科华UPS电源YTG3380 工频80KVA技术随着大数据、云计算和5G技术的发展,对UPS供电系统的容量交付性和可靠性都有了更高的要求。受限于功率半导体器件和电路拓扑结构的限制,目前UPS单机容量已不能满足数据中心应用的容量需求,驱使UPS从传统的单机工作模式走向并机工作模式。
科华UPS电源YTG3380 工频80KVA技术业界针对UPS单机可靠性的提高已做了很多工作,经过数十年的研究,所得数据的可信性也越来越高。但对于目前普遍使用的多机并联UPS系统和多模块并联的模块化UPS系统,单机可靠性指标已不足以描述UPS供电系统的可靠性,建立包含输入输出配电系统的并联系统可靠性模型,并研究其与并机UPS数量的关系对于当前数据中心电源的设计与配置将很有参考与指导意义。
1 UPS供电架构的可靠性分析
图1是一个典型的UPS供电系统架构图。
科华UPS电源YTG3380 工频80KVA技术能量从电源方向依次流过UPS输入配电柜、UPS设备、UPS输出配电柜,该系统中任何一个单元故障均会影响整个系统的正常运行,即各子单元构成串联关系,假定各个单元是统计独立的,其数据可靠性模型如图2所示。对于给定的工作时间t,串联系统可靠度可计算为:
式中RS(t)表示串联系统中的总可靠度,Ri(t)标识第i子系统单元的可靠度。
科华UPS电源YTG3380 工频80KVA技术串联系统的特点是系统中每个子系统都是不可或缺的,任何一个子系统故障都会导致整个系统的不正常工作,可靠度随着子系统单元可靠度的减少及子系统数量的增加而降低。
显然RS(t)≤min(Ri(t)),如欲提高串联系统的可靠性,应减少子系统单元数量并应改善薄弱子系统单元的可靠度。
并联系统的特点是系统由n个子系统单元并联而成,在不考虑负载容量等限制的情况下,任何一个或几个子系统单元故障都不会影响系统的正常运行,只有当所有单元都发生故障才会导致整个系统发生故障。
显然RS(t)≥max(Ri(t)),即系统可靠度大于系统中可靠性子系统单元的可靠度,并机系统可靠性随着并机数量的增加和子系统单元可靠性的增加而增加。
实际上UPS并机系统出现的初衷是为了克服单台UPS容量不能满足负载容量要求而做出的增容方式,正常工作时系统中各台UPS均分负载,当其中一台UPS出现故障后系统中剩余正常UPS容量如不能支撑负载所需容量,并机系统将会从主路工作转旁路工作或关闭UPS,使整个系统处于不可靠状态,显然各台UPS之间存在极强的相关性,在统计上不能认为是相互独立的,不能简单的使用图3所示的并联系统的可靠性模型。
在《数据中心设计规范》GB50174中B级所规定的“N+1”配置方式在实际应用中经常被采用,这种配置方式中任何一台UPS故障均不会影响UPS并机系统运行,当两台及以上UPS出现运行故障时才会影响系统的运行。此时相当于多个“1+1”系统串联运行,该系统的可靠度为:
图4为根据上式做出的“N +1”配置方式中并机数量与可靠度的关系图。
图中纵坐标是系统可靠度(假设单机可靠度为0.9),横坐标是“N+1”UPS系统中“N”的数量。从图中可以看出在仅考虑容量相关性的条件下“1+1”配置方式可靠度接近于“1”,随着并机数量的增加可靠度出现递减趋势。
并联的UPS除了各台容量之间存在相关性之外,并机UPS之间的并机控制软件与各台UPS之间也存在很强的相关性。并机软件是指实现并机UPS控制管理的软件,主要完成输出同步、负载均分以及负载变化时的动态响应等工作。