2.2.4 UPS冗余技术的高可用性

UPS系统硬件的可靠性和可冗余性是整个供电系统可用性的基础，UPS管理软件、智能附件提供的可管理性是提高用户系统可用性的重要手段，而完善的技术支持与系统规划是UPS供电系统可用性的最终保障。

对于传统结构的UPS，虽然改善电路设计、生产工艺及元器件选择可以在一定程度上提高UPS整机的可靠性，但目前在此方面的研究、实践表明，UPS硬件可靠性的提高潜力已挖掘殆尽，需要开发新的研究思路，即在UPS系统本身可冗余性方面开展工作。

以APC公司在我国市场上推出的两款可冗余的大、中功率UPS产品 [Symmetra（4～16kVA）系列和Silcon（10～480kVA）系列]为例，剖析其UPS系统的冗余技术。

1.Symmetra（4～16kVA）UPS系列电源阵列

APC公司的Symmetra（4～16kVA）UPS系列采用了单机内部的功率模块并联和热插拔结构，有效地提高了UPS单机系统的冗余性，使得负载在单台UPS供电的情况下也具有99.999%的可用性。对用户来讲，可以花比一台UPS略贵的价钱获得原来两台UPS才能提供的可用性。Symmetra是一种性价比更高、更可靠的UPS。APC公司称该种新型的UPS冗余结构为电源阵列。APC公司Symmetra（4～16kVA）UPS系列的电源阵列结构实现了在单机内部交流功率模块的并联，而且各模块是可热插拔的，大大提高了UPS系统的可用性。其中，功率模块1～5为5个4kVA的可热插拔的UPS模块（包括独立的整流充电器、逆变器功率部分），6～7为2个冗余并联的蓄电池模块，8～9是互为备份的整个UPS的整流、蓄电池管理、逆变、旁路转换的控制部分。正常使用时，该电源阵列可冗余的最大负荷为16kVA。5个功率模块并联起来一起给负载供电，互相之间均分负载，若功率模块1～5中有一个模块发生故障，则控制模块1～2检测到这个情况，立即命令故障功率模块停止工作，负载由剩下4个功率模块供给，同时报警通知用户更换功率模块。

由于Symmetra电源阵列所有模块（功率、控制、蓄电池）均设计为热插拔方式，根本不需要现场停机维修，只需要在线热插拔更换模块即可，维修时间很短，可快速恢复整个供电系统的冗余性，从而提高了系统的可用性。

Symmetra除了这种可热插拔的功率模块冗余并联的结构特点之外，在管理和报警方式上也有多种选择。Symmetra机架上有RS232串口可与计算机或服务器串口相连，有专用插槽用以接入Call-UPS及SNMP-AdapterAPC专用附件连接电话线及Web/SNMP网线。因此，Symmetra可以用5种方式将故障及早地通知用户。这5种方式是：①通过人机显示控制板向用户提供声光信号报警；②计算机单机屏幕弹出式窗口报警；③通过电话经寻呼机或手机报警；④通过企业内的局域网或广域网向多个用户发信息或E-mail报警；⑤通过Inter-net向多个用户发E-mail报警。

Symmeta还设计有早期预警系统，即在控制模块内设置有早期自检报警程序，用以定期自检以便在故障发生前发现故障迹象，提前以同样5种方式提醒用户提早做好防范措施。也就是说Symmetra电源陈列还具有非常良好的可管理性，对提高用户应用的可用性来讲很有帮助。

2.Silcon（10～480kVA）系列Delta逆变技术

APCSilcon（10～480kVA）系列UPS是在传统双变换在线式技术基础之上发展起来的新一代UPS拓扑结构，串并联调整在线式技术（Delta逆变技术）按照最新UPS的结构方式分类，不再有后备或在线的概念，传统的双变换在线式结构 UPS可称为串联式 UPS，而APCSilcon系列这种Delta结构的UPS可称为串并联式UPS。

该UPS具有两个变换器，即Delta变换器和主变换器，分别调整UPS输出电压和输入电流的波形，既保证了输出纯净、稳定、标准的正弦波给负载，同时也保证了UPS从电网输入的电流波形为与输入电压同相位的正弦波，UPS本身对电网干扰非常小，另外由于负载是由主回路和主逆变器并联一起供电的，所以该种UPS的带负载能力强大，具有真实电网一样的带负载能力，任何负载都可以接受。

在串并联结构UPS的工作过程中可以发现，UPS本身并没有对电网的频率进行任何调整，UPS输出频率在正常情况下等于输入频率（正常情况是指UPS的输入频率大小在设定的负载能够接受的频率窗口范围内，同时UPS的输入频率波动速度在允许的设定参数范围内）。也就是说，在正常情况下，每台Silcon系列UPS输出交流电的频率、相位都与输入交流电的频率、相位完全一致，两台或多台Silcon系列UPS在并联的时候只需要考虑输出的电压和电流的平衡，相比传统的双变换UPS来讲要更容易。

从并机实现的方面来讲，每台Silcon系列UPS内部有一块并机电路板，通过两条并机通信线与另外的并联UPS环形连接在一起，一条通信线出了故障并不会影响到整个并机系统的工作。4台和4台以下的Silcon系列UPS并联时不需要静态旁路柜，可直接并联，5台及以上的Silcon系列 UPS并联时需要公用的静态旁路柜。当一台 UPS出现故障时，故障UPS自动退出，由剩下的UPS承担并平分负载；当负载超过UPS并机系统的总供电能力时，整个系统会全部转向旁路，直到负载恢复到能允许的范围。

APCSilcon系列UPS由于采用了最先进的新一代串并联调整在线式结构，可允许最多9台并联运行，总供电功率可达4320kVA，而不需要任何复杂的调试，由UPS内部微机控制并联运行的功能和均流。同时Silcon系列UPS的并联还得到了完美的均流效果，均流精度小于1%，这是其他产品所不及的。