信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的UPS供電系統(tǒng)??

摘要：衡量互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配置和設(shè)計(jì)水平高低的重要標(biāo)志之一是：看它的UPS冗余供電系統(tǒng)是否同時(shí)具有高“可靠性”，高“可利用率”，高抗人為或自然災(zāi)害的能力及易“可管理性”。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；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(lián)網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

??? 市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)UPS技術(shù)發(fā)展的兩大動(dòng)力，朱钅容基***在2000年的國(guó)情獻(xiàn)詞中指出“從新世紀(jì)開(kāi)始，我們將進(jìn)入一個(gè)全面建設(shè)小康社會(huì)，并加快推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化的新的發(fā)展階段。國(guó)民經(jīng)濟(jì)將保持快速健康的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)將進(jìn)行戰(zhàn)略性的轉(zhuǎn)移，在推進(jìn)國(guó)家工業(yè)化的同時(shí)，加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的信息化，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，全面優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。”在此基礎(chǔ)上，以電子商務(wù)為發(fā)展動(dòng)力的“互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)”得以迅猛地發(fā)展。在當(dāng)今的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，如果哪家企業(yè)或機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期游離于“互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)”之外，必將遲早被社會(huì)所淘汰。近半年來(lái)，為互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)(ISP)，互聯(lián)網(wǎng)綜合信息應(yīng)用服務(wù)(ASP)和無(wú)線上網(wǎng)(WAP)等提供互聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集合在一起的第3代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必將歷史性地承擔(dān)起向國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)重要領(lǐng)域提供365d×24h的高可靠的，高安全度的和高效的信息資源(數(shù)據(jù)，語(yǔ)音和圖象)服務(wù)的重任。

??? 為了向各網(wǎng)站和廣大終端用戶提供快速和高速的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，在客觀上，要求這些“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”必須提供盡可能大的“數(shù)據(jù)吞吐量”，以滿足迅速擴(kuò)大的網(wǎng)民對(duì)信息資源共享和共聯(lián)的需求；要求它必須具有足夠?qū)挼摹皫拏鬏斕匦浴保员阆蚪K端用戶提供高速和高效的互聯(lián)網(wǎng)信息增值服務(wù)(注：由于高速光纖傳輸骨干網(wǎng)的建立，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的傳輸速率得以幾百倍，甚至成千倍的提高。由此給世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來(lái)的實(shí)惠，真是不言自喻了)。為此,要求“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換中心”在執(zhí)行數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中，其“誤碼率”應(yīng)該盡可能地低，以便向用戶提供連續(xù)和準(zhǔn)確無(wú)誤的信息資源。為達(dá)此目的，當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)之一是：將原來(lái)分散于各企業(yè)中的小型局域網(wǎng)中的成千臺(tái)相關(guān)的服務(wù)器，集中在“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”/“互聯(lián)網(wǎng)交換中心”中，以便在各網(wǎng)站之間執(zhí)行“一步到位(one-hop)"式的數(shù)據(jù)交換操作；它通過(guò)整機(jī)租用服務(wù)器,托管服務(wù),專線輸入和網(wǎng)管服務(wù)等方式向網(wǎng)站和企業(yè)出租帶寬和提供計(jì)算資源/信息資源服務(wù)，從而將專業(yè)化的網(wǎng)絡(luò)管理水平和互聯(lián)網(wǎng)的整體運(yùn)行效率提高到一個(gè)嶄新的發(fā)展水準(zhǔn)上。

2?? 信息網(wǎng)絡(luò)用UPS的三大特點(diǎn)

??? 大量的運(yùn)行實(shí)踐表明：UPS供電系統(tǒng)所提供的逆變器電源質(zhì)量的高低，是影響互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)增值服務(wù)的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)今判斷一套UPS供電系統(tǒng)的質(zhì)量高低的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是：

??? 1)高可靠性?? 要求UPS本身具有100％的可靠性。這是因?yàn)椋喝绻蚧ヂ?lián)網(wǎng)供電的UPS的可靠性為99％時(shí)，就會(huì)造成互聯(lián)網(wǎng)每年停機(jī)87.6h；當(dāng)UPS的可靠性為99.9％時(shí)，就會(huì)造成互聯(lián)網(wǎng)每年停機(jī)8.76h，即使UPS的可靠性高達(dá)99.999％,它也可能造成互聯(lián)網(wǎng)每年停機(jī)5.26min。由此可見(jiàn)：互聯(lián)網(wǎng)對(duì)UPS供電系統(tǒng)可靠性的要求是何等之高。按照當(dāng)今的UPS制備技術(shù)水平，唯一能完善地解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用雙總線輸入＋UPS冗余直接并機(jī)供電系統(tǒng)＋雙總線輸出＋“負(fù)載自動(dòng)切換”開(kāi)關(guān)的供電體制才有可能達(dá)到此目標(biāo)。這是因?yàn)檫@是一種具有高度“容錯(cuò)”功能的冗余供電系統(tǒng)，只要設(shè)計(jì)妥當(dāng)，就可以消除可能出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)供電系統(tǒng)中的“單點(diǎn)瓶頸”型故障隱患。

??? 2)高可利用率?? 在這里所說(shuō)的“高可利用率”是指UPS供電系統(tǒng)應(yīng)該為互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供能充分發(fā)揮其技術(shù)潛力的電源運(yùn)行環(huán)境，也就是說(shuō)UPS供電系統(tǒng)不應(yīng)該是只能保證向互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供100％的不中斷供電的能源提供系統(tǒng)，它更應(yīng)該是能確?！盎ヂ?lián)網(wǎng)設(shè)備”不會(huì)因?yàn)閁PS的供電質(zhì)量不高而處于“降額使用”狀態(tài)的、“凈化型”的高質(zhì)量供電系統(tǒng)(例如：100Mbps的服務(wù)器的實(shí)際運(yùn)行速率僅為幾十kbps或幾kbps就屬于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被“降額”使用的狀態(tài))。大量的運(yùn)行實(shí)踐表明：迫使互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入“降額使用”狀態(tài)的重要原因是“誤碼率”偏高?！罢`碼率”偏高會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行速度大大下降,造成互聯(lián)網(wǎng)“誤碼率”高的重要原因之一是：來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)供電系統(tǒng)的各種“干擾”。有的用戶曾做過(guò)如下實(shí)驗(yàn)：當(dāng)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(wǎng)供電時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸率為20個(gè)數(shù)據(jù)包/s；當(dāng)改用零線對(duì)地線電位偏高的某型號(hào)UPS向同一局域網(wǎng)供電時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸率僅為8個(gè)數(shù)據(jù)包/s(這就意味著：造成局域網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)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(tǒng)中出現(xiàn)了“調(diào)制干擾”。由此可見(jiàn)：不同類型的UPS供電系統(tǒng)只能為互聯(lián)網(wǎng)提供不同級(jí)別的“抗干擾”保護(hù)，它們?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)可能提供的“可利用率”水準(zhǔn)也會(huì)相差很大。這樣一來(lái)，擺在UPS用戶及UPS應(yīng)用設(shè)計(jì)人員面前的重要任務(wù)之一是應(yīng)該高度重視各種“電源干擾”對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行所可能帶來(lái)的“潛在威脅”，尋求一種可向互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供純凈,穩(wěn)定電源的UPS供電系統(tǒng)。

??? 3)抗干擾能力?? UPS供電系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗“人為或自然災(zāi)害”的能力，以防在出現(xiàn)“突發(fā)性”事故時(shí)，造成互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的癱瘓。

??? 例如：如果出現(xiàn)像科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)期間，西方國(guó)家使用“石墨炸彈”來(lái)破壞南斯拉夫的供電體系等這類“人為事故”時(shí)，UPS供電系統(tǒng)是否具有不會(huì)出現(xiàn)“瞬間停止”供電/長(zhǎng)時(shí)間停電事故的高“保安度”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和配置則是十分重要的。

??? 考慮到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心必須要具備365d×24h的連續(xù)運(yùn)行能力(要求網(wǎng)絡(luò)的連通率至少要達(dá)到99.99％以上)以及配置有功能強(qiáng)大的網(wǎng)管中心的現(xiàn)實(shí)。一般說(shuō)來(lái)，它不需要、也不允許將過(guò)去UPS廠家為“非連續(xù)工作”的小型局域網(wǎng)所開(kāi)發(fā)的電源管理軟件被原封不動(dòng)地裝載在一臺(tái)單獨(dú)的PC監(jiān)視平臺(tái)上，為此，要求UPS廠家應(yīng)提供必要的SNMP網(wǎng)絡(luò)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(jiān)控信號(hào)納入數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)中。利用這樣的網(wǎng)管系統(tǒng)，可完成如下監(jiān)控功能：

??? ——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀況及故障報(bào)警；

??? ——對(duì)應(yīng)用程序的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)測(cè)服務(wù)；

??? ——提供準(zhǔn)確、詳實(shí)的“數(shù)據(jù)流量”監(jiān)控和分析報(bào)告；

??? ——當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)的供電系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的連接系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出緊急報(bào)警，以便盡快排除故障。

??? 基于上述情況，原來(lái)在小型的、“非關(guān)鍵用戶”的UPS供電系統(tǒng)中所用的“電源管理軟件”的某些電源管理功能將失去其應(yīng)用價(jià)值，例如：

??? ——因市電長(zhǎng)期停電而致使電池長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí)，所用的"可編程定時(shí)"自動(dòng)存盤和自動(dòng)關(guān)閉操作系統(tǒng)的操作；

??? ——UPS的定時(shí)開(kāi)機(jī)/定時(shí)關(guān)機(jī)功能。

3?? 現(xiàn)代UPS的類型

??? 近年來(lái)，在UPS的生產(chǎn)過(guò)程中，以微處理器為核心的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)，高速網(wǎng)絡(luò)通信及高可靠性的CAN網(wǎng)控技術(shù)等為代表的軟件可編程技術(shù)已被大量地采用。以高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，內(nèi)置具有“完善的自動(dòng)保護(hù)功能”的大容量IGBT管，UPS的關(guān)鍵功率驅(qū)動(dòng)模塊的高效冷卻技術(shù)，可大幅度地降低功率驅(qū)動(dòng)模塊的“開(kāi)關(guān)瞬態(tài)功耗”的驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)，輸入功率因數(shù)自動(dòng)校正技術(shù)，智能化“故障自診斷”檢測(cè)技術(shù),智能化的電池的“充放電”管理及電池性能預(yù)測(cè)技術(shù)，遠(yuǎn)程網(wǎng)管監(jiān)控技術(shù)，圖形化輸出的“人－機(jī)”對(duì)話型菜單操作的大屏幕液晶顯示技術(shù)，及各種抗“干擾”抑制等新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，使得當(dāng)今的UPS，無(wú)論是在智能化的管理方面，產(chǎn)品可靠性的提高方面，還是優(yōu)良的可維護(hù)性方面都獲得了前所未有的進(jìn)步?，F(xiàn)在的UPS產(chǎn)業(yè)已具備向用戶提供從后備式UPS，在線互動(dòng)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(wú)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(jī)的輸出功率從幾百VA的小型單相UPS到三進(jìn)/三出型的1000kVA數(shù)量級(jí)的大型在線式UPS。相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料顯示:小型UPS的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)為幾萬(wàn)h，大型UPS的MTBF為20～40萬(wàn)h.對(duì)于由大型UPS所組成的“1＋1”型的冗余直接并機(jī)UPS供電系統(tǒng)而言，其MTBF值高達(dá)200萬(wàn)h左右。由此可見(jiàn)：不同的用戶可以根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和所需要保護(hù)的信息產(chǎn)品及工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備的重要性來(lái)挑選自己所需的UPS產(chǎn)品。有一點(diǎn)需要特別說(shuō)明的是：從應(yīng)用技術(shù)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(fù)載提供電源供應(yīng)的任務(wù)，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(fù)載提供純潔、穩(wěn)壓、無(wú)頻率突變/穩(wěn)頻、無(wú)“干擾”存在的和波形失真度極小的“全天候”的高質(zhì)量正弦波電源。

4?? 結(jié)語(yǔ)

??? 從提高互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行效率的角度來(lái)看，還需要特別注意如何正確地設(shè)計(jì)UPS供電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)，以便為互聯(lián)網(wǎng)能盡可能地達(dá)到100％的“高可利用率”創(chuàng)造優(yōu)良的電源供電環(huán)境。對(duì)于一套設(shè)計(jì)周到，選型適當(dāng)?shù)碾p總線輸入和雙總線輸出型的UPS冗余供電系統(tǒng)而言，它可以向用戶的關(guān)鍵設(shè)備提供具有如下優(yōu)異特性的供電系統(tǒng)：

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

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

??? 3）在確保用戶的負(fù)載由UPS連續(xù)供電的條件下，具有對(duì)UPS冗余供電系統(tǒng)中的某臺(tái)UPS執(zhí)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(tǒng)，即使在遇到下例“突發(fā)性故障”時(shí)，負(fù)責(zé)向用戶的關(guān)鍵負(fù)載供電的UPS系統(tǒng)既不會(huì)進(jìn)入由“市電交流旁路”供電的狀態(tài)，也不會(huì)進(jìn)入“瞬間”供電中斷/停電的狀態(tài)：

??? ——某臺(tái)UPS單機(jī)出故障時(shí)；

??? ——于冗余并機(jī)系統(tǒng)中的某臺(tái)UPS因“出故障”需要進(jìn)行緊急檢修或需要執(zhí)行定期的預(yù)防性維修時(shí)；

??? ——配電柜中的開(kāi)關(guān)因故“跳閘”或因接觸不良“打火”時(shí)；

??? ——當(dāng)市電輸入端出現(xiàn)短路故障/高能“瞬態(tài)切換"干擾時(shí)。

??? 5）確?；ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中獲得盡可能低的誤碼率和低的數(shù)據(jù)丟包率，從而為互聯(lián)網(wǎng)的安全、可靠和高速的運(yùn)行創(chuàng)造優(yōu)異的供電條件。