详解UPS不间断电源设计配置中的N系统

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  • 摘要:本文分析了UPS不间断电源的“N系统”设计方法。

  什么是“N”?

  说明:在UPS不间断电源设计配置的计算过程中,通常采用字母“N ”来指代UPS不间断电源设计配置 。例如 ,并联冗余系统也称作N+1设计,而双系统设计可以用2N来表示。“N”可以简单地定义为关键负载的“need(需求)”。换而言之,即满足所保护设备供电量的电源容量 。我们可以用RAID(独立磁盘冗余阵列)系统等IT设备来解释“N ”的用途。例如 ,如果存储容量需要4个磁盘,且RAID系统正好包含4个磁盘,则称这是一个“N”设计。反之 ,如果RAID系统有5个磁盘,而存储容量只需要4个磁盘,则为“N+1”设计 。

  一直以来 ,在规划关键负载电源时,必须充分考虑以后的发展,以使UPS系统可以为负载提供10或15年的支持。事实证明 ,按照这一原则进行规划是很困难的。20世纪90年代 ,为便于提供讨论框架并比较各种设施,曾提出了“瓦特/单位面积 ”的概念 。但由于人们对“单位面积”的含义无法达成共识,这种电源度量指标造成了很多误解。近来 ,伴随着技术精简的大趋势,人们逐渐采用“瓦特/机架”的概念来表示系统容量。事实证明,由于单位空间内的机架数量很容易统计 ,因此这种度量方式的准确性更高 。无论如何选择负载“N ”,有一点很重要,那就是应当从一开始便选择好配置方案 ,使设计过程沿着正确的方向进行 。

  简而言之,N系统指由单个UPS不间断电源模块或容量与关键负载规划容量相等的一组并联UPS不间断电源模块构成的系统。迄今为止,这种类型的系统是UPS不间断电源行业中使用最为广泛的配置。办公桌下的小型UPS不间断电源即属于N配置 。同样 ,对于规划设计容量为400kW,面积为500平方米(5000平方英尺的计算机房,如果采用单个400kW的或在公共总线上采用两个并联的200kWUPS ,那么也属于N配置。因此 ,可以将N配置视作为关键负载供电的最低要求。

                                       

  与小型UPS电源不同,超出单相容量(大约为20kW)的系统都设置有内部静态旁路开关,以便在UPS电源模块出现内部问题时 ,将负载安全地转换到市电 。UPS到静态旁路的转换点都经过制造商的仔细选取,以便为关键负载提供最妥善的保护,同时也保护UPS电源模块本身不会受到损害。下面举例说明了这些保护措施中的一种措施:在三相UPS不间断电源应用中 ,模块通常都具有额定过载能力指标。该指标的一种表述形式为“模块将承载125%的额定负载达10分钟” 。因此,一旦负载达到额定值的125%,模块将启动一个计时程序 ,其内部时钟将开始倒数10分钟。10分钟后,如果负载仍未恢复到正常水平,则模块会将负载安全地转换到静态旁路。启用旁路的情况还有很多种 ,UPS电源模块的规格说明中会对此进行详细阐述 。

  扩充N配置的一种方式是为系统提供“维护”或“外部 ”旁路。若采用外部旁路,那么在需要进行维护时,可以将整个UPS不间断电源系统(模块和静态旁路)安全的关闭。维护旁路与UPS电源共用一个配电盘 ,并且与UPS输出端直接相连 。当然 ,正常情况下这条电路处于断开状,仅当UPS电源模块转换到静态旁路时才合上 。在设计过程中,必须采取某些措施以防止当UPS电源未转换到静态旁路时 ,维护旁路电路接通,如果安装正确,维护旁路可确保UPS电源模块安全运行而无需担心负载停机 ,因而是系统中一个极为重要的组件。

  大多数“N ”系统配置,尤其是低于100kW的配置,都用于对整个电力系统配置无特殊要求的建筑环境中。建筑物的电力系统一般都采用“N”配置 ,因此,“N”UPS配置刚好可满足这种情况 。

  “N ”系统的缺点

  可用性有限,因为如果UPS模块出现故障 ,负载将转换到旁路供电,从而处于无保护电源下。

  在UPS、电池或下游设备维护期间,负载处于无保护电源下(通常 ,这种情况每年至少会发生一次 ,而且往往会持续2-4小时)。

  缺乏冗余,限制了在UPS电源发生故障时对负载的保护能力 。

  存在多个单故障点,这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。

           

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