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2024年11月29日  星期五

解決方案 / Solutions

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雙總線(xiàn)(N+1) 解決方案

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·應用領(lǐng)域:

■通信系統;

■金融系統;

■工業(yè)自動(dòng)化系統;

■互聯(lián)網(wǎng)數據中心(IDC);

■多媒體數據中心(MDC);

■其他重要負載系統。

·方案特點(diǎn)

■具有高可用性:雙總線(xiàn)(N+1)系統能完善地解決單機UPS系統的可維護性問(wèn)題;

■具有高可靠性:降低了供電系統輸入、輸出部分發(fā)生故障的可能性,為關(guān)鍵負載提供可靠電源保護;

■具有高容錯功能:沒(méi)有“瓶頸故障”點(diǎn),即在整個(gè)UPS供電系統中,在任何節點(diǎn)均不存在瓶頸故障隱患;

■具有高抗干擾性:保證無(wú)論來(lái)自市電或UPS供電本身的“電源干擾”盡可能地被消除,包括傳導干擾與輻射干擾。

·雙總線(xiàn)(N+1)方案概述:

互聯(lián)網(wǎng)數據中心(IDC)和多媒體數據中心(MDC)是高速互聯(lián)網(wǎng)的調控中心。用戶(hù)對它們所承擔的對信息資源(數據、語(yǔ)音和圖像信息)的遠程處理、存儲和轉送的時(shí)效性要求較高。哪怕是僅幾秒鐘的停機均會(huì )給整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的安全運行和用戶(hù)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)無(wú)法估量的損失。嚴重時(shí),甚至會(huì )造成社會(huì )和經(jīng)濟生活的嚴重癱瘓。因此,IDC必須向用戶(hù)提供365×24h連續不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務(wù)。為達此目的,從設計原則上講,承擔著(zhù)向IDC機房供電任務(wù)的整個(gè)電源系統都必須采用具有高度容錯功能的冗余式的供電方案,以確保無(wú)論是在市電電網(wǎng)出故障時(shí)或是在某臺雙變換、在線(xiàn)式UPS電源的逆變器發(fā)生故障時(shí),還是在進(jìn)行日常維護/檢修操作時(shí)或因故致使保險絲燒毀/斷路器開(kāi)關(guān)跳閘時(shí),互聯(lián)設備均應由在線(xiàn)式UPS”的逆變器電源來(lái)供電,而不應進(jìn)入由普通的市電電源/應急備用發(fā)電機組經(jīng)UPS的交流旁路來(lái)供電的狀態(tài)。這是因為只有在線(xiàn)式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶(hù)的負載提供同時(shí)具有穩壓、無(wú)頻率突變,無(wú)干擾和波形失真度較小的高質(zhì)量正弦波電源。對于包括后備式UPS,在線(xiàn)互動(dòng)式UPS在內的非在線(xiàn)式UPS”來(lái)說(shuō),它們主要對輸入電源的電壓進(jìn)行調整,對輸入電壓的頻率波動(dòng),各種電源干擾和電壓失真度并無(wú)實(shí)質(zhì)性的改善。這就意味著(zhù),在整個(gè)供電系統中,不應存在單點(diǎn)瓶頸故障隱患。為此,應盡可能地配置具有高度容錯功能的UPS冗余供電系統。也就是說(shuō),在這種UPS供電系統的運行中,即使遇到某些部件偶然發(fā)生故障時(shí),整個(gè)UPS供電系統必須仍能正常工作。

根據當今UPS產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平,以選用具有雙總線(xiàn)輸入雙總線(xiàn)輸出供電功能的UPS冗余供電系統為宜。它是由如下幾部分供電系統所構成的:

1)雙總線(xiàn)輸入供電系統

雙總線(xiàn)輸入供電系統基本配置為:由市電輸入電源+備用發(fā)電機組+“自動(dòng)切換”控制柜+輸入配電柜。自動(dòng)切換控制系統時(shí)刻監視著(zhù)各種輸入電源的實(shí)時(shí)運行狀態(tài),并確??偸菍⑵渲锌煽康囊宦冯娫此偷?/span>UPS的輸入端。對于某些重要的IDC機房而言,其應急發(fā)電機電源實(shí)際上是一套由多臺柴油發(fā)電機+發(fā)電機并機控制柜所組成的冗余式發(fā)電機供電系統。為確保后接的“N1”UPS冗余供電系統能絕對安全可靠地運行,必須高度重視位于上述冗余輸入電源供電系統中的各種設備之間的技術(shù)兼容性切換參數的正確設置。

2)雙總線(xiàn)輸出配電系統

為了消除可能出現在UPS并機系統輸出端與用戶(hù)端之間的單點(diǎn)瓶頸故障隱患,有必要配置UPS的雙總線(xiàn)輸出配電系統。其基本配置是由“N1”UPS冗余供電系統(優(yōu)選“11”“21”型并機供電方案)+輸出配電柜+負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)(STS)所組成的UPS輸出供電系統。對于某些要求較高的場(chǎng)所,還應配置由負載同步控制器(LBS)+兩套“N1”UPS冗余供電系統所組成的具有較高容錯功能的供電系統。鑒于目前在IDC機房中所用的服務(wù)器和磁盤(pán)陣列機等產(chǎn)品中有(3050)%為采用雙電源輸入供電體制的產(chǎn)品,對于這些設備,可以直接將分別來(lái)自?xún)商?/span>“N1”型并機系統的電源連接到這種雙電源輸入設備的兩個(gè)輸入端上。對于采用單電源輸入供電方式的關(guān)鍵負載,則是將分別來(lái)自?xún)商?/span>“N1”型并機系統的電源首先連接到負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”(常見(jiàn)的是STS型的靜態(tài)開(kāi)關(guān)和SS型的快速切換開(kāi)關(guān))的兩個(gè)輸入端上,然后再將用戶(hù)的關(guān)鍵設備連接到負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的輸出端上。

·雙總線(xiàn)N1系統高可靠性分析

要想讓互聯(lián)網(wǎng)數據中心具有365×24h全天候運行特性,對于向它提供電源的UPS產(chǎn)品的可靠性的要求是非??量痰?。這是因為對于可靠性?xún)H達99.999%的UPS產(chǎn)品來(lái)說(shuō),它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機時(shí)間長(cháng)達316s,即使將UPS產(chǎn)品的可靠性提高到99.999999%,在一年中可能造成的停機時(shí)間仍有320ms之長(cháng)。對于IDC機房而言,如果真的發(fā)生長(cháng)達320ms的停機故障,它會(huì )帶來(lái)很大的損失。這是因為當前多數計算機所允許的瞬間供電中斷時(shí)間為1018ms。否則,就會(huì )造成用戶(hù)的網(wǎng)控操作系統或運行軟件遭到破壞。因此,要想讓IDC機房真正具備能提供365×24h的連續不間斷的運行特性,絕不是當今的UPS產(chǎn)業(yè)可提供的UPS單機所能達到的。迄今為止,我們只能制造出故障率越來(lái)越低的UPS產(chǎn)品。然而,還制造不出故障率為零UPS產(chǎn)品。在當今的技術(shù)條件下,采用“N1”UPS冗余并機供電系統是消除單點(diǎn)瓶頸故障的較佳供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電壓處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現在各種UPS單機之間的環(huán)流等于零),將“N1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置于并聯(lián)輸出狀態(tài)來(lái)運行的供電系統。

為使UPS并機供電系統具有必要的容錯功能,要求用戶(hù)的最大負載量不應超過(guò)NUPS單機的總輸出功率。當UPS并機系統正常工作時(shí),由“N1”UPS單機來(lái)平均分擔負載電流。當某臺UPS出故障時(shí),發(fā)生故障的那臺UPS通過(guò)執行選擇性跳閘操作而自動(dòng)脫機,此時(shí)由剩下的NUPS繼續為用戶(hù)提供高質(zhì)量的逆變器電源。

隨著(zhù)位于UPS冗余系統中的UPS單機數量的增加,它不但會(huì )造成整套UPS冗余并機供電系統的可靠性逐漸地下降,而且還會(huì )導致整套UPS冗余并機系統的輸出功率的余量也逐漸地減小(這意味著(zhù)UPS并機系統的抗輸出過(guò)載能力也在逐漸地降低)。因此,從應用技術(shù)的角度看,用戶(hù)應盡量地選用高可靠的“11”型或“21”UPS冗余供電系統。

·選配同IDC的集中監控系統兼容性好的UPS冗余供電系統

為了滿(mǎn)足信息網(wǎng)絡(luò )對IDCMDC機房實(shí)現無(wú)人或少人值守管理和遠程集中監控的需求,從而提高對UPS供電系統的可管理性,對互聯(lián)網(wǎng)數據中心來(lái)說(shuō),除本身應配置對它的所有IT設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控的網(wǎng)絡(luò )管理系統之外,還應建立一套對IT設備的集中監控體系,以便對諸如空調機、配電柜、電池組、發(fā)電機組、漏水警報、安全系統和消防系統等設備的運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控和分析。為此,要求所選用的UPS冗余供電系統應配置有如下通信接口:

1)在UPS上配置RS232/RS485接口,ModemSNMP適配器;

2)用于顯示UPS的工作狀態(tài)/報警信息的繼電器干接點(diǎn)型的輸出通信接口;

3用戶(hù)自定義輸入信號(門(mén)禁、煙霧、溫度、濕度等報警信號)繼電器干接點(diǎn)型的輸入通信接口;

4)對各種IT設備配置必要的數據采集器;

5)配置相應的集中監控和管理軟件包或通信協(xié)議。

利用上述的輸入/輸出通信接口和相應的電源管理軟件或用戶(hù)現有的網(wǎng)管集中監控系統就可以組成所謂的智能化IDCMDC機房的集中監控系統。在這樣的網(wǎng)管系統中,可實(shí)現的主要調控功能有:

1)調閱在UPSLED/LCD顯示屏上所能觀(guān)察到的UPS的實(shí)時(shí)運行參數(例如:輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數及電池組的充放電電壓/電流等參數);

2互聯(lián)網(wǎng)數據中心所用的各種機房環(huán)境調控設備運行大事記”(自各種設備開(kāi)機以來(lái),按時(shí)序排列的,曾出現過(guò)的故障/報警/用戶(hù)所執行過(guò)的操作等信息);

3)萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí),執行網(wǎng)絡(luò )廣播報警(彈出報警窗口),電話(huà)或手機的自動(dòng)撥號、自動(dòng)傳呼或發(fā)EMail等操作,以便通知值班人員及時(shí)到現場(chǎng)排除故障或維修;

4)對UPS的備用電池組執行可編程的電池容量自測試操作,如果發(fā)現電池的實(shí)有容量(Ah)”偏低時(shí),還應自動(dòng)發(fā)出電池需要更換的預報警信號;

5)將用戶(hù)的自定義報警信號(例如:溫度/濕度、門(mén)禁、消防等報警信號)經(jīng)UPS的輸入通信接口被納入IDC機房或智能化樓宇的統一的集中監控系統;

6)由IDCMDC的主管當局所指定的人員,根據不同的授權權限,分級重新調整”/設置各種相應設備的運行參數或執行遠程的故障分析/診斷操作。

·雙總線(xiàn)(N+1方案圖:

運行示意圖

供電原理圖


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