對(duì)于用戶(hù)來(lái)講，高可管理性為UPS提供了錦上添花之妙，但對(duì)于服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等關(guān)鍵負(fù)載而言，高可*性則是根本。而科士達(dá)YHK系列憑借多種出色的產(chǎn)品特性保證了高可*性。如：（1）具有開(kāi)機(jī)自診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)UPS的隱性故障，防患于未然；（2）具有交流輸入過(guò)、欠壓保護(hù)，輸出過(guò)載、短路保護(hù)，逆變器過(guò)熱保護(hù)、電池欠壓保護(hù)和電池過(guò)充電保護(hù)等多功能保護(hù)于一體，極大地保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可*性；（3）具有旁路功能，當(dāng)輸出過(guò)載或UPS發(fā)生故障時(shí)，可無(wú)間斷地轉(zhuǎn)到旁路工作狀態(tài)由市電繼續(xù)向負(fù)載供電，并提示信息（6kVA以上機(jī)型）。
執(zhí)行摘要
UPS（不間斷電源系統(tǒng)）在確保IT可靠性方面扮演著至關(guān)重要的角色。因此，它們自身的可靠性也同樣是一個(gè)關(guān)鍵的考量因素。一旦UPS發(fā)生故障，則執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的電力負(fù)載可能會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。
那么，對(duì)于優(yōu)化UPS可用性，企業(yè)要采取哪些措施？根據(jù)本白皮書(shū)的內(nèi)容，對(duì)此問(wèn)題的常見(jiàn)回答并非是選擇。歸根結(jié)底，UPS的可靠性更多地有賴(lài)于電源系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，而并非UPS本身的設(shè)計(jì)（如UPS是否采用在線互動(dòng)式或雙轉(zhuǎn)換技術(shù)）。而最終，提高UPS可用性的辦法無(wú)疑就是將包括UPS和整個(gè)電源保護(hù)方案在內(nèi)的整體修復(fù)時(shí)間縮至最短，將冗余擴(kuò)至。
此外，在本白皮書(shū)中，我們也將顛覆“零部件越多則故障可能性越高”這一傳統(tǒng)的觀念，闡述何以模塊化UPS設(shè)計(jì)能夠提供出眾可靠性的原因。
平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）之惑
一直以來(lái)，MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）是UPS生產(chǎn)商用來(lái)測(cè)量和說(shuō)明UPS可靠性的關(guān)鍵度量標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，用MTBF來(lái)預(yù)測(cè)UPS的可用性實(shí)際上卻難具說(shuō)服力。
為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們來(lái)舉一個(gè)例子，假設(shè)一臺(tái)UPS的MTBF是200,000小時(shí)，非專(zhuān)業(yè)人士可能簡(jiǎn)單地以為該設(shè)備可以無(wú)故障運(yùn)行200,000小時(shí)（約為23年）。但是，事實(shí)上UPS生產(chǎn)商不可能也不會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行為期23年的無(wú)故障運(yùn)行測(cè)試。相反，他們只是根據(jù)UPS組件的預(yù)計(jì)使用壽命先行計(jì)算出一個(gè)MTBF值。然后，在其出貨量增長(zhǎng)到具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)，會(huì)根據(jù)這批設(shè)備實(shí)際的性能數(shù)據(jù)替換到某些初步的預(yù)估值。盡管這些修正后的數(shù)據(jù)可能存在誤導(dǎo)性。比如，假如2,500臺(tái)UPS在5年的研究期內(nèi)運(yùn)行良好，那么得到的MTBF值可能會(huì)相當(dāng)高。但是，如果這些系統(tǒng)中有一個(gè)組件的使用壽命只有6年，那么在5年研究期過(guò)后的一年，它們中的90%可能會(huì)發(fā)生故障。
而且，MTBF的測(cè)量至今還沒(méi)有一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)。多年來(lái)，許多的機(jī)構(gòu)不斷要求生產(chǎn)商根據(jù)最新版的MIL-HDBK-217F手冊(cè)提供計(jì)算數(shù)據(jù)，但是許多的商業(yè)客戶(hù)卻采用Telcordia (Bellcore) SR-332標(biāo)準(zhǔn)流程。近期，經(jīng)技術(shù)行業(yè)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，這些測(cè)量方法雖然頗有用處，卻并非是制造商評(píng)定產(chǎn)品可靠性的方法。也因此，如今的生產(chǎn)商逐漸將注意力放在了可靠性設(shè)計(jì)（DFR）上。過(guò)往標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注單個(gè)電氣組件及其與產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用的電路之間的關(guān)系，而DFR則側(cè)重于產(chǎn)品在各種條件下的預(yù)定或預(yù)期用途。
不過(guò)，最終還是沒(méi)有對(duì)測(cè)量供電負(fù)載的UPS運(yùn)行情況給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方案。也因而，將一家生產(chǎn)商的UPS與另一家的UPS就MTBF數(shù)值進(jìn)行比較時(shí)仍很難實(shí)現(xiàn)。
用可用性來(lái)測(cè)量關(guān)鍵電源后備系統(tǒng)更加具有實(shí)質(zhì)意義。鑒于UPS在數(shù)據(jù)中心所占據(jù)的重要作用，能否快速更換舊零件或故障零件就顯得至關(guān)重要。可用性表示的是MTBF與另一度量單位 MTTR（平均故障修復(fù)時(shí)間）相互之間的關(guān)系。MTTR（平均故障修復(fù)時(shí)間）是指從發(fā)現(xiàn)故障、給予響應(yīng)到完全修復(fù)所需的耗時(shí)。
可用性的數(shù)值一般由多個(gè)數(shù)字9構(gòu)成的百分比數(shù)表示，表明特定系統(tǒng)在一年使用期限內(nèi)正常運(yùn)行的時(shí)間比例。舉例說(shuō)明，一臺(tái)UPS的MTBF是500,000小時(shí)，MTTR是4小時(shí)，那么，它的可用性為0.999992或者99.9992%（500,000 ÷ 500,004）。這也就是說(shuō)，該臺(tái)UPS每年的預(yù)期宕機(jī)時(shí)間是4.2分鐘。
然而，單獨(dú)來(lái)講，盡管可用性比MTBF更能說(shuō)明UPS的可靠性，但是在一些重要方面仍存在不足。具體來(lái)說(shuō)，可用性無(wú)法說(shuō)明例行保養(yǎng)的耗時(shí)。如果一個(gè)系統(tǒng)每年都必須安排進(jìn)行檢查、重新校準(zhǔn)或常規(guī)維護(hù)，它實(shí)際的運(yùn)行可用性會(huì)比上面公式得出的數(shù)值來(lái)的低。
UPS設(shè)計(jì)和內(nèi)部電源通路
盡管UPS內(nèi)電源通路數(shù)量的增多會(huì)使成本增加，但是這可以確保一旦某些系統(tǒng)組件（譬如整流器、逆變器或內(nèi)部備用電池）發(fā)生故障，關(guān)鍵負(fù)載的供電免于中斷。
UPS從設(shè)計(jì)類(lèi)型上基本分為四類(lèi)：
· 當(dāng)UPS檢測(cè)到停電故障時(shí)，后備式UPS可以切斷IT設(shè)備（ITE）的市電供電，為系統(tǒng)提供電源保護(hù)。不過(guò)，一些備用電源系統(tǒng)會(huì)在過(guò)壓或欠壓時(shí)提供局部的電源保護(hù)，對(duì)電池電源的使用較為有限。可見(jiàn)，雖然后備式UPS可提高效率和降低成本，但有時(shí)提供的電源保護(hù)并不。
· 在線互動(dòng)式UPS通常視情況適度調(diào)節(jié)電壓之后，再對(duì)受保護(hù)設(shè)備供電。不過(guò)，在線互動(dòng)式UPS必須使用電池電源來(lái)防止各種頻率異?，F(xiàn)象和停電情況。
· 雙轉(zhuǎn)換UPS可以將關(guān)鍵負(fù)載與市電電源完全隔絕，從而確保為IT設(shè)備提供潔凈、可靠的電力。雙轉(zhuǎn)換UPS比后備式UPS和在線互動(dòng)式UPS更耗能，因此它們?cè)跀?shù)據(jù)中心或設(shè)備間內(nèi)的散熱量更高。
帶有多運(yùn)行模式的雙轉(zhuǎn)換UPS通常在高效模式下運(yùn)行，既省錢(qián)又節(jié)能。在保證供電質(zhì)量后，它們會(huì)自動(dòng)切換至雙轉(zhuǎn)換模式的更高電源保護(hù)級(jí)別。此外，大多數(shù)帶有多運(yùn)行模式的雙轉(zhuǎn)換UPS使用模塊化標(biāo)準(zhǔn)部件設(shè)計(jì)，通過(guò)縮短執(zhí)行維護(hù)和維修的用時(shí)來(lái)提高系統(tǒng)的可用性。
這些UPS設(shè)計(jì)的不同之處在于其內(nèi)部的電源通路。后備式UPS通常有兩條
電源通路，由一個(gè)電源開(kāi)關(guān)同時(shí)控制。因此，如果電源開(kāi)關(guān)故障，那么IT設(shè)備便會(huì)斷電。大多數(shù)的備用電源系統(tǒng)功率在2 kVA以下，因此故障只會(huì)對(duì)一部分的IT設(shè)備造成影響。
圖1：使用標(biāo)準(zhǔn)后備式UPS供電，一旦電源開(kāi)關(guān)故障，則IT設(shè)備便會(huì)斷電。
在線互動(dòng)式UPS通常有兩條完全獨(dú)立的電源通路，其中一條通路使用電源接口。如果電源接口發(fā)生故障，則UPS將由電池供電以確保將所有連接的設(shè)備從容關(guān)閉。部分的在線互動(dòng)式系統(tǒng)也會(huì)包含一個(gè)靜態(tài)旁路通路，可以自動(dòng)旁路UPS中發(fā)生故障的組件，將IT設(shè)備直接連接至市電電源。
圖2：標(biāo)準(zhǔn)在線互動(dòng)式UPS的電源通路
大多數(shù)的雙轉(zhuǎn)換UPS有 兩條電源通路，一條由市電電源或發(fā)電機(jī)供電，一條則由電池電源供電，此外UPS內(nèi)還包括：
· 自動(dòng)靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)可以旁路發(fā)生故障的整流器或逆變器，并由市電電源直接供電IT設(shè)備
· 手動(dòng)維護(hù)旁路設(shè)備允許技術(shù)人員在不中斷受保護(hù)負(fù)載供電的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修
圖3：標(biāo)準(zhǔn)雙轉(zhuǎn)換UPS
的電源通路
一些
帶有多運(yùn)行模式的雙轉(zhuǎn)換UPS除了具備標(biāo)準(zhǔn)雙轉(zhuǎn)換UPS的兩條電源通路之外，還包括一個(gè)自動(dòng)維護(hù)旁路設(shè)備，可在UPS進(jìn)行維修或維護(hù)時(shí)自動(dòng)旁路逆變器。此外，如果在模塊化冗余設(shè)計(jì)中使用帶有多運(yùn)行模式的雙轉(zhuǎn)換UPS，它可以自動(dòng)選擇是否要將負(fù)載連接旁路，確保在執(zhí)行維護(hù)時(shí)由UPS的備用電源供電系統(tǒng)。如此可以縮短MTTR，并降低維護(hù)和維修期內(nèi)宕機(jī)或意外斷電的風(fēng)險(xiǎn)。
圖4：帶有多運(yùn)行模式的高效雙轉(zhuǎn)換UPS的電源通路
提高UPS電源通路可用性的策略
提高UPS電源通路的可靠性的方法有很多：
· 添加并聯(lián)電池組：使用單組串聯(lián)電池的UPS其無(wú)法正常供電負(fù)載的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大加強(qiáng)。舉例來(lái)說(shuō)，一臺(tái)大型的UPS有40個(gè)電池串聯(lián)連接（即一個(gè)電池的正極與相鄰電池的負(fù)極相連）。如果這些電池其中一個(gè)出了問(wèn)題，那么整串電池組就會(huì)故障，從而導(dǎo)致UPS無(wú)法正常供電。如果在UPS上再額外并聯(lián)一串由40個(gè)電池正負(fù)級(jí)串聯(lián)連接的電池組的話，假設(shè)其中一串電池組發(fā)生故障，那么UPS仍可由另一串正常的電池組供電一段時(shí)間，從而有時(shí)間連接備用發(fā)電機(jī)供電或者從容關(guān)閉負(fù)載設(shè)備。
圖5：有兩串并聯(lián)電池組供電的UPS其因電池故障導(dǎo)致UPS無(wú)法正常供電的可能性會(huì)有所降低
· 安裝發(fā)電機(jī)：電池供電只能解決一時(shí)的燃眉之急。如果面臨長(zhǎng)時(shí)間的斷電情況，即使使用了最長(zhǎng)時(shí)效的電池組可能也是“有心無(wú)力”。因此，在長(zhǎng)時(shí)間的停電情況下，使用發(fā)電機(jī)最為備用供電電源較為理想。
