信息網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的UPS供電系統

• 　　1   互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢
  　　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，朱钅容基總理在2000年的國情獻詞中指出“從新世紀開(kāi)始，我們將進(jìn)入一個(gè)全面建設小康社會(huì )，并加快推進(jìn)社會(huì )主義現代化的新的發(fā)展階段。國民經(jīng)濟將保持快速健康的發(fā)展，經(jīng)濟結構將進(jìn)行戰略性的轉移，在推進(jìn)國家工業(yè)化的同時(shí)，加快國民經(jīng)濟和社會(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)結構�！痹诖嘶�礎上，以電子商務(wù)為發(fā)展動(dòng)力的“互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟”得以迅猛地發(fā)展。在當今的社會(huì )和經(jīng)濟活動(dòng)中，如果哪家企業(yè)或機構長(cháng)期游離于“互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟”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)綜合信息應用服務(wù)(ASP)和無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)(WAP)等提供互聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)數據中心(IDC),網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )和電信網(wǎng)絡(luò )有機地集合在一起的第3代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必將歷史性地承擔起向國民經(jīng)濟的各個(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(數據，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(hù)提供快速和高速的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，在客觀(guān)上，要求這些“互聯(lián)網(wǎng)數據中心”必須提供盡可能大的“數據吞吐量”，以滿(mǎn)足迅速擴大的網(wǎng)民對信息資源共享和共聯(lián)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(hù)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(zhù)：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 )數據交換中心”在執行數據的處理、存儲和傳輸過(guò)程中，其“誤碼率”應該盡可能地低，以便向用戶(hù)提供連續和準確無(wú)誤的信息資源。為達此目的，當今互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新趨勢之一是：將原來(lái)分散于各企業(yè)中的小型局域網(wǎng)中的成千臺相關(guān)的服務(wù)器，集中在“互聯(lián)網(wǎng)數據中心”/“互聯(lián)網(wǎng)交換中心”中，以便在各網(wǎng)站之間執行“一步到位(one-hop)"式的數據交換操作；它通過(guò)整機租用服務(wù)器,托管服務(wù),專(zhuān)線(xiàn)輸入和網(wǎng)管服務(wù)等方式向網(wǎng)站和企業(yè)出租帶寬和提供計算資源/信息資源服務(wù)，從而將專(zhuān)業(yè)化的網(wǎng)絡(luò )管理水平和互聯(lián)網(wǎng)的整體運行效率提高到一個(gè)嶄新的發(fā)展水準上。
  　　2   信息網(wǎng)絡(luò )用UPS的三大特點(diǎn)
  　　大量的運行實(shí)踐表明：UPS供電系統所提供的逆變器電源質(zhì)量的高低，是影響互聯(lián)網(wǎng)能否向它的終用戶(hù)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。當今判斷一套UPS供電系統的質(zhì)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(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87.6h；當UPS的可靠性為99.9％時(shí)，就會(huì )造成互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)每年停機5.26min。由此可見(jiàn)：互聯(lián)網(wǎng)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(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(xiàn)輸入＋UPS冗余直接并機供電系統＋雙總線(xiàn)輸出＋“負載自動(dòng)切換”開(kāi)關(guān)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(lián)網(wǎng)供電系統中的“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供電系統應該為互聯(lián)網(wǎng)設備提供能充分發(fā)揮其技術(shù)潛力的電源運行環(huán)境，也就是說(shuō)UPS供電系統不應該是只能保證向互聯(lián)網(wǎng)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�(lián)網(wǎng)設備”不會(huì )因為UPS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(例如：100Mbps的服務(wù)器的實(shí)際運行速率僅為幾十kbps或幾kbps就屬于互聯(lián)網(wǎng)設備被“降額”使用的狀態(tài))。大量的運行實(shí)踐表明：迫使互聯(lián)網(wǎng)設備進(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 )導致互聯(lián)網(wǎng)的運行速度大大下降,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)供電系統的各種“干擾”。有的用戶(hù)曾做過(guò)如下實(shí)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(wǎng)供電時(shí)，其數據傳輸率為20個(gè)數據包/s；當改用零線(xiàn)對地線(xiàn)電位偏高的某型號UPS向同一局域網(wǎng)供電時(shí)，其數據傳輸率僅為8個(gè)數據包/s(這就意味著(zhù)：造成局域網(wǎng)系統的實(shí)際“可利用率”幾乎下降60％左右)；造成此類(lèi)“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(jiàn)：不同類(lèi)型的UPS供電系統只能為互聯(lián)網(wǎng)提供不同級別的“抗干擾”保護，它們?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)可能提供的“可利用率”水準也會(huì )相差很大。這樣一來(lái)，擺在UPS用戶(hù)及UPS應用設計人員面前的重要任務(wù)之一是應該高度重視各種“電源干擾”對互聯(lián)網(wǎng)的高效運行所可能帶來(lái)的“潛在威脅”，尋求一種可向互聯(lián)網(wǎng)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(fā)性”事故時(shí)，造成互聯(lián)網(wǎng)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(lái)破壞南斯拉夫的供電體系等這類(lèi)“人為事故”時(shí)，UPS供電系統是否具有不會(huì )出現“瞬間停止”供電/長(cháng)時(shí)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(lián)網(wǎng)數據中心必須要具備365d×24h的連續運行能力(要求網(wǎng)絡(luò )的連通率至少要達到99.99％以上)以及配置有功能強大的網(wǎng)管中心的現實(shí)。一般說(shuō)來(lái)，它不需要、也不允許將過(guò)去UPS廠(chǎng)家為“非連續工作”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)地裝載在一臺單獨的PC監視平臺上，為此，要求UPS廠(chǎng)家應提供必要的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監控信號納入數據中心統一的網(wǎng)管系統中。利用這樣的網(wǎng)管系統，可完成如下監控功能：
  　　——實(shí)時(shí)監測服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò )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(wù)；
  　　——提供準確、詳實(shí)的“數據流量”監控和分析報告；
  　　——當互聯(lián)網(wǎng)的供電系統及網(wǎng)絡(luò )的連接系統發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出緊急報警，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(hù)”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(jià)值，例如：
  　　——因市電長(cháng)期停電而致使電池長(cháng)時(shí)間放電時(shí)，所用的"可編程定時(shí)"自動(dòng)存盤(pán)和自動(dòng)關(guān)閉操作系統的操作；
  　　——UPS的定時(shí)開(kāi)機/定時(shí)關(guān)機功能。
  　　3   現代UPS的類(lèi)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字信號處理(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。以高頻脈寬調制技術(shù)，內置具有“完善的自動(dòng)保護功能”的大容量IGBT管，UPS的關(guān)鍵功率驅動(dòng)模塊的高效冷卻技術(shù)，可大幅度地降低功率驅動(dòng)模塊的“開(kāi)關(guān)瞬態(tài)功耗”的驅動(dòng)電路技術(shù)，輸入功率因數自動(dòng)校正技術(shù)，智能化“故障自診斷”檢測技術(shù),智能化的電池的“充放電”管理及電池性能預測技術(shù)，遠程網(wǎng)管監控技術(shù)，圖形化輸出的“人－機”對話(huà)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)良的可維護性方面都獲得了前所未有的進(jìn)步�，F在的UPS產(chǎn)業(yè)已具備向用戶(hù)提供從后備式UPS，在線(xiàn)互動(dòng)式UPS，Delta變換型UPS等非在線(xiàn)式UPS到各種雙變換式的真在線(xiàn)式UPS〔包括無(wú)輸出隔離變壓器的“高頻”在線(xiàn)式UPS，帶逆變器輸出隔離變壓器的在線(xiàn)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(xiàn)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(jìn)/三出型的1000kVA數量級的大型在線(xiàn)式UPS。相關(guān)的統計資料顯示: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(wàn)h左右。由此可見(jiàn)：不同的用戶(hù)可以根據自己的經(jīng)濟實(shí)力和所需要保護的信息產(chǎn)品及工業(yè)自動(dòng)化控制設備的重要性來(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(hù)的負載提供電源供應的任務(wù)，然而，只有帶雙輸出隔離變壓器的雙變換型在線(xiàn)式UPS才有可能向用戶(hù)的負載提供純潔、穩壓、無(wú)頻率突變/穩頻、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   結語(yǔ)
  　　從提高互聯(lián)網(wǎng)運行效率的角度來(lái)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(lián)網(wǎng)能盡可能地達到100％的“高可利用率”創(chuàng )造優(yōu)良的電源供電環(huán)境。對于一套設計周到，選型適當的雙總線(xiàn)輸入和雙總線(xiàn)輸出型的UPS冗余供電系統而言，它可以向用戶(hù)的關(guān)鍵設備提供具有如下優(yōu)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(hù)的關(guān)鍵設備能不間斷地獲得高質(zhì)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(diǎn)瓶頸”型的故障隱患；
  　　3）在確保用戶(hù)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(fā)性故障”時(shí)，負責向用戶(hù)的關(guān)鍵負載供電的UPS系統既不會(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UPS單機出故障時(shí)；
  　　——于冗余并機系統中的某臺UPS因“出故障”需要進(jìn)行緊急檢修或需要執行定期的預防性維修時(shí)；
  　　——配電柜中的開(kāi)關(guān)因故“跳閘”或因接觸不良“打火”時(shí)；
  　　——當市電輸入端出現短路故障/高能“瞬態(tài)切換"干擾時(shí)。
  　　5）確�；ヂ�(lián)網(wǎng)系統在數據的處理、存儲和傳輸過(guò)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(lián)網(wǎng)的安全、可靠和高速的運行創(chuàng )造優(yōu)異的供電條件。