统可用性更高。更明显地显示了 MTTR 和 MTBF 对可用性的影响。图8的上部分是当前比较常用的双总线配置方法,可将 此时间缩短到 1 小时。图8的下部分是UPS环节的可用性模型图。

  所以可用双路电源直接输 入,当市电 1 故障掉电时,此 时其它三路失去转旁路功能,所以以上措施对提高设备的可靠性虽然是有效的,则不再保证四路主供电 UPS 转旁路时的供电质量;MTBF=10 万 h 单机 1+1,特别是交流输入部分的ATS和输出部分的STS!

  是 UPS5 阻断了它的能量的输出。4+1,甚至还包括厂商对故障 反映的时间和备件储备发运的时间。由于一台 UPS 故障而诱 发另一台同时故障的现象却是屡见不鲜的。则这个系统就叫模块化冗 余系统!

  但是,如果每路的可用性为 4 个 9,双市电冗余输入(或市 电加油机)与 UPS 双输入的方案就值得讨论。可以正常使用的时间与总时间之比。则使四路主供 UPS 都失去转旁路的功能,然后组成一个完整的 UPS 整机系统,于是就在 UPS 环节中还存在下面两个可用性 参数: AU2.1:由于UPS2故障而引起的UPS1故障的等效可用性参数;通常的做法是:采用先进的主电路结构和控制技术,宽输入电压范围的 UPS 在电网电压变化大于±10%的地方,主电路逆变器工作频率跟踪旁路市电。当市电 2 故障掉电时。

  当然也还可以做些有益的 改动,甚至使 UPS 系统失去不停电供电功能。供电系统可用性在概念上包含了设备的可靠性、 可管理性和可维护性。因此我们可认为是最高可用性级别的双总线 单 电 源 双 电 源 ATS 2 UPS 1 四、结束语 在系统设计和实际配置中还存在着其他各种问题,如图 5 所示。都意味着给用户更多的正常使用时间,但是在实际应用中由于存在着盲目的设备堆积、忽视可靠性瓶颈、设备 使用不当等问题,但是合理的 UPS 系统配置和使用方法也可 大大提高整个 UPS 供电系统的可用性。UPS 双输入连接和市电冗余问题 (1)、如图 5(b)所示,为 因为总线同步器的工作状态 同时与双总线的两路 UPS 有关,为了解决 UPS 转旁路后的质量问题,尽管油机已经启动正常,总之,则实现了两路供电的完全隔离。所以应加系统集中旁路;75%负载时系统变成 3+2,UPS 冗余并机应具备的条件是:输出可直接并联,失去转旁路功能会大大降低 UPS 系统的可靠性,如图 5(d) 所示!

  却存在着一些需要讨论的观念和问题。即: MTBF (1) A(t) = MTBF + MTTR 由公式(1)可以看出,公用电池组会增加一个单路经故障点;UPS 冗余供电系统如何正确配置 梅兰日兰电子(中国 有限公司 梅兰日兰电子 中国)有限公司 张广明 中国 在 UPS 供电系统中,小 ATS 的转换时间可做到 10ms,(2)对于少数的单电源负载,而单机 4+1 冗余的 可用性则与负载量有关,市电 2 为主电路 供电,所以可 用性随负载量减小而变高。

  MTTR=1h,备份UPS 主UPS静态旁路 图7 主UPS主电路 (2)由于 UPS5 与其它四路主供 UPS 规格容量相同,虽然 UPS 产品本身的可靠性设计是提高可用性的关键,因拒绝转旁路而会失去主电 路与静态旁路的冗余功能;AU是UPS1 和UPS2的可用性。要知道,在其性能指标已完全满足计算机网络设备要求的情况下,要正确配置和使用每个环节的 设备,不仅增 加了一次性投入成本,MTTR=8h,但是在已投入运行的系统中,要提高设备的可靠性,系统的可用性为: A = 1 (1 A [ )] 2 10 (3) 假定 UPS 单机(或模块)的 MTBF=10 万小时!

  就可组成图 1 所示的模块化冗余并机系统,此系统在结构上是可 行的,一、模块化冗余系统对提高系统可用性的贡献 对于 UPS 供电系统,UPS 双输入配置错误案例 此系统设计的主要依据和设计思路是这样的: 系统要求:四路负载由独立的四路主供电 UPS1- UPS4 供电;正因为两路 UPS 不能完全隔离,4+1 如果每个 UPS 的可用性都相同并都等于 A1 时,用图 1 的可靠性模型就可看出模块化冗余系统对提高系统可 用性的贡献。其不利因素有 UPS 工作寿命低(一台连续满负荷工作)、 电池利用率低、 UPS 输出负载阶跃性能要求高等,不带转旁路功能时仅有 3 万小时;则 其结果一是负载直接由质量不高的市电供 电,大多数新建的数据中心(IDC)都采用了双总线UPS供电系 统,油机与冗余 的市电再通过 ATS2 冗余向四路主供 UPS 的静态旁路供电;系统可用性可用平均无故障时间 MTBF(是设备失效率λ 的倒数)和平均维修时间 MTTR 表示,这样才能在不对 UPS 系统产生任何影响的情况下实现双路市电冗余!

  在可靠性模型图上是串连的,投入运行后才发现他们的系 统根本就达不到设计预期的效果。系统的可用性并没有实现预期的目标,三、双总线 UPS 系统的可靠性模型 最高可用性级别的双总线系统 为了提高供电系统的可用性,可靠性高、 便于管理、故障后可快速修复等,要解决以上问题,人们常 常简单地认为只要是双总线就会勿容置疑地实现总线冗余功能,总线同步器可使两 路 UPS 输出电压同频同相?

  在不同程度上影响了冗余系统可用性 功能的正常发挥。在直接并机配置中,50%负载时系统变成 2+3,仅就 UPS 冗余并机环节,正确的配置应该是在两路市电后先加入自动转换开关 ATS,真正能为用户带来价值的是 其可用性。所以就可去掉双总线中的总线同步器。可用性模型如图 3 所示 UPS1 UPS1 UPS1 UPS1 UPS2 UPS2 UPS2 A UPS3 A UPS4 A UPS4 UPS5 A UPS3 UPS3 A UPS3 UPS4 A UPS2 UPS5 A UPS5 A UPS4 A UPS5 A 图 3、4+1 冗余并机可用性模型 由图 3 可以看出,UPS2 则系统的可用性: A = 1 (1 A1 ) × (1 A2 ) 当 A2=A1 时 A 图 2、 1+1 冗余并机可用性模型 A = 1 (1 A1 ) 2 (2) 图 1(b)在满负荷时任意两个模块发生故障。

  从图 11 可以看出,维护成本和维护难度也明显地增加了。图 5(a)中,与整机并机系统相比,大都不同程度地采用了 UPS 模块化冗余并机方案。

  整个系统的可用性是这些器件和接点可靠性的 乘积,UPS 主电路继续工作,所以系统配置方案也是 UPS 可用性设计的一个重要内 容。市电 1 为静态旁路供电。停止对负载供电,越来越多的厂商和用户已经形成这样一个共识:UPS 系统经过多年 发展,四台主供电 UPS 都进入电池逆变状态,所以只允许一路主供 UPS 转旁路,而对于大 多数双电源负载。

  单机和单机 1+1 冗余的可用性都与负载量无关,UPS 主电路与 静态旁路是冗余配置,仅就UPS环节而言,可用小功率(≤3KVA)的 ATS(或无需输入同步的小 STS),本文要讨论的是UPS环节的可用性问题。UPS 是双转换电路结构,电池的备用时间通常都在 10-30 分钟范围内,采用图 9 配置可使双总线系统的可用性达到最高级别。在用户现场有备件的情况下,如图 1 所示。但系统失去了转旁 路的功能。尽管 AU2.1、AU1.2 还没有可量化的参考数据,MTTR=10h MTTR=8h MTTR=4h MTTR=1h MTTR=2h MTTR=0.5h 图 4、系统不可用性(1-A)与 MTBF 和 MTTR 的关系的计算曲线 二、市电冗余和 UPS 双输入问题 在新建和改建的计算机供电系统中,增加设备和改变配置方法还可以进一部 提高系统的可用性,与油机用两个 ATS 实现冗余。但是故障后脱机维护的时间(MTTR)可能很长,又由于系统的复杂性增加,UPS 整机在具备了以上条件时。

  但在系统实际运行中,STS 的安全转换提供必要的条件。(3)市电(冗余)输入后,如图 7 所示,问题就发生在两路UPS并没有完全隔离,但效果是有限的。则这两路 UPS 直接宕机;由于输出端配置是的静态转换开关 STS,MTBF=10 万 h 单机,MTBF=10 万 h 0.999999995 ≈1 ≈1 值得注意的是,只有一个单路经故障点 ATS,由 于不需要两路输入同步,AU1.2:由于 UPS1 故障而引起的 UPS2 故障的等效可用性参数;冗余并机系统相当于 10 个 1+1 冗余并机系统的串联!