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本文從UPS電源系統(tǒng)的可用性概念出發(fā)，對UPS內部的設計，UPS系統(tǒng)的配置以及相關配電結構進行分析，給出了UPS系統(tǒng)提升可用性的方法。
前言
UPS電源是工業(yè)領域用來對負載進行斷電保護的關鍵設備。對于斷電保護，針對不同的負載應用，又有兩種類型。一種是普通的電腦類設備，當斷電發(fā)生時，UPS電源需要為負載提供幾分鐘到十幾分鐘的后備供電時間。在這段后備時間之內，負載設備會進行數(shù)據(jù)存儲等動作以防數(shù)據(jù)丟失，之后負載就會關機。在UPS達到后備時間之后負載仍然會斷電，但這不會導致經濟損失。另外一種是在數(shù)據(jù)中心，以及工業(yè)應用之類的場合，對UPS的要求就是真正的不斷電，UPS系統(tǒng)必須提供整年每天24小時的連續(xù)供電。本文對可靠性與可用性的討論就是針對這種情況。
電源系統(tǒng)的可靠性通常可以使用MTBF（平均故障間隔時間，或者平均無故障工作時間，以小時表示）來表示，此外還有一個更加容易理解的指標AFR（年失效率）。AFR和MTBF成反比關系，也就是AFR=8760/MTBF。因此MTBF越長，則年失效率越低。
對于可維修的系統(tǒng)來說，還有一個可用性的指標，其定義是
A = MTBF / （MTBF + MTTR）
其中A是一個百分比指標，MTTR值得是平均故障修復時間。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以非常快速的恢復，那么系統(tǒng)的可用性指標就比較高。對于電網這類對象來說，使用可用性指標可以更加直觀的衡量其可靠程度。而對于在關鍵場合經常使用并聯(lián)冗余配置來說，可用性指標比可靠性指標更具有現(xiàn)實意義。
可靠性/可用性指標都是統(tǒng)計意義上的概念，一個電源系統(tǒng)的可靠性/可用性與構成系統(tǒng)的各個模塊的可靠性/可用性之間也存在統(tǒng)計意義上的關聯(lián)。
假設電源系統(tǒng)中存在兩個電源模塊，而這兩個模塊是并聯(lián)工作的，其中一個和另外一個是互相獨立的，見下面圖中所示
那么考察這兩個模塊組合起來的系統(tǒng)的可用性Asys與每個模塊各自的可用性A1與A2的關系就有
Asys = 1 – （1 – AFR1）×（1 – AFR2）
另外一種可能是系統(tǒng)中這兩個模塊是串聯(lián)的，見下面圖中所示
那么這兩個模塊組合起來的系統(tǒng)的可用性Asys與每個模塊各自的可靠性A1，A2的關系就有
Asys = A1×A2
由于可用性肯定是處于0～1之間的數(shù)值，因此兩個并聯(lián)模塊的總體可用性要高于各自的可用性，而兩個串聯(lián)模塊的可用性要低于各自的可用性。
UPS電源的可靠性
從單個UPS的設計來說，可以把整個產品按照模塊進行劃分，下面圖中是一個典型的UPS系統(tǒng)結構圖
從圖中可以看到，UPS各個模塊之間的依賴關系比較復雜，但是還是可以分出串并聯(lián)的關系如下
輔助電源與所有其他模塊都是串聯(lián)的，因此輔助電源的可用性直接限制了系統(tǒng)能夠達到的最高可用性等級；
控制模塊與除輔助電源之外的其他模塊也都是串聯(lián)的，因此控制模塊的可用性也會直接影響到系統(tǒng)總體可用性設計；
對于負載端來說，能夠直接相連的只有旁路模塊與逆變模塊，而這兩個模塊是并聯(lián)的；
PFC/整流模塊與電池升壓模塊是并聯(lián)的，之后再與逆變模塊串聯(lián)；
從能源提供者來講，這里旁路電源與市電電源是兩路獨立的電源，而電池能源是由市電經過充電模塊提供的。如果充電模塊故障的話電池就沒有能量存儲，實際上也無法實現(xiàn)正常的UPS功能，因此市電—充電模塊—電池也是串聯(lián)的。這樣可以畫出整個UPS系統(tǒng)的可用性串并聯(lián)路徑圖
從這一路徑關系里可以看到，總共存在3條并聯(lián)的路徑，而每一條路徑各自又是由數(shù)個模塊串聯(lián)起來的。正與前面分析的一樣，輔助電源與控制模塊的可用性是串聯(lián)在所有通路上的，因此如果這兩者設計有缺陷的話UPS的可用性是無法做的很高的。電池回路串聯(lián)有最多的模塊數(shù)量，也是可用性最低的一條路徑。
工商網監(jiān)
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