信息網絡時代的UPS供電系統??

摘要：衡量互聯網系統配置和設計水平高低的重要標志之一是：看它的UPS冗余供電系統是否同時具有高“可靠性”，高“可利用率”，高抗人為或自然災害的能力及易“可管理性”。

關鍵詞：網絡；不間斷電源；可靠性

UPS System in Network Era

LI Cheng-zhang

Abstract:Relative superiority or inferiority of the configuration and installations as well as the design levels for an internet system closely depends on a high reliability,high availability,highcapability of resisting"an artificial or natural disaster"and easy manageability of the redundant UPS system.

Keywords:Network; UPS; Reliability?

1?? 互聯網的發展態勢

??? 市場需求和技術進步是推動UPS技術發展的兩大動力，朱钅容基***在2000年的國情獻詞中指出“從新世紀開始，我們將進入一個全面建設小康社會，并加快推進社會主義現代化的新的發展階段。國民經濟將保持快速健康的發展，經濟結構將進行戰略性的轉移，在推進國家工業化的同時，加快國民經濟和社會的信息化，以信息化帶動工業化，全面優化產業結構?！痹诖嘶A上，以電子商務為發展動力的“互聯網經濟”得以迅猛地發展。在當今的社會和經濟活動中，如果哪家企業或機構長期游離于“互聯網經濟”之外，必將遲早被社會所淘汰。近半年來，為互聯網接入服務(ISP)，互聯網綜合信息應用服務(ASP)和無線上網(WAP)等提供互聯網增值服務的互聯網數據中心(IDC),網絡數據交換中心(ISX)如雨后春筍般地在世界各地迅速崛起。眾所周知：將計算機網絡和電信網絡有機地集合在一起的第3代互聯網技術，必將歷史性地承擔起向國民經濟的各個重要領域提供365d×24h的高可靠的，高安全度的和高效的信息資源(數據，語音和圖象)服務的重任。

??? 為了向各網站和廣大終端用戶提供快速和高速的互聯網服務，在客觀上，要求這些“互聯網數據中心”必須提供盡可能大的“數據吞吐量”，以滿足迅速擴大的網民對信息資源共享和共聯的需求；要求它必須具有足夠寬的“帶寬傳輸特性”，以便向終端用戶提供高速和高效的互聯網信息增值服務(注：由于高速光纖傳輸骨干網的建立，當今網絡的傳輸速率已從幾年前的幾Mbps提高到幾十Gbps，這就意味著：網絡的傳輸速率得以幾百倍，甚至成千倍的提高。由此給世界經濟發展所帶來的實惠，真是不言自喻了)。為此,要求“網絡數據交換中心”在執行數據的處理、存儲和傳輸過程中，其“誤碼率”應該盡可能地低，以便向用戶提供連續和準確無誤的信息資源。為達此目的，當今互聯網發展的新趨勢之一是：將原來分散于各企業中的小型局域網中的成千臺相關的服務器，集中在“互聯網數據中心”/“互聯網交換中心”中，以便在各網站之間執行“一步到位(one-hop)"式的數據交換操作；它通過整機租用服務器,托管服務,專線輸入和網管服務等方式向網站和企業出租帶寬和提供計算資源/信息資源服務，從而將專業化的網絡管理水平和互聯網的整體運行效率提高到一個嶄新的發展水準上。

2?? 信息網絡用UPS的三大特點

??? 大量的運行實踐表明：UPS供電系統所提供的逆變器電源質量的高低，是影響互聯網能否向它的最終用戶提供高速、可靠和安全的365d×24h的“全天候”的互聯網增值服務的關鍵因素之一。當今判斷一套UPS供電系統的質量高低的標準應該是：

??? 1)高可靠性?? 要求UPS本身具有100％的可靠性。這是因為：如果向互聯網供電的UPS的可靠性為99％時，就會造成互聯網每年停機87.6h；當UPS的可靠性為99.9％時，就會造成互聯網每年停機8.76h，即使UPS的可靠性高達99.999％,它也可能造成互聯網每年停機5.26min。由此可見：互聯網對UPS供電系統可靠性的要求是何等之高。按照當今的UPS制備技術水平，唯一能完善地解決這個問題的辦法是采用雙總線輸入＋UPS冗余直接并機供電系統＋雙總線輸出＋“負載自動切換”開關的供電體制才有可能達到此目標。這是因為這是一種具有高度“容錯”功能的冗余供電系統，只要設計妥當，就可以消除可能出現在互聯網供電系統中的“單點瓶頸”型故障隱患。

??? 2)高可利用率?? 在這里所說的“高可利用率”是指UPS供電系統應該為互聯網設備提供能充分發揮其技術潛力的電源運行環境，也就是說UPS供電系統不應該是只能保證向互聯網設備提供100％的不中斷供電的能源提供系統，它更應該是能確?！盎ヂ摼W設備”不會因為UPS的供電質量不高而處于“降額使用”狀態的、“凈化型”的高質量供電系統(例如：100Mbps的服務器的實際運行速率僅為幾十kbps或幾kbps就屬于互聯網設備被“降額”使用的狀態)。大量的運行實踐表明：迫使互聯網設備進入“降額使用”狀態的重要原因是“誤碼率”偏高?！罢`碼率”偏高會導致互聯網的運行速度大大下降,造成互聯網“誤碼率”高的重要原因之一是：來自互聯網供電系統的各種“干擾”。有的用戶曾做過如下實驗：當采用雙隔離變壓器輸出(交流旁路通道＋逆變器輸出通道)的UPS向局域網供電時，其數據傳輸率為20個數據包/s；當改用零線對地線電位偏高的某型號UPS向同一局域網供電時，其數據傳輸率僅為8個數據包/s(這就意味著：造成局域網系統的實際“可利用率”幾乎下降60％左右)；造成此類“麻煩”的原因是在后一種UPS的供電系統中出現了“調制干擾”。由此可見：不同類型的UPS供電系統只能為互聯網提供不同級別的“抗干擾”保護，它們為互聯網可能提供的“可利用率”水準也會相差很大。這樣一來，擺在UPS用戶及UPS應用設計人員面前的重要任務之一是應該高度重視各種“電源干擾”對互聯網的高效運行所可能帶來的“潛在威脅”，尋求一種可向互聯網設備提供純凈,穩定電源的UPS供電系統。

??? 3)抗干擾能力?? UPS供電系統應具有較強的抗“人為或自然災害”的能力，以防在出現“突發性”事故時，造成互聯網運行的癱瘓。

??? 例如：如果出現像科索沃戰爭期間，西方國家使用“石墨炸彈”來破壞南斯拉夫的供電體系等這類“人為事故”時，UPS供電系統是否具有不會出現“瞬間停止”供電/長時間停電事故的高“保安度”的系統設計方案和配置則是十分重要的。

??? 考慮到互聯網數據中心必須要具備365d×24h的連續運行能力(要求網絡的連通率至少要達到99.99％以上)以及配置有功能強大的網管中心的現實。一般說來，它不需要、也不允許將過去UPS廠家為“非連續工作”的小型局域網所開發的電源管理軟件被原封不動地裝載在一臺單獨的PC監視平臺上，為此，要求UPS廠家應提供必要的SNMP網絡接口(例如：MIB－RFC1628MIB)或一組繼電器干接頭接口，以便將所有的UPS監控信號納入數據中心統一的網管系統中。利用這樣的網管系統，可完成如下監控功能：

??? ——實時監測服務器之間的網絡連接狀況及故障報警；

??? ——對應用程序的運行情況執行監測服務；

??? ——提供準確、詳實的“數據流量”監控和分析報告；

??? ——當互聯網的供電系統及網絡的連接系統發生故障時，發出緊急報警，以便盡快排除故障。

??? 基于上述情況，原來在小型的、“非關鍵用戶”的UPS供電系統中所用的“電源管理軟件”的某些電源管理功能將失去其應用價值，例如：

??? ——因市電長期停電而致使電池長時間放電時，所用的"可編程定時"自動存盤和自動關閉操作系統的操作；

??? ——UPS的定時開機/定時關機功能。

3?? 現代UPS的類型

??? 近年來，在UPS的生產過程中，以微處理器為核心的數字信號處理(DSP)技術，高速網絡通信及高可靠性的CAN網控技術等為代表的軟件可編程技術已被大量地采用。以高頻脈寬調制技術，內置具有“完善的自動保護功能”的大容量IGBT管，UPS的關鍵功率驅動模塊的高效冷卻技術，可大幅度地降低功率驅動模塊的“開關瞬態功耗”的驅動電路技術，輸入功率因數自動校正技術，智能化“故障自診斷”檢測技術,智能化的電池的“充放電”管理及電池性能預測技術，遠程網管監控技術，圖形化輸出的“人－機”對話型菜單操作的大屏幕液晶顯示技術，及各種抗“干擾”抑制等新技術的不斷開發和改進，使得當今的UPS，無論是在智能化的管理方面，產品可靠性的提高方面，還是優良的可維護性方面都獲得了前所未有的進步?，F在的UPS產業已具備向用戶提供從后備式UPS，在線互動式UPS，Delta變換型UPS等非在線式UPS到各種雙變換式的真在線式UPS〔包括無輸出隔離變壓器的“高頻”在線式UPS，帶逆變器輸出隔離變壓器的在線式UPS，帶雙原邊繞組(交流旁路和逆變器輸出)輸出隔離變壓器的在線式UPS〕的能力。UPS單機的輸出功率從幾百VA的小型單相UPS到三進/三出型的1000kVA數量級的大型在線式UPS。相關的統計資料顯示:小型UPS的平均無故障工作時間(MTBF)為幾萬h，大型UPS的MTBF為20～40萬h.對于由大型UPS所組成的“1＋1”型的冗余直接并機UPS供電系統而言，其MTBF值高達200萬h左右。由此可見：不同的用戶可以根據自己的經濟實力和所需要保護的信息產品及工業自動化控制設備的重要性來挑選自己所需的UPS產品。有一點需要特別說明的是：從應用技術的角度看，盡管所有上述的UPS都能完成“不間斷”地向用戶的負載提供電源供應的任務，然而，只有帶雙輸出隔離變壓器的雙變換型在線式UPS才有可能向用戶的負載提供純潔、穩壓、無頻率突變/穩頻、無“干擾”存在的和波形失真度極小的“全天候”的高質量正弦波電源。

4?? 結語

??? 從提高互聯網運行效率的角度來看，還需要特別注意如何正確地設計UPS供電系統的接地系統，以便為互聯網能盡可能地達到100％的“高可利用率”創造優良的電源供電環境。對于一套設計周到，選型適當的雙總線輸入和雙總線輸出型的UPS冗余供電系統而言，它可以向用戶的關鍵設備提供具有如下優異特性的供電系統：

??? 1）提供365d×24h的高“可靠性”電源，以確保用戶的關鍵設備能不間斷地獲得高質量的供電；

??? 2）具有高“容錯”功能的冗余供電體系，它能消除任何可能導致出現“單點瓶頸”型的故障隱患；

??? 3）在確保用戶的負載由UPS連續供電的條件下，具有對UPS冗余供電系統中的某臺UPS執行“完全停電”的定期維修/故障檢修的能力；

??? 4）這種冗余供電系統，即使在遇到下例“突發性故障”時，負責向用戶的關鍵負載供電的UPS系統既不會進入由“市電交流旁路”供電的狀態，也不會進入“瞬間”供電中斷/停電的狀態：

??? ——某臺UPS單機出故障時；

??? ——于冗余并機系統中的某臺UPS因“出故障”需要進行緊急檢修或需要執行定期的預防性維修時；

??? ——配電柜中的開關因故“跳閘”或因接觸不良“打火”時；

??? ——當市電輸入端出現短路故障/高能“瞬態切換"干擾時。

??? 5）確?；ヂ摼W系統在數據的處理、存儲和傳輸過程中獲得盡可能低的誤碼率和低的數據丟包率，從而為互聯網的安全、可靠和高速的運行創造優異的供電條件。