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模塊化UPS電源系統的優勢

發布時間:2015-09-23 作者:本站編輯瀏覽次數:

    系統模塊化是數據中心基礎設施設計的重要理念和基本策略,數據中心設計建造中的很多問題都與系統模塊化程度有關。模塊化以及與之關系緊密的標準化,為數據中心帶來了廣泛的好處,它不僅簡化了從初始規劃到日常操作的每一個流程,還顯著改進了數據中心商業價值的所有主要組成部分--擴容性、可用性、易維護和高效性。 
  
    一、模塊化UPS電源其顯而易見特性有:


    1、擴容性


    用戶再也不必為如何選擇容量而苦惱,并且不需要先期進行大量不必要的投資;

 

    2、可用性


    可輕松的實現N+1、N+X配置,在相對小投資的情況下,極大提高了對負載的保護;

  

    3、易維護


    由于備件的單一性、通用性,使得用戶端直接受益,甚至用戶自身經過簡單的產品培訓后,都可以直接維護,并且不必為產品停產所帶來的備件問題所擔憂;

  

    4、高效性


    由于采用大量先進性技術,使得整機的效率得到大幅度的提高,并且體積也小型化,這些都為用戶帶來了許多隱性優勢。

   

    當今UPS電源的發展趨勢是大功率化和高可靠性。雖然現在可以生產幾千KVA的大型UPS電源,完全可以滿足大功率要求的場合。但是,這樣整個系統的可靠性完全是由單臺電源決定的,無論如何是不可能達到很高的穩定性和可靠性。為了提高系統的可靠性,就必須采用冗余式并機方式,因而UPS電源的并聯技術在近幾年得到了很大的發展。

   

    以下具體分析傳統UPS電源并機形式和模塊化UPS電源冗余并機形式的差別:

  

    二、系統可用性方面的區別:

    當設備不可維護時,系統的可用性就等于其可靠性。當設備可維護時,其可用性必然大于可靠性,維修時間短,可用性就越高。要提高系統的“可用性”,提高系統的平均無故障時間(MTBF)是有效的,但降低系統的平均維修是MTTR更有效,也就是說,系統可以發生故障,但只要很快修復(例如幾十分鐘),“可用性”仍然可達到很高的水平。“可用性”才是最有價值的也是最終的可靠性指標。

   

    在傳統UPS電源產品中,一直存在著單臺UPS電源容易出現單點故障的問題,用戶唯一的安全保障措施是采用“1+1”或“N+1”舊有的安全防范格局,該措施不僅造成較大的經濟浪費,而且容錯率僅有一次。

   

    傳統UPS電源發生故障后,修復時間長,而且很困難。對于一般的大型供電系統來講,供電系統故障后,由于系統過于復雜、產品供應商反應速度、維修人員的技術水平和工作經驗、備件儲備和提供情況、故障原因的查找和分析,出現故障需要有受過專門培訓的維護技術人員憑經驗對故障原因的查找和分析后,以確定故障引發點和受損部位,制定維修方案,調取備件、更換維修,修復后調試、試運行,交付用戶。在上述環節中,若有一個環節出現判斷失誤,維修過程就要延長。

   

    UPS電源模塊式設計概念全面優化了“N+X”投資方案,客戶僅需多購置X個較小功率的模塊,即可輕松實現X次故障冗余及升級擴容。其MTBF(Mean Time Between Failure)比單機的MTBF提高了許多倍。

   

    模塊化UPS電源系統陣列中的所有功率模塊平均負擔系統負載,各并聯模塊皆為內置冗余的智能型獨立個體,無需系統控制器對并聯系列集中控制。任何模塊發生故障后(包括系統控制模塊),其冗余設計便會充分發揮效用,全面保障設備正常運轉,實現最大程度的故障冗余,同時用戶還可根據需要選擇超過一次容錯率的冗余。也就是說客戶如果在一個系統中安裝了比能支持最大系統負載所需要的最少模塊還多X個模塊,那么就能夠在有X個模塊失效的情況下仍保證維持系統全部正常工作。

   

    N+X模塊化陣列機的可用性比1+1單機并機的可用性高,根本原因一是:N+X系統中X個模塊為冗余備份的,只有在X個模塊同時壞的情況下,系統才不正常供電,分析可知當X=3時,可用性已經近似為1;二是模塊化陣列系統的模塊故障后可由維護人員熱插拔,使故障修復時間MTTR降到1小時以下。

   

    因此,UPS電源結構的模塊化、可熱插拔設計,是UPS電源系統可用性和可維護性的重要的新技術標志之一。


    三、旁路設置上的區別:

   

    對于UPS電源冗余系統,在旁路設置上有2種基本結構:一種是每個單機或單元各帶一個旁路,另一種是系統統一設置一個大旁路。這兩種設置方式下,對系統實際應用來講,有以下幾個區別:

   

    在傳統單機UPS電源構成的冗余系統中,單機體積較大,但靜態開關選擇按單機容量配置,而且位置靠近功率板,一旦出現故障(如IGBT燒毀)可能連累靜態開關的工作。另一方面,由于單元上的差別和通信上的延遲,每個單元的旁路在切換過程中,并不能做到完全同時切換,從而使得在切換的瞬間,某臺機器的旁路承載的電流特別大,從而造成該旁路損壞,進而影響整個系統的工作。再者,旁路分立使得旁路控制復雜,板件增多,可靠性下降,因此,單機帶旁路構成的冗余系統可靠性降低,這也是傳統并機臺數不宜過多的原因之一。

   

    而有些模塊化UPS電源的每個模塊中均含有靜態開關,此結構和傳統UPS電源只是在體積大小上的區別,也不能解決上述問題。

   

    而Power+的模塊化UPS電源,其靜態開關容量按整機容量配置,結構上與功率工作部分分離,其動作控制亦是獨立的,避免了傳統并機系統分別投切而產生的風險,完美地詮釋了“分統結合,互不連累”的并聯冗余設計理念。其采用的“先合后開”動作模式,更使得系統投換實現了真正意義上的零轉換。

  

    四、擴容方面的區別:

   

    模塊UPS電源為供電系統構建與IT設備機架的增加同步進行創造了條件,使供電系統設備的功率容量始終與已運的IT設備的實際負載量保持在一個適當的比例,特別是當發生系統方案設計需要修改,甚至項目啟動失敗或場地要搬遷時,能夠經濟而靈活的變更或退出。

   

    而對已運行的傳統UPS電源系統為了擴容而改造時,很難保證不需要短時間停機操作,或者在系統運行中進行改造操作而很容易誘發系統意外故障而宕機。

  

    五、維護性方面的區別:

   

    傳統UPS電源系統在日常維護、設備維修期間均需采取轉旁路的工作方式,負載因此不受UPS電源保護,此時如果發生交流電源中斷、過載等故障,勢必造成負載電源供應中斷或設備損壞。同時設備維修還需要經過一系列煩瑣的程序:系統管理員通知廠商+廠商趕至維修現場+停電維修。

   

    為了解決類似的可靠性瓶頸,新型模塊UPS電源采用了先進的UPS電源模塊熱插拔技術,單體模塊可任意在線投入或退出并聯單元,無需停電操作,實現了并聯系統的在線維護,同時該操作無需專門的儀器和技術即可進行。

   

    通過熱插拔技術使單體功率模塊可任意在線投入或退出,解決了傳統UPS電源轉旁路維修的技術難題,使維護超常簡便,同時實現了UPS電源隨意擴展和冗余兩大性能,充分滿足用戶實際需求。

  

    六、安裝地的區別:

   

    傳統UPS電源體積大,效率低,一般與用電設備尤其是服務器等信息設備分開安裝設置,距離較遠而容易使得用電設備零--地電位差偏大,從而影響設備的正常運行。

   

    而模塊化UPS電源由于采用高頻化技術,整機體積小,運行效率高,可以直接就近安裝在設備附近,從而可避免這一問題的產生。

  

    七、并機故障退出機制的差別:

   

    常見的冗余式供電方式有由二臺或多臺UPS電源逆變器模塊經系統控制柜并聯后再向外供電的主從供電體系,以及將并機功能直接設計在各個UPS電源單元模塊中的分散邏輯供電方案。不管采用那種方式,在正常工作時每個UPS電源模塊都要平均分配負載電流。在運行中,如果遇到其中一臺UPS電源模塊出故障時,并聯系統自動將有故障的UPS電源模塊同負載脫機。此時,全部負載由剩下的UPS電源模塊按照比例平均分擔。通過這種方式,UPS電源可以保證一直向用戶提供無幅度大小擾動和無供電時間中斷的高質量電源。顯然,采用這樣的供電系統,大大增強了UPS電源供電系統的可靠性。

   

    但對于不同的并機方式,其故障機的退出和修復后的切入,對系統的影響還是有較大差別的。

   

    對于“1+1”系統,當單機故障退出時,其原所帶負載將全部轉由另一臺正常工作的機器承擔,該機器的階躍負載近50%左右。

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