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n+x模块化UPS的应用及前景(4)
  • 当前数据中心建设如火如荼,具有关方面统计,到2012年数据中心机房可达53.2万个。可见用电量之大不可忽视。
  • 从上面的讨论看出,半桥逆变桥臂上面的管子输出正半波,下面的管子输出负半波。对于三相半桥电路也是这样,如图10所示。大的功率模块就用这种三相半桥电路,三相半桥电路还有一个最大的好处,那就是对三相负载的均衡度没有任何要求,原因是三相输出电压是分别单独调整的,所以没有零点漂移问题。

    3.半桥电路消除了并联环流
      
      图11(a)所示为三相全桥输出并联时的电路原理图。由于这种电路的输出必须加隔离变压器,其输出并联实际上就是变压器次级绕组的并联。由于变压器绕制的不一致性,就必然导致其次级电压的差异,于是就形成了环流,如图11(a)中的虚线所示。而图11(b)所示的半桥电路输出并联就没有变压器。有的说半桥电路输出并联也应当有环流,即只要并联就会有环流。这几上这是一种误解,原因是作为并联的UPS诸输出电压相差一般不会超过0.5V,如果差值超过了这个限制值就说明这几台机器没有调整好,必须重新调整,以前是这样今后也应该是这样。有了这个量的概念,再回过头来看图11(b),如果有环流,其路径如图中箭头的走向,可以看出,路经上有两只二极管整流器是必须经过的,一般硅二极管整流器正向压降至少在0.6至1.0V之间。换言之如果并联电压差小于1V就完全整流器势垒阻挡了,它不像变压器绕组并联时,即使有0.1V的压差,其环流也会畅通无阻地流动。不过即使是全桥电路有并联环流由于其变压器压差很小也构不成威胁,因环流而导致电源故障的情况几乎没听说过。更何况环流最大值仅出现在空载状态,加负载后,由于线路上的压降有自动调节作用,也就自然消失了。

    所以,无环流生成就给多个模块并联提供了可靠保证。当前的模块柜机已可以将容量做得很大,图12将市场上的多种模块组合柜机其中几种的外形表示出来,就可以看出其外貌一斑。

    四、对n+x模块化UPS可靠性的误解
      
      1.说什么模块化UPS的价格比塔式高
      
      价格高不假,但从来就没有免费的午餐。首先是模块化结构的用材比塔式单机要多,塔式单机是一套外壳,一套电路;而模块化结构则是多套器材,因此造价高。但造价高的代价就是为用户带来的好处则是明显的。
      
      热插拔,这时最基本的好处。一个机房建好后可用几十年,而机器的寿命一般不超过10年,如何不停电更换供电设备?一是预留一些开关以备换机时用,这对小容量的机器尚可,但对大容量的电源,若预留几千安培的开关就非同小可,要占用资金,占用场地和占用人力。再就是利用模块化结构,在n+x并联冗余的情况下就可以很容易地更新了。

    n+x模块化结构就很容易地解决了这个问题。比如在两台120kVA的UPS构成1+1冗余并联的情况下,无非是当其中一台故障时另一台继续供电,保证了供电的不间断性。但占地面积和花费资金是双倍的,若用40kVA模块构成3+1系统,也同样可以实现上述功能。但所达到的效果就大不相同了:塔式机的故障机只能现场维修,如果一时不能修好就变成了单机供电,负载就会承担断电的风险;而模块化只需将故障模块更换仍然是冗余供电,塔式机在这一点上就无能为力了。
      
      但有的对模块化产生了误解,不但认为模块化价格贵(这在前面已有说明),而且还说模块化结构可靠性低,并有人断言:当模块化结构并联数超过8以后,其系统可靠性还不如单个模块高,其根据是多一套电路就多一个故障点。这里的误区是没有搞懂模块化的连接方式。如果模块化各单元是串联连接,莫说8个串联,就是两个串联的可靠性也不如单个模块高。但恰恰是这些模块是并联连接,其可靠性就不容小视了。为了有一个量的概念,假设单个模块的可靠性均为r=0.99,那么故障率=1-r=1-0.99=0.01,即故障率是1%。
      
      对7+1冗余并联系统的可靠性R1为:
      
      R1=1-(1-r7)(1-r)=1-(1-0.997)(1-0.99)=0.999021(1)
      
      α=1-r1-0.999=0.001(2)
      
      故障率降低到了1/00,即可靠性提高了一个数量级。如果是6+2,其可靠性可增加到十万分之一。
      
      双机7+1冗余系统的可靠性,如图13所示,两台7+1冗余并联系统向双电源负载供电时,其可靠性如式(3)所示
      
      R8=1-(1-R1)2=1-(1-0.999021)2=0.9999990(3)
      
      α=1-r1-0.9999990=0.000001(4)
      
      即向“关键负载”供电的可靠性就是百万分之一。

      容易提高可靠性和节约资金又是另一个优点。在当代信息已走入每个人的生活,各种网络运行的可靠性首先取决于供电的可靠性,而单机供电的可靠性是没有保障的。所以冗余并联是必须的,但多机并联的费用又太高。比如一个用电为100kVA的机房,若采用1+1并联方式供电就必须购置两台100kVA的UPS,这要花费双倍以上的费用。(御风)

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