某公司的IDC機(jī)房用的UPS供電系統(tǒng)是由兩套800kVA的"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)為核心所組成的超大型UPS供電系統(tǒng)。正常工作時(shí)，它的冗余式供電能力為3800kVA，其供電能力高達(dá)6000kVA。該UPS供電系統(tǒng)主要由如下兩部份組成：（1）2套800kVA"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)；（2）1套600kVA"1＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)。
　　
　　為該機(jī)房提供的UPS供電系統(tǒng)，采用的是由兩套"N＋1"UPS冗余并機(jī)所組成的具有雙總線輸入，雙總線輸出調(diào)控特性的供電設(shè)計(jì)方案，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)為：它具有連續(xù)提供365天×24小時(shí)的純凈UPS逆變器電源的供電能力。這是由于它采用了如下的設(shè)計(jì)周全的、端到端的一體化供電系統(tǒng)的配置方案。
　　
　　1）選用技術(shù)、穩(wěn)定可靠的UPS(帶輸出隔離變壓器的80～800kVA的雙變換、在線式UPS)；
　　
　　2）在"N＋1"型冗余并機(jī)系統(tǒng)中，選用智能化的矢量并機(jī)調(diào)控技術(shù)及閉環(huán)式冗余并機(jī)通信技術(shù)，從而大大提高UPS供電系統(tǒng)的容錯(cuò)功能和供電質(zhì)量。在運(yùn)行中，即使遇到某臺(tái)UPS出故障時(shí)，UPS能通過(guò)執(zhí)行選擇性脫機(jī)操作而將出故障的UPS單機(jī)從UPS并機(jī)系統(tǒng)出脫離出來(lái)，以便確保IT設(shè)備仍然由UPS來(lái)供電，從而達(dá)到避免IT設(shè)備進(jìn)入可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓故障隱患出現(xiàn)的靜態(tài)交流旁路/維修旁路供電狀態(tài)；
　　
　　3）采用具有雙總線輸入、雙總線輸出特性的UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，確保從輸入變壓器的380V低壓側(cè)開始直到各IT設(shè)備的輸入端為止的整個(gè)供電系統(tǒng)中，不存在單點(diǎn)瓶頸故障隱患；
　　
　　4）由于在UPS輸出配電柜與各IT設(shè)備功能分區(qū)之間配置有第2級(jí)輸出隔離變壓器，有利于在IDC機(jī)房中建立起計(jì)算機(jī)級(jí)的局部?jī)艋拥叵到y(tǒng)及確保這些IT設(shè)備的輸入電源的零地電位<1V；
　　
　　5）允許操作人員在UPS連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行安全的不帶電的UPS的日常維護(hù)、故障的診斷和檢修操作；
　　
　　6）由于在具有雙路輸入電源的兩套"N＋1"UPS并機(jī)供電系統(tǒng)中，采用負(fù)載同步控制器(LBS)＋負(fù)載切換開關(guān)(STS)設(shè)計(jì)方案，即使在并機(jī)系統(tǒng)所供電的某個(gè)用戶負(fù)載端上出現(xiàn)短路故障時(shí)，它也能將由此所造成的輸出短路故障所可能造成的負(fù)面影響的范圍限制在最小的區(qū)間之內(nèi)的同時(shí)，還能將位于同一套"N＋1"UPS并機(jī)供電系統(tǒng)中的未發(fā)生短路故障的其它正常負(fù)載迅速地切換到另一套正常工作的"N＋1"UPS并機(jī)系統(tǒng)上(切換時(shí)間<5ms，遠(yuǎn)低于IT設(shè)備所能容許的瞬間供電中斷時(shí)間<20ms的技術(shù)要求)，從而確保用戶的IT設(shè)備能獲得盡可能高的電源可利用率；
　　
　　7）由于在N臺(tái)UPS單機(jī)中，均采用11次諧波輸入濾波器＋12脈沖整流器的設(shè)計(jì)方案，其輸入電流諧波分量THD<4.5％，輸入功率因數(shù)>0.95。這樣一來(lái)，它不僅能確保UPS的輸入電網(wǎng)始終處于綠色電源工作狀態(tài)。而且，還有利于延長(zhǎng)電池組及UPS內(nèi)部的整流濾波電容的使用壽命。
　　
　　1 雙總線輸入式冗余供電系統(tǒng)
　　
　　來(lái)自兩臺(tái)10kV/380V、輸出功率為3150kVA的輸入變壓器A和B的兩路輸入電源市電1和市電2，經(jīng)由3個(gè)6300A的K1A、K1B和 K1C開關(guān)所組成的冗余式自動(dòng)切換開關(guān)組分別送到兩套處于互補(bǔ)工作狀態(tài)的800kVAUPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的輸入配電柜A和B上。正常供電時(shí)，市電1和市電 2分別承擔(dān)著向互補(bǔ)式的"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)先供電電源的任務(wù)。此外，還可以利用位于兩臺(tái)輸入配電柜之間自動(dòng)互投開關(guān)K1C來(lái)讓市電1和市電2再分別承擔(dān)著向兩套"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的備用供電電源的任務(wù)。在運(yùn)行中，如果因故致使其優(yōu)先供電電源停電時(shí)，在上述的自動(dòng)切換開關(guān)組的調(diào)控下，自動(dòng)切換開關(guān)K1C就會(huì)按先斷、后通的工作方式將備用電源送到其優(yōu)先供電電源己消失的那套UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的輸入開關(guān)柜上。顯而易見，通過(guò)這樣的雙總線輸入式調(diào)控方式，就能確保后接的"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)因它的輸入電源出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的停電而致使UPS電源因電池電壓過(guò)低而自動(dòng)關(guān)機(jī)。
　　
　　為消除從電源輸入端串入的高能瞬態(tài)浪涌對(duì)UPS的安全運(yùn)行所可能造成的危害，在UPS的輸入配電柜A和B上，各配置1個(gè)抗浪涌抑制能力為400kA的防雷擊、抗浪涌抑制器(TVSS)，這種具有保護(hù)的TVSS具有響應(yīng)時(shí)間短（0.5ns）、殘壓低（Vpp<800V）、壽命長(zhǎng)(在承受 5000～10000次浪涌沖擊后，其性能不會(huì)惡化)等諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　2 兩套處于互補(bǔ)工作狀態(tài)的800kVA"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)
　　
　　系統(tǒng)A和系統(tǒng)B(每臺(tái)UPS單機(jī)都配置有后備供電時(shí)間為10min的電池組)。在智能化的并機(jī)控制板的調(diào)控下，從每臺(tái)UPS所輸出的電源始終是處于輸出電壓的幅值相同、輸出波形的波形失真度相同、頻率相同和相位相同的工作狀態(tài)之中。此時(shí)，來(lái)自每套"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)中的800kVA的 UPS的輸出電源分別經(jīng)位于第1級(jí)輸出配電柜中的各自的1200A的開關(guān)而并聯(lián)輸出。在實(shí)際運(yùn)行中，用戶的后接總負(fù)載量小于1600kVA。當(dāng)正常工作時(shí)，它不但可確保由UPS單機(jī)來(lái)平均分擔(dān)其負(fù)載電流，而且，該UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的環(huán)流幾乎為零。在它的運(yùn)行中，萬(wàn)一某臺(tái)UPS因故出故障時(shí)，UPS的冗余并機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地執(zhí)行選擇性脫機(jī)操作，將有故障的那臺(tái)UPS電源從并機(jī)輸出的總線中自動(dòng)脫離出來(lái)，由剩下的正常工作的UPS繼續(xù)提供高質(zhì)量的逆變器電源，從而為UPS并機(jī)供電系統(tǒng)獲得必要的容錯(cuò)功能奠定下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。如：
　　
　　1）UPS并機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載均流的不平衡度很； 　　
　　2）存在于各臺(tái)UPS之間的環(huán)流趨于零； 　　
　　3）當(dāng)UPS并機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行選擇性脫機(jī)操作時(shí)，可能出現(xiàn)的瞬間供電中斷時(shí)間很短。 　　
　　此外，由于在這樣的UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)中，采用閉環(huán)式雙并機(jī)通信電纜的冗余設(shè)計(jì)方案，它的平均工作時(shí)間(MTBF)高達(dá)230多萬(wàn)小時(shí)左右。
　　
　　為了消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端的高能瞬態(tài)浪涌對(duì)IT設(shè)備的安全運(yùn)行所可能造成的危害，還在兩套UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的級(jí)輸出配電柜A和配電柜B上，各配置1個(gè)抗浪涌抑制能力為100kA的抗浪涌抑制器。
　　
　　為進(jìn)一步提高整套UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的可維護(hù)性，盡管在每套"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)中，已內(nèi)置有維修旁路裝置，還在每套 800kVA"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)上，各配置1個(gè)外置維修旁路開關(guān)(K2A、K2B)。由于在每個(gè)外置維修旁路開關(guān)與位于每套"2＋1"型 UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)中的3臺(tái)UPS逆變器之間，均配置有1套可對(duì)各臺(tái)UPS逆變器和外置維修旁路開關(guān)同時(shí)執(zhí)行機(jī)-電互鎖型切換操作的三匙二鎖式的 CastellKey切換裝置，就可以消除值班人員為操作錯(cuò)誤的可能性。從而可大大提高UPS供電系統(tǒng)運(yùn)行的可維護(hù)性和操作人員執(zhí)行不帶電維修操作的安全性。

　3 冗余式雙總線輸出型供電系統(tǒng)
　　
　　采用冗余式雙總線輸出供電系統(tǒng)的目的是，消除可能出現(xiàn)的從UPS冗余并機(jī)供電系統(tǒng)的輸出端到最終的信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備輸入端之間的各種供配電線路系統(tǒng)中的單點(diǎn)瓶頸故障隱患，提高供電系統(tǒng)的可維護(hù)性、現(xiàn)場(chǎng)增容性，并降低供電系統(tǒng)的零線對(duì)地線的電壓，確保信息網(wǎng)絡(luò)獲得100％的高可利用率。
　　
　　大量的運(yùn)行實(shí)踐表明：在IDC機(jī)房中，配置"1＋1"或者"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)后，可將UPS并機(jī)供電系統(tǒng)的平均工作時(shí)間提高5～6 倍以上(達(dá)幾百萬(wàn)小時(shí))。然而，它仍不能地確保在用戶的最終負(fù)載(服務(wù)器、小型機(jī)、磁盤陣列機(jī)、磁帶庫(kù)、網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等關(guān)鍵的IT設(shè)備)的輸入電源端不出現(xiàn)供電中斷故障，并進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)癱瘓的故障發(fā)生。其原因是：
　　
　　1）在UPS供電系統(tǒng)的輸出端，出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)載或者短路故障而致使位于UPS的輸出配電線路中的保險(xiǎn)燒毀或斷路器開關(guān)跳閘等故障；在UPS運(yùn)行后的日常維修操作或者機(jī)房供電線路的改建施工中，因人為誤操作所造成的開路故障等。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明：上述故障約占總故障率的80％左右。
　　
　　2）因故致使在UPS并機(jī)供電系統(tǒng)的輸出端所出現(xiàn)的持續(xù)期為秒級(jí)的瞬間供電中斷或長(zhǎng)時(shí)間的供電中斷故障。當(dāng)輸入電壓停電時(shí)，遇到因電池組出故障而產(chǎn)生的UPS的輸出停電故障等，它約占總故障率的10％左右。
　　
　　為增強(qiáng)UPS輸出供配電系統(tǒng)的容錯(cuò)功能，在該IDC機(jī)房中，配置有由18套負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)(STS)＋負(fù)載同步控制器(LBS)＋為建立局部?jī)艋拥叵到y(tǒng)所配置的多臺(tái)輸出隔離變壓器為核心所組成的冗余式雙總線輸出型供電系統(tǒng)。
　　
　　3.1負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)(STS)
　　
　　為消除可能出現(xiàn)在UPS輸出供電系統(tǒng)中的單點(diǎn)瓶頸故障隱患，確保對(duì)關(guān)鍵IT設(shè)備的供電的連續(xù)性。針對(duì)不同的負(fù)載，可以分別采用如下不同的UPS輸出供電線路的配置設(shè)計(jì)方案。
　　
　　1）對(duì)于帶雙路交流輸入電纜的關(guān)鍵性負(fù)載(例如服務(wù)器、小型機(jī)、磁盤陣列機(jī)、磁帶庫(kù)機(jī)、通信設(shè)備等)而言，從兩套"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)A和 B的輸出配電柜所輸出的兩路UPS逆變器電源被分別送到這些IT設(shè)備的兩個(gè)輸入端上，從而形成它們的雙電源輸入冗余供電系統(tǒng)。

　　2）對(duì)于帶單路交流輸入電纜的關(guān)鍵性負(fù)載而言，從兩套"2＋1"UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的輸出配電柜A和B送出的兩路 UPS逆變器電源，首先被分別送到18套負(fù)載自動(dòng)切換開關(guān)(STS1...STS18)的各自的兩個(gè)輸入端上。在使用STS開關(guān)時(shí)，用戶應(yīng)該根據(jù)負(fù)載平衡的設(shè)計(jì)原則，將從UPS并機(jī)供電系統(tǒng)A和B所輸出的兩路逆變器電源分別為每個(gè)STS開關(guān)出它們各自的優(yōu)先供電電源和備用電源。當(dāng)UPS正常工作時(shí)，被用戶為優(yōu)先供電的那路UPS電源經(jīng)STS開關(guān)向負(fù)載供電。當(dāng)這路優(yōu)先供電電源出故障時(shí)，STS開關(guān)將會(huì)以超快速方式，在首先切斷"優(yōu)先供電電源"的供電通道的同時(shí)，將正處于正常工作狀態(tài)的另一路備用UPS電源送到用戶負(fù)載的輸入端上。STS開關(guān)的典型切換時(shí)間小于5ms。這樣一來(lái)，就能確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能源源不斷地獲得高質(zhì)量的逆變器電源的供應(yīng)。
　　
　　3）對(duì)于帶3路交流輸入電纜的關(guān)鍵性負(fù)載而言，可采用如圖2所示的輸出配電設(shè)計(jì)方案來(lái)提供它們所需的3路輸入電源。近年來(lái)，對(duì)于某些特別重要的IT設(shè)備而言，它們甚至帶有4路交流輸入電纜。

　　
　　圖2ASCO型ATS開關(guān)＋兩套UPS并機(jī)系統(tǒng)＋LBS＋STS開關(guān)所組成的雙總輸出供電系統(tǒng)配置圖

　　小結(jié)
　　
　　近年來(lái)，為了確保位于IDC機(jī)房中的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)365×24小時(shí)的高效、可靠和安全的運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)能源設(shè)備供應(yīng)商及其相關(guān)的設(shè)計(jì)院采用了多種新技術(shù)和措施來(lái)不斷地完善其端到端的一體化UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，所建設(shè)的某IDC機(jī)房用智能化UPS供電系統(tǒng)是由以兩套 800kVA"2＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)和1套600kVA"1＋1"型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)為核心的，采用雙總線輸入和雙總線輸出式的供配電體系的，帶局部?jī)艋拥叵到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方案所構(gòu)成的，具有技術(shù)水平的超大型的，具有高可利用率的UPS供電系統(tǒng)。正常工作時(shí)，它的冗余式供電能力為 3800kVA，其供電能力可高達(dá)6000kVA。在這種端到端的一體化UPS供電系統(tǒng)中，它不僅可消除在整套UPS供電系統(tǒng)中所可能出現(xiàn)的各種單點(diǎn)瓶頸故障隱患，確保饋送到各IT設(shè)備的輸入電源的零線對(duì)地線的電位<1V。而且，還具有向位于IDC機(jī)房?jī)?nèi)的各種IT設(shè)備提供365×24小時(shí)不間斷的、高品質(zhì)的UPS逆變器電源的能力，允許機(jī)房維護(hù)人員在逆變器電源連續(xù)供電的條件下執(zhí)行不帶電的安全維護(hù)和維修操作，允許機(jī)房值班人員通過(guò)智能化的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)及調(diào)閱各種運(yùn)行參數(shù)和相關(guān)的報(bào)警信息。此外，它還能確保用戶的輸入電源始終處于綠色電源運(yùn)行狀態(tài)之中，以便限度地降低UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本。