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关于机房中并机UPS系统环流问题的讨论 作者：王其英 来源：cra-ccua 日期：2007-9-12 15:39:51 一、概述 1.可用性的提出 由于IT技术的发展和应用的飞速发展，现在可以说是计算机机房林立，而且对机房系统的可靠性与可用性要求越来越高。供电系统的可靠性要首当其冲，因为供电是根本的根本，所以用户对供电的可靠性与可用性提出了很高的要求。 正如大家所熟悉的可用性公式 （1） 式中：A是可用性，单位是百分数（%） MTBF是设备的平均无故障时间，单位是小时（h）。 其表达式为： （2） MTTR是平均修理时间，单位是小时（h）。 其表达式为： （3） 从式（1）(（3）可以看出，如果提高设备的可靠性，即延长其平均无故障时间，就可以提高可用性，比如使MTBF((，但质量的提高是有限的，而且随着质量的提高价格会飞速上升；如果使MTTR(0，从宏观上说，维修时间为零时不可能的，但若变通一下就有了可能，比如采取冗余方案。 2.供电冗余方案的实施 所谓供电冗余，就是说供电电源的容量大于负载要求的一定值，而且当电源的某一部分故障时供电仍不间断。目前几乎所有IT机房中的供电都采用了UPS，所以这里讨论的冗余主要以UPS为主，图1给出了四种UPS双机冗余的电原理图。根据配置方式的不同就有着 ? （a）双路（总线）供电 （b）双机冗余并联供电 （c）串联热备份 （d）双总线切换 图1 1+1 式配置UPS冗余的几种形式 不同的可靠性指标。比如在假设每个构成系统的单元可靠性均为0.99的情况下，经计算得出的不可靠性为： （a）=（d）=2（c）=4（b） （4） 在这里暂不讨论这些指标为什么会有这样的不同，主要讨论（a）中并联冗余方式的环流问题。因为不论是UPS单机冗余还是N+X模块冗余，使许多使用者最担心的还是并联式的环流问题。 二、 并机环流 有不少技术人员很关心UPS的并机环流问题，总是担心并机系统会被环流烧坏。尤其是有些用户开口就问“你的UPS并机环流是多少？”这个问题有时马上会得到答案：“1%”或“2%”，但有时就得不到确切答案。得到确切答案也好，得不到确切答案也罢，实际上都是不确定的。这可以用图2来看一看这种情况。在这里以两台UPS并联为例。 ? 图2 UPS并机环流自调整原理图 一般的理解是：当两台UPS并联时，两台UPS的输出电压不会完全相等，即图2中的E1≠E2，由于差值(E（= E1( E2）的存在，两台UPS在线负载提供负载电流的同时，他们之间还会有一个很大的环流IL附加上去，如图中点划线所示，就会将UPS烧毁。出于此担心，用户提出这样的询问是正常的。岂不知这当中存在着一定的误解，现就以下几个问题进行讨论。 （1）环流与回路电流的细微区别 在人们的心目中环流是一种非常大的对负载无益而对电路有害的电流，所谓环流就是在一个闭环电路中，电流周而复始的转圈。一般负载电流则不同，负载电流虽然也是形成回路的一种环流，但它的电流是由电动势的正极流出而中止于负极，看起来也是构成了一个环路，而且这个电流是负载所要求的，因此对负载是有用的。 （2）环流的产生与含义 由于上述的细微区别，在产生的机制上就有所不同，形成环流必须有两个电动势，在这一点上的认识是一致的，认识不一致的地方在于：一个认为只要电路中同时存在几个电动势就会有环流；一个认为只有几个电动势串联占优势时，才会形成环流。所谓优势是指在一个电路中同时存在几个电动势的情况下，而串联的数量和电压都占优势时的概念。这里以两个电动势为例，如3（a）所示。从该图中可以看出，两个电动势是串联关系，电流从一个电动势的正极出发到达另一个电动势的负极，而且两个电动势又互为负载，其环流IL的大小为： ? ? （a）两个电动势串联电路 （b）两个电动势并联电路 图3 环流与负载电流的区别 （5） 式中： IL是电路中的环流值，安培（A）。 E1,E2是电路时电路中的电源电动势，伏特（V）。 r1, r2是电路中的线路阻抗与两个电动势的内阻综合值，欧姆（(）。 电动势串联在UPS中引用不多，但有时为了某种目的也采用这种方法，这时就是有用的了，比如当一个电压值不够高时，可用几个电动势串联的方法来满足要求。又比如大功率（上兆瓦）高压逆变器就采用几个晶闸管方波逆变器输出串联的方法来构成阶梯波电压，以接近正弦波波形等。所以，从根本上讲，几个