臺達(dá)UPS與智能、容錯(cuò)UPS的發(fā)展趨勢

——中達(dá)電通UPS產(chǎn)品開發(fā)處  張彥和

    引  言：人們對UPS需求的改變引導(dǎo)著UPS不斷地發(fā)展變化，現(xiàn)階段智能、容錯(cuò)是UPS的發(fā)展趨勢。

    縱觀UPS的發(fā)展歷史，由動(dòng)態(tài)到靜態(tài)、由工頻到高頻、由低指標(biāo)到高性能 ……，短短幾十年發(fā)生了巨大的變化，是什么原因促使它這樣發(fā)展變化呢? 

    首先，人們的需求是UPS發(fā)展變化的原動(dòng)力，需求的變化決定著UPS的發(fā)展方向。當(dāng)市電頻繁中斷，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行時(shí)，人們需求一種不斷電的裝置，于是出現(xiàn)了初級的動(dòng)態(tài)式UPS；當(dāng)UPS的使用場所和應(yīng)用范圍發(fā)生變化時(shí)，人們需求一種更輕便、更靜音的UPS，于是出現(xiàn)了靜態(tài)式的工頻UPS；當(dāng)人們越來越追求效益、越來越重視節(jié)能環(huán)保時(shí)，人們需求效率更高、節(jié)能指標(biāo)更好的UPS，于是出現(xiàn)了高頻UPS ……

    其次，技術(shù)進(jìn)步和元器件的更新?lián)Q代是UPS發(fā)展變化的客觀保障。IGBT、高性能磁性器件、CPU、DSP等功率和控制組件的出現(xiàn)，以及PFC、PWM波等控制技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，使UPS的高功率密度、高效率、低成本、低污染等特性得以實(shí)現(xiàn)。

    第三，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展使UPS的需求量快速膨脹，這為UPS的發(fā)展變化提供了難得的歷史機(jī)遇。

    這三者之間相互作用，共同促進(jìn)UPS的快速發(fā)展，但其中最重要、起決定性作用的因素還是人們的需求，離開了需求，技術(shù)再高，元器件再好，人們也不一定會想到將其應(yīng)用到UPS中去，即便是應(yīng)用了也不一定會得到市場的廣泛采用。總之，沒有需求就沒有市場，人們的需求變化引導(dǎo)著UPS的發(fā)展趨勢。

    那么現(xiàn)階段人們需要什么樣的UPS呢？

    經(jīng)調(diào)查，目前人們對UPS的需求主要集中在以下五個(gè)方面:

    1.要求可靠，有沒有從來不壞的？

    2.強(qiáng)調(diào)可用，有沒有壞了馬上就能修好的？

    3.需要擴(kuò)容，有沒有不加限制配置靈活的？

    4.投入運(yùn)行，有沒有成本比別人都低的？

    5.強(qiáng)化管理，有沒有功能實(shí)用實(shí)施簡便的？

    其實(shí)，這五個(gè)方面基本可歸納為兩點(diǎn)----智能、容錯(cuò)。

    人們最重視UPS的可靠性，那么有沒有從來不壞的UPS呢？沒有！不僅沒有，和整個(gè)供電系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)比較起來，UPS還是最容易壞、最不可靠的。

    來自IEEE（美國電氣與電子工程師協(xié)會）的一組數(shù)據(jù)顯示：電池的MTBF（平均無故障時(shí)間）是1402524小時(shí)，斷路器的MTBF是2502878小時(shí)，接線端子的MTBF是22993791小時(shí)，而帶靜態(tài)旁路UPS的MTBF只有156362小時(shí)，也就是15萬多小時(shí)，比系統(tǒng)中的電池、斷路器、接線端子等環(huán)節(jié)都低。可能有人會說，15萬小時(shí)相當(dāng)于20年的時(shí)間，可靠性已經(jīng)很高了呀！其實(shí)，MTBF雖然科學(xué)，但是不可信，因?yàn)樗鼰o法測量,僅代表設(shè)備的平均無故障時(shí)間，而每次發(fā)生故障的具體時(shí)間是不確定的，即使是MTBF為20年的設(shè)備，也可能在開機(jī)運(yùn)行的第一周就發(fā)生故障。 

    既然沒有從來不壞的UPS，那么人們就只能退而求其次了：能不能使UPS故障后對負(fù)載的影響達(dá)到最小，甚至沒有影響呢？能不能使故障UPS快速修復(fù)呢？為了滿足第一個(gè)需要，人們采用了串聯(lián)熱備份、1+1或者N+1并聯(lián)冗余，雙總線甚至三總線等復(fù)雜的系統(tǒng)解決方案。其實(shí)，方案越是復(fù)雜，故障點(diǎn)就越多，系統(tǒng)故障率也就越高，人們花巨資設(shè)法建立復(fù)雜UPS系統(tǒng)的目的就是為了提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性。

    容錯(cuò)是一種能力，即UPS能夠容忍故障的能力。最能體現(xiàn)UPS容錯(cuò)能力的指標(biāo)是可用性，可用性衡量的是系統(tǒng)提供持續(xù)服務(wù)的能力，對于可用性高的UPS系統(tǒng)，當(dāng)UPS發(fā)生故障時(shí),不會影響系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行，并且可以快速修復(fù)。隨著信息化的發(fā)展，人們對供電要求越來越高，一年365天*24小時(shí)不能斷電，所以對UPS的需求也正在由可靠性向可用性轉(zhuǎn)變。可用性的公式如下： 

    從公式中可以看出，要想提高可用性就必須提高UPS的平均無故障時(shí)間（MTBF）或者降低UPS的平均維護(hù)時(shí)間(MTTR)。實(shí)際上要想提高UPS單機(jī)系統(tǒng)的可靠性是很困難的，它受到很多因素的制約。而通過降低UPS的平均維護(hù)時(shí)間(MTTR) 提高UPS的可用性卻是很有效的。

    容錯(cuò)的核心是系統(tǒng)內(nèi)部資源冗余，而資源冗余的技術(shù)支撐是模塊化。串聯(lián)熱備份、并聯(lián)冗余，雙總線甚至三總線等方案正是通過各UPS間的相互冗余達(dá)到系統(tǒng)容錯(cuò)的。但是為達(dá)到這一目的所付出的采購、運(yùn)營和維護(hù)成本等代價(jià)也是昂貴的，并且即便如此，仍然不一定滿足人們對“故障UPS快速修復(fù)”的需求，因?yàn)檫@些系統(tǒng)的模塊化程度還不夠高。以臺達(dá)海福（HIFT）系列UPS為例，真正的模塊化UPS在容錯(cuò)方面具備下述優(yōu)點(diǎn)：

    1.最高的系統(tǒng)可靠性。當(dāng)UPS容量一定時(shí)，負(fù)載越輕，模塊冗余的數(shù)量越多，而等容量的單機(jī)或者1+1并機(jī)是無法隨負(fù)載變化而提高系統(tǒng)冗余度的。例如，對于由5個(gè)20kVA模塊組成的4+1冗余模塊UPS，當(dāng)負(fù)載只有75%時(shí)，系統(tǒng)配置就變成了3+2，此時(shí)其可靠性比同容量配置的1+1并機(jī)系統(tǒng)高出20倍。

    2.最快的修復(fù)時(shí)間。在N+X的冗余模式下，可以在線更換故障模塊，系統(tǒng)修復(fù)時(shí)間完全可控，不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行， MTTR接近于0。 不僅如此，模塊標(biāo)準(zhǔn)化的返廠維修還可以降低“再發(fā)生故障率500-2000倍。

    從以上兩點(diǎn)結(jié)合可用性公式可以看出，模塊化UPS具有最高的可用性，也就是說其容錯(cuò)能力最強(qiáng)。具有低成本、高效率、高可靠性，并且能夠快速修復(fù)的容錯(cuò)性UPS必將成為UPS的發(fā)展趨勢。