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1、往往会出现这样的情况，即便是数据中心供电设备选得很好，但由于接入市电的方案选得不好，结果带来很多麻烦。比如某电视台都是进口国外一流的 UPS 供电设备，就是因为接入市电的方案选得不对，故障频繁发生。1 双路市电供电时的 UPS 连接1.1 双市电向同一台 UPS 供电1）违背了一主一备的初衷两路市的初衷是一主一备。如图 1 这样的接法乍看起来就是一主一备：市电 2 供电时，市电 1 备用；市电 2 故障时，市电 1 供电。但如果从 UPS 的工作原理上看，两路市电都同时在用：市电 2 向整流器提供主回路电流，而市电 1 位输出电压提供频率和相位参考，因为 UPS 的输出电压始终在跟踪旁路，与旁
2、路电压的频率和相位保持一致，这是 UPS 在设计时就规定好了的。因此，这种接法已经违背了一主一备的初衷。2）打乱了 UPS 原来的正常工作秩序UPS 原来的设计思想是旁路和整流器输入同用一个输入电压，所以才有旁路电压故障时电池放电的设计顺序。而以后的 UPS 几经改进并未更改这种基本功能，一直忠实地继承下来。在这里如果将另一路市电（市电 1）接到旁路上，必然要将原来的功能做大的调整：市电故障时不让电池放电，因为此时市电 2 还在正常供电，这个更改的工作都是现场完成的，有的一次更改不行，还做了第二次更改，这就打乱了原来的工作次序；另一方面，由于 UPS 上都引进了计算机管理，使功能大增，一个点上
3、的电位有多处引用，就不像早期那样简单了。因此，一个点的更改影响了好多地方。某电视台引进欧洲两个一流厂家的 12台 60kVAUPS，在采用此方案后，几年期间就一直没有稳定下来，“大错不犯，小错不断”使用户伤透了脑筋，甚至每逢节假日或重大活动时只好请该两个厂家的工程师到场保驾。3）负载得不到全面保护在两路市电供电的情况下一般电池的后备时间都比较短，一般不超过 30min，另一方面，两路主干线也不容易出问题，但出了问题一般也不是 30min 可以解决的，有的几个小时，甚至更长。假如市电 2 故障，30min 后若市电仍不恢复，必须由市电 1 供电，这是后面的负载就完全暴露在自由电网之中，电网中的各
4、种干扰如雷电浪涌、电压起伏、电气噪声和自然噪声等随时会对负载造成威胁而导致故障。而且这种威胁要一直持续到市电 2 恢复正常，这个时间有多长？不得而知！1.2 双市电分别向两台冗余连接的 UPS 供电在要求可靠性与可用性更高的地方，除双市电供电外，还要求双 UPS 冗余并联连接，有的厂家就提出了两路市电各接一台 UPS 的方案。尽管两路市的电压和相位不会完全相同，但由于并联冗余连接的两台 UPS 在起动后有“从机”跟踪“主机”的功能，可以保证系统正常运行，其连接方法如图 16（a）所示。但这种连接方法的真正隐患出现在两台 UPS 切换到旁路（Bypass）时，应冗余并联连接的 UPS 有着共同转
5、旁路的性能，在此情况下，由于两路市电的电压幅度不一致，就会形成巨大的环流，如图 2（b）所示。尽管两路市电的电压差不大，比如几伏，但由于回路阻抗几乎为零，所以导致的环流就很大，一直到将其中的一路 Bypass 开关烧断，如果 Bypass 开关的同流能力非常强，那就会起火了，不是烧变压器就是烧电缆！1.3 最佳双市电供电连接方案利用输入配电（互投）柜将两路市电切换成一路后送出，如图 3 所示。这样一来既满足了原来 UPS 的设计思想，又保证了负载在 100%的时间内得到保护。至于切换的速度不必太苛刻，因为即使一般的自动切换开关 ATS 也可以在零点几秒内完成这个动作，而 UPS 本身的电池对这
6、点时间可忽略不计，即使用手动也来得及，当然自动最好。这种产品的可靠性与电磁兼容指标等均应符合标准 UL1008Listed。图 6 示出了STS(Digital Static Transfer Switch)的工作原理图，右边是它的电路符号。DSTS 的确解决了 ATS 所无法做到的一些性能，比如 DSTS 的切换时间比 ATS 要快上一千多倍，而且没有声音、没有火花，对一般电子设备来说，这种两个电源之间的切换间隔几乎是没有感觉的。由于 DSTS 对构成元器件质量的要求很高，再加之在多处都采用了冗余措施，所以造价也很高，相应地为销售商也带来了不菲的利润，于是在被引入机房的时候就出现了一些误会。
7、比如本来可以用于并联冗余的两台 UPS 供电系统，有的供应商就硬把它们分割开了，在两台 UPS 输出端加了一台 DSTS，说这样比直接并联可靠性高，如图 7 所示。其工作原理是：两台 UPS 的输出端都连接到 DSTS 上，比如开始由 UPS1 向负载供电，UPS2 备用，一旦 UPS1 故障，DSTS 就马上切断 UPS1 而接通 UPS2，继续向负载供电，这就保证了负载设备的连续运行。但从前面双台 UPS 冗余并联的例子可以看出，即使不加 DSTS也已经实现了在一台 UPS 故障的情况下负载连续运行下去的功能，而且还有双倍单机的过载能力，这个能力在此已经消失了。还不仅如此，这种结构的系统可
8、靠性 R 也有了变化，根据可靠性公式算出： R=1-(1-r)=1-(1-0.99)=0.9996（4） 不可靠性 Q=1-可靠性=1-0.9996=0.0004，不可靠性是万分之四。是冗余并联时的 4 倍。而故障率 =1nR=1n0.99960.0004（5）也是冗余并联时的 4 倍。由此可以看出，原来 1+1 并联冗余的系统在增加了 DSTS 后，不但丧失了原来的高过载能力（一台 UPS 过载，切换后另一台也同样过载），其不可靠性或故障率也增加到原来的四倍。双电源负载的“需要”为了提高包括服务器等电子设备的供电可靠性，用电设备本身对输入电源也作了冗余考虑，比如采用双电源入口就是其中一种。是
9、不是为了适应双电源设备就必须将原本可以直接并联的两台 UPS 分开呢？这要看 UPS 直接并联冗余和分开的目的是什么，很明显，这样做的目的无非是在任一台 UPS 故障时都不影响负载机器的正常运行。这两种办法都可以达到这个目的。前一种在前面已经介绍，后一种如图 8 所示。两路 UPS 交流电压分别输入到用电设备的两个入口，该两个入口的整流器将输入交流电整流成直流，而后在二者的输出端并联成一个电压再滤波。即使输入的交流电压值不一样也无妨，电压高的就得多输出电流，这就造成了整流器的负载不平衡。尤其是在一台 UPS 是旁路供电时，由于市电波动很大，这种情况就更严重。如果是两台 UPS 直接并联而不分开
10、，由于稳压作用，就不会出现这种情况，即使有也不会这样大。就是说，即使人为地将可以并联的两台 UPS 硬要分开，到了设备上还是要并联在一起。白白损失了两倍 UPS 的过载能力，这就有“费力不讨好”的结果。2）UPS 双总线供电方案的电路结构有一种说法，双总线是根据美国 T4 等级要求而来的。图 9 就是这种双总线 UPS 冗余供电方案。从图中可以明显地看出，双总线的每一路都不是单单一台 UPS，也不是两台，更不是 3 台，而是一个表示多台的删节号。在目前的一般 UPS 并联水平来看，应该是 8 台。比如台湾至少有 5 个数据中心采用的就是 8 台并联2 的双总线供电系统。如果在 8 台 UPS冗
11、余并联之内就可以解决的问题，最好不要轻易采用双总线。尤其是在两台单机 UPS 就可以做 1+1 并联冗余的时候，如果这时硬要改用双总线方案，不但使设备量成倍增加，而且由于引入了串联功能的设备 STS，使能量通道上又多增加了故障点，导致的投资还要远高于双倍 1+1 并联冗余时的情况，因为 STS 要比同容量的 UPS 价格高得多，同时还失去了原来直接并联时过载能力强的优点，可靠性比原来也有所降低。众所周知，任何解决方案和规划都是有条件的，有其特定的使用环境，也就是有其局限性。因此，不可不讲条件、时间和地点地到处乱用，否则，不但达不到预期的目的，反而会事倍功半。2.3 两种供电方案的比较1）两种供
12、电方案的可靠性及故障率比较为了有一个量的概念，为了直观而容易理解，仍设所有设备的可靠性 r 都是 0.99；也是为了简单明了，暂不考虑 UPS 以前和 STS 以后的这些共有的配电部分。由此见图10（a）虚线方框内的部分，并由此作出可靠性结构模型图。从可靠性的观点出发，凡是在该环节故障时都能导致系统不正常的情况通通算作串联环节，因此连接图 10（a）的同步器LBS、静态开关 STS 和隔离变压器 B1 在可靠性上同 UPS 都是串联关系，如图 11 所示。由于两台 UPS 在 STS 的输出端在功能上对双电源负载是并联关系，就认为二者是并联关系，由此得出系统可靠性： （6） 不可靠性或故障率就
13、是 0.00155，即万分之十五。从前面的式（2）可以看出，两台UPS 直接并联时的供电系统可靠性是万分之一，像图 10（a）增加了 6 个设备以后，造价成倍地增加了，而可靠性则成十倍地降低了。根据上面的计算，故障率是前者的 15 倍。 2)双输入交流电时两种供电方案 ATS 功能的比较有的人认为双机冗余并联时只用了一个 ATS，这是个单点故障点，或称为瓶颈；而双机双总线时则用了两个 ATS，由于有冗余关系，消除了瓶颈效应。双 UPS 冗余并联 ATS 的功能双交流输入可能是双市电，也可能是一路市电和一路燃油发电机组。在这里以双路市电输入为例。双机冗余并联时一般是利用 ATS 将双市电互投为一
14、路输出，如图 12（a）所示。比如原来以市电 1 为主电源，市电 2 为备用电源，此时 ATS 通常就接通市电 1 到 UPS组。当市电 1 故障时，ATS 就断开市电 1 而将市电 2 转接到 UPS 组上。一旦 ATS 故障，就无法实现转接功能而使后面的所有 UPS 失去输入电压。这就是所谓的瓶颈效应，也有的称为单点故障。当然，为了防止上述现象发生，一般都采取了补救措施，比如有的厂家在 ATS 切换无法进行时就采用摇臂以手动的方式进行转换；也有的厂家有可选择的旁路开关，在 ATS 故障时用人工的方法把旁路开关合上去。但在先不考虑这些措施的前提下就认为是瓶颈。双机双总线时 ATS 的功能是不
15、是图 12（b）的双 ATS 的连接法就消除了这种隐患呢。首先讨论一下它的工作原理。在正常情况下，一般都是这样设置的：ATS1 将市电 1 接通到 UPS1，ATS2 将市电 2 接通到 UPS2。比如由于某种原因导致市电 1 断电，ATS1 就自动切换到市电 2，以使 UPS1 能够不间断地得到输入电压；但由于某种故障原因使得 ATS1 在市电 1 断电时而无法实现切换，即市电 2 因 ATS1 无法切换而使 UPS1 得不到市电 2 的支持，仍然会处于无输入电压状态，只好待电池放电终结后而关机，但由于 STS1 的存在，UPS2 的输出电压会及时地经 STS1 切换到 UPS1 后面的负载
16、上去，如图 13 所示。由于此时 UPS2 的输入电压尚在正常供电，所以可使 UPS1 和 UPS2 的负载仍然不间断地工作下去。双总线的优点只有在这里才得到了体现。不过，现在已处于无冗余供电状态，维修时间已成关键，为了改善这种状况，最好双总线的每一路增加冗余，比如都变成1+1，不过这时的设备量又成倍增加了。另一方面，在双总线的情况下，双电源负载的两个输入电压是从两路引来的同相电压，即都是 A 相或都是 B 相、或 C 相，这又埋下一个隐患：当一路故障时（如上例中的市电 1 故障时的情况），最后经 STS2 将 UPS2 的输出电压切换到 UPS1 的负载上，可以看出，此时双电源负载的两路输入电压是同一相，如果这时对应这一相的开关故障（接触不良或断开）该双电源负载就会因全部断电而停机。原来的目的是即使一个 UPS 后面的单电源负载全部断电时，该双电源负载也不至于断电，而此时的目的就达不到了。2.4 采用双总线比较适当的场合1）采用双总线的场合双总线作为冗余并联的的补充措施在一定的场合下就可显示出它的优越性。这种场合就是容量与可靠性出现矛盾时。比如一个信息机房的
