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当代UPS供电系统设计理念的变化2010-10-20 09:48出处： 机房360作者：佚名【我要评论】［导读］本文在分析了当前 UPS供电系统现状和存在问题的前提下，对正在发生变化的 五个方面进行了分析和展望，预示着UPS技术及以其为核心 的供电系统的新的发展趋势UPS是为了解决供电系统存在的问题应运而生的，他的 产生至今已经历了四十多年的历程，在这个慢长的过程中， UPS设备的技术水平和功能发生了巨大的变化应用的需要 是技术发展的动力，研究工作从UPS设备到供电系统，从系 统的可靠性研究到可用性研究，再从单纯的供电系统的研究 到保证IT系统运行的整个基础物理设施的研究，所有这些变 化都是紧紧围绕着IT技术的进步和当前UPS供电系统存在 的问题进行的，所以认真考察一下当前UPS技术与应用的现 状和存在的问题，对研究和确定它的技术发展方向，以及进 一部提高应用水平是有必要的一 UPS技术现状与应用中存在的问题下面通过对我国UPS技术和应用的市场调查，总结出以下十个方面的基本情况和问题:⑴使用UPS以便提高供电系统的可用性的观念已被绝大部分用户接受，在国民经济各个领域和部门新建和改建的供电系统中，几乎都已建立或 正计划建立UPS供电系统，可谓言者必称UPS,说明广大用户对借助UPS供电系统提高供电质 量的重要性已经右足够的重视，预示着我国UPS市场已趋于成熟。

2) 从对已经配置了 UPS系统的运行情况和存在问题的 调查，说明当前各个厂家生产的各种型号规格的UPS的输出 电性能指标基本上都能满足对负载供电的要求UPS的各项 输出电性能指标，诸如输出电压稳定精度、输出电压波形失 真度、输出电压频率稳定精度、输出电压幅值的三相不平衡 度、三相负载不平衡能力、市电掉电时输出电压的切换时间、 输出电压的动态响应特性等，已经不再是影响负载正常运行 的因素和购置时衡量性能优劣的主要标准了3) 供电系统的故障还是要发生的，这是个不争的事实 用户特别是运维人员感到，安全性和可靠性是当前UPS供电 系统最主要的问题因此，设计者在设计供电系统和选购 UPS设备时，也把注意力从对UPS —般输出电性能指标转移 到是否对电网形成污染、输出能力和可靠性等指标的考察上 来，例如UPS的工作效率、过载能力、输入功率因数、输入 电流谐波成分、输出冗余并机功能等，这些指标对提高设备 和系统的安全可靠性是至关重要的4) 通过对供电系统故障情况的调查和分析发现，系统故障总数中的50—70%是由于配电系统中其它环节和设备的 质量问题、安装问题、人为操作和维护问题引起的，或者由于这些问题而诱发UPS产生误动作乃至发生故障。

UPS只是 涉及供电系统可靠性问题的因索之一，仅仅提高UPS设备的 可靠性，是不能从根本上解决整个供电系统的安全性和可靠 性的，甚至不能最终构成不停电供电系统5) 用户感到最困惑的事是，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，还 包括系统中各种设备供应厂商之间的互相推诿等原因，使系统故障后得不到及时迅速地修复，甚至找不到引发故障真正 原因的结论6) 从使用维护情况来看，UPS已经具备的智能管理和通 讯管理功能没有得到充分的发挥当今的UPS已经从原来所 谓的独立电源设备发展成今天具有多种通讯方式管理和与 IT系统无缝集成的网络设备，但是在实际应用和运行维护 中，权威人士估计对UPS的智能管理和通讯功能的应用率大 概只有20%o电源管理技术正在朝着智能化、网络化、透明 化及多元化方向的发展智能化、网络化已经不是很新的概 念，而所谓的“透明化”，是指新的电源管理技术正向着更 简单、更人性化、无需很高的专业技能就能操作的“傻瓜化” 方向发展，使电源管理界面、方法与大家熟悉的IT设备的管 理界面、操作方法融为一体。

同时，将解决各种电源问题的 “专家系统”集成到电源管理系统中，并且显示智能化的提 示信息，管理人员只需要基本的常识就可以胜任多元化则 指电源管理不再局限于UPS的技术管理，新的电源管理技术 将资产管理等方法引入电源领域，使电源管理不仅能满足传 统的运行、维护的技术管理的需要，也能满足财务部门、行 政管理部门、企业资源规划部门等对电源管理的需要，而且, 还要将新的管理技术及与用户业务更为密切的管理方案同 传统的电源管理集成在一起，方便用户对其基础设施、数据 安全以及包括UPS设备在内的整个电源系统管理的需要7) 通过对多个UPS供电系统的调查，发现很多已经在 运行的特别是在原系统基础上改造的UPS供电系统在设计 上不规范，系统配置不尽合理，存在着诸多隐患诸如：系 统中所有设备和环节都是串连的，形成多个单路径故障点; 系统中各相接的设备输入输出阻抗不匹配，因相互影响而降 低可靠性或者不得不降容使用;系统中因配置了输入谐波电 流大和启动冲击电流大的设备，不仅污染电网，而首先是在 系统内部形成严重的相互干扰;系统中电力传输线(包括数据 传输线)过长和布局零乱而易产生T扰和发生人为事故;系统 中配置了大量的断路器，由于产品质量问题，或者在容量和 动作时间方面配置得不合理，使系统有时发生不明的故障; 系统小零地电压差过大，零、地线系统设计和线缆选用不符 合标准等。

8) 采购配置UPS设备时仍然存在着一些错误的观念和 误导例如确泄选用UPS的性能标准时，不是从UPS的输 出电性能指标、输出能力和可靠性指标、对电网的适应能力、 系统配置能力、智能管理和通讯功能、可维护性和可扩充性、 可靠性和可用性等方面对其进行全面的考察，而是把厂家宣 传的产品能达到的某些最高指标做为自己选用的标准;简单 地以UPS电路结构形式定优劣;忽视UPS对电网的适应能力 和电力污染问题等9) 提高使用维护水平与提高UPS技术水平同等重要 在UPS供电系统各类故障的起因中，人为原因造成的故障占 很大的比例人为故障的原因可归结为维护人员对所配置的 UPS的基本性能了解不够、对UPS监测监控信息和显示功能 不熟悉、选用配置UPS以及系统中其它设备时存在选型不当 的问题、对UPS运行吋的常规维护要求不清楚且对维护规章 制度执行不严格等10) 当前已建和正在设计建造的UPS供电系统中，普遍 的存在着资源浪费和生命周期成本问题：预算投资和可用空 间造成UPS容量的浪费，大部分用户的UPS —次装机容量 和实际负载量差别过大，平均来看，在首次装机吋，预计负 荷量只是设计容量的30%,而实际负荷量又只是预计负荷量 的30%o换句话说，在最初装机运行吋UPS的实际带载量仅 为装机容量的百分之九左右。

在第五年时实际负载量也只达 到装机容量的28%,用户在UPS容量上的投资，70%以上被 闲置浪费了;由于传统的系统设计方法和所选用设备的匹配、 安装等问题，使系统的建设周期过长，一般情况下，因系统 的进度及可用性要求的不同，数据中心的实际建设时间一般 要三个月到十八个月之间不等，极端情况下甚至出现了用户 启动设备时，市场已经变化，最初的设计方案已经彻底过时 的情况有些客户提前六个月购买拟建中的数据中心，六个 月后他们才发现到了一个进退两难的境地因为他们的项目 已经因为后期资金的限制而被迫取消或缩减了规模，他们被 这些定购的设备困住了;由于企业的决策者对未来业务可能 发生变化的不可知性，以及供电系统设计和所选用设备对环 境和功能要求变化的适应性很差，就使得对UPS系统的投资 存在风险问题电力基础设施需要大量投资，但没有可变通 及灵活的退出策略许多客户都在试图寻求能够在环境和要 求变化（指业务量的扩大和缩小、负载功率容量的变化、负载 性质的变化等）时，以及项目启动失败或者办公地点搬迁时提 供简单、灵活而经济的可扩展、可变更和可退出策略的技术二UPS供电系统的技术发展趋势上面提到的当前UPS及其供电系统现状和存在的10个 问题，是UPS厂商和供电系统设计者必须面对的实际问题， 正是这些客观存在的问题促使着UPS技术的进步和供电系 统设计理念的变化。

归总这些变化主要表现在以下四个方 面：(1) 研究工作从单台UPS设备向整个供电系统变化UPS仅仅是供电系统中的一个环节，一个完整的系统中 除了 UPS系统外，还可能有变压器、瞬态电压浪涌抑制器、 电网进线开关柜、输入输出配电柜、柴油发电机组、交流稳 压器、隔离或升降压变压器、电池系统、各种开关、断路器、 保险、转插，上百乃至几百个级连接点和相应的传输线所 有这些在系统中都会形成单路径故障点，由于这些部件和环 节在可靠性模型中的串联特性，以及它们之间的相互影响， 就使得系统可靠性大幅度降低UPS厂商和供电系统设计者 意识到，在不断提高UPS设备的性能和可靠性的同时，还必 须加强对整个供电系统的研究所研究的问题包括：系统中 各种设备和环节的相互匹配和可靠性问题、系统可用性和冗 余配置问题、设备与系统可修复和降低修复时间问题、UPS 设备的模块化冗余系统结构和可热插拔维护问题、各种设备 和环节连接技术的研究和规范化问题、供电系统的布局(集中 式、区域式、分散式)问题、系统的可维护性和集中管理问题 等在这种设计理念变化的研究过程中，i些著名的供电系 统厂商提出了供电系统“一体化解决方案”、“UPS-X综合供 电主接线系统”等。

2) 对系统可靠性的研究向可用性研究变化在绝大部分配置UPS供电系统的部门和单位，都对供电 的连续性提出了非常高的要求，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，在其性能指标 已完全满足计算机网络设备要求的情况下，真正能为用户带 来价值的是其可用性可用性定义为：系统在使用过程中， 可以」F常使丿IJ的时间与总时间Z比它由可靠性指标平均无 故障工作时间MTBF和可修复性指标平均修复时间MTTR 表示，可用性A(t)=MTBF/(MTBF+MTTR),在概念上它包含 了系统中设备的可靠性、可管理性和可维护性可用性高意 味着给用户更多的正常使用时间，把故障后不可用时间降到 最低限度对可用性的研究促进了 UPS设备和供电技术的全 面发展，包括设备和系统的冗余可容错技术、设备的模块化 可热插拔维护和扩容技术、系统的集成一体化技术、智 能管理和与IT系统无缝集成地通讯管理技术等系统可用性 研究对提高供电系统设计的科学性和全面地提高系统性能 起着重要的作用3) 从对单纯的供电系统研究向整个IT基础物理设施 (NCPI)变化保证计算机和网络IT设备正常运行的条件除了配置UPS供电设备外，还必须有与之配套的完整的供电系统、空 调及通风系统、机架及IT设备线缆的支撑系统、消防及门禁 系统、基建及装修装饰等，统称为IT系统的网络关键物理基 础设施，即 NCPI(NetworkCriticalPhysicallnfrastructure),这 些设施都会在一定程度上影响信息系统的可用性，所以研究 工作自然地就由单纯的电力供应扩展到空气调节(包括IT机 架微环境)、IT设备机械支撑、系统的集中管理等。

NCPI概 念的提出标示着供电系统设计观念和策略发牛了变化，从关 注产品和系统本身到关注用户的实际应用，从供电设备一点 向数据中心电力支撑系统的思维模式的转变换句话说，不 再孤立地看待性能单一的供电系统，而是把它放在一个大系 统中去，从实际应用需要出发，对系统做全面的研究、设计、 构建、管理和评估对IT设备供电及实际运行环境进行管理 是指把对供电系统的这种管理功能延伸到IT设备的入口，使 这种管理能更有效的发挥作用对于逐渐被认可并实施的机 架式IT设备，这种管理则直接延伸到机架的内部特别是随 着IT设备的小型化，大大提高了机架装机的功率密度，所以 机房致冷系统的功能，冷热风通道的管理和IT设备微环境的 温湿度的管理和监控就变得尤为重要了。