中国联通沈阳分公司 翟玉杰
当今社会和经济生活对信息网络的准确度和时效性的要求越来越高。特别是对于电信、金融、证券等行业的网络服务器等重要负载而言，一旦出现电源中断故障，就可能造成巨大的经济损失，所以网络服务器等重要负载供电的可靠性已经成为信息网络安全的首要问题。
消除UPS供电系统的单点瓶颈
当使用1台UPS向网络设备供电时，一旦这台UPS出现故障而断电，整个网络就会瘫痪,这就形成了UPS输出的单点瓶颈。解决上述问题的措施主要有三种：双机主从式冗余；冗余式并机；双机切换式冗余。
以上三种冗余方式中，冗余式并机可靠性最高。即由2台或以上的UPS并机向网络电源系统供电，至少冗余一台UPS的容量，那么即使1台UPS出了故障，其他的UPS仍可正常向负载供电。UPS单机组成冗余并机系统一般有两种方式：外加并机柜方式，并机柜提供同步和均流控制，同时提供并机系统的总静态旁路；在每台UPS内安装一套逻辑控制板，控制各台单机的同步及均流输出，各UPS的输出直接并联。
UPS的并机系统必须满足：相位和幅值相同（以保证UPS之间无破坏性的环流产生）；负载均分；统一切换。
同一厂家的相同系列或相同型号的UPS产品更容易满足上述并机条件。在UPS冗余并机系统中，除了上述的输出端并联，还包括整流器输出并联、蓄电池组并联等。正常时两台整流器可同时向两逆变器供电，并向两组电池充电。
1．1 n冗余并机电源系统的可靠性
当一台UPS完全满足负载功率要求时，为了消除UPS输出的单点瓶颈，我们一般采取两台相同的UPS并机热备份，组成1 1冗余并机系统。两台UPS平时可各带50％负载，当一台UPS有故障时，另一台可带100％负载继续供电。当两台UPS同时有故障时，可经UPS静态旁路开关转到旁路供电。
系统的冗余并机数量越多，系统的可靠性越高。那么到底冗余并机多少合适呢？随着冗余并机数量的增加，1 n冗余并机系统的可靠度也随之增长，但是并非随n的增加而线性增长，随着并机数量的增加，1 n冗余并机电源系统的可靠性增长幅度逐渐减小，尤其当单机可靠度达到0.9以上、冗余并机数量n由1增加到2及以上时，系统总可靠度的增加幅度很小。另外在1 n冗余并机电源系统中，n≥2时，工程造价过高，一般工程预算很难承受，所以实际1 n冗余并机电源系统中很少采用1 2及n>2的冗余并机系统，而多数采取1 1冗余并机电源系统。
2．n 1冗余并机电源系统的可靠性
UPS并机系统不仅能够通过适当的冗余来提高系统的可靠性，而且还可以扩充系统的容量。当必须由n台单机进行扩容并机才能满足负载容量时，再增加单机进行冗余并机，这就是n 1冗余并机系统。当n 1冗余并机电源系统正常工作时，由n 1台单机来平均分担负载电流。在转换期间，UPS的输出供电没有任何间断，完全保证负载连续运行的需要。当故障UPS维修完成后，同样可以无间断地重新并入扩容并机系统。为使n 1冗余并机电源系统具有上述“容错”功能，要求用户的最大负载不应超过n台UPS单机的总输出功率。n 1冗余并机电源系统又叫做表决电源系统，在实际工程中被广泛采用。
n 1冗余并机供电系统中有任何1台设备失效，系统都能正常工作，所以n 1冗余并机系统的可靠度应该等于n 1台单机全部正常工作的概率加上在n 1台单机中任意1台单机发生故障而其他n台单机全部正常工作的概率。
当黄金冗余“1＋1”型冗余并机系统不能满足负载容量要求，“2＋1”型冗余并机电源系统就成为最经济可靠的选择。所以在设计相同输出功率的电源系统时，首先应选用UPS单机容量大、可靠性高、扩容并机数量少的1 1冗余并机系统，其次为2＋1冗余并机系统。3 1和4 1冗余并机系统为设计底线。不宜选用UPS单机容量小、可靠性低、并机数量大于4的n＋1型冗余并机电源系统。这是因为其存在故障率高、设备采购成本高等弊端。所以给网络服务器等重要负载供电的UPS并机台数增加到3台以上时，就应该采取分散供电，重新建设冗余并机电源系统.
3．n m冗余并机电源系统的可靠性
随着网络规模和设备的不断增加，系统对UPS容量的要求越来越高。大容量的UPS供电系统有两种构成方式：一种是采用单台大容量UPS；另一种是在UPS单机内部采用功率模块组成n＋m冗余并机结构。前者的缺点是成本高、可靠性差，一旦出现故障将会引起供电瘫痪。后者的好处是提高了供电的灵活性和UPS的可靠性，同时动态响应快，可以实现标准化，便于维修更换。
在设计UPS供电电源系统时，应时刻牢记：可靠性第一、成本第二，即成本服从于可靠性的设计原则。当n 1冗余并机电源系统的可靠度不能满足要求时，必须采用目前最可靠的n m冗余并机电源系统。n＋m冗余并机技术是为提高UPS的可靠性和热维修而采用的一种新技术，即在一个UPS单机内部采用n＋m个相同的电源模块冗余并机组成UPS整机，其中n代表向负载提供额定电流的模块个数，m代表冗余模块个数，也就是电源系统可以同时承受的故障UPS数，当m越大，电源系统的可靠度就会越高，但UPS电源系统的成本也越高。在正常运行时UPS由n＋m个模块冗余并机向负载供电，每个模块平均负担1/(n＋m)的负载电流，当其中某一个或k个（k≤m）模块故障时，就自行退出供电，而由剩下的n＋（m－k）个模块继续均分负载电流，从而保证了网络服务器等重要负载的不间断供电。
UPS和网络服务器电源各供电系统组成方式比较
网络服务器等重要负载的供电可靠性不仅与UPS组成的冗余并机系统有关，而且受限于配电线路和网络服务器等重要负载电源的单路瓶颈。这些组成部分看起来比较简单，实际的故障率却高于UPS冗余并机系统，主要原因是很多配供电线路采用单路空开输出到单路的网络服务器电源。
为计算比较方便，我们用UPS整机的可靠度代表UPS主机、旁路通道和维修通道以及蓄电池等组合后的可靠度。假设市电的可靠度为1，UPS供电系统各组成部分的可靠度如表1所示。
UPS和网络服务器电源的供电系统组成方式主要有四种。各网络服务器供电系统组成方式的相对可靠度比较如表2所示。
从表2中我们可以得出以下结论。
（1）两台UPS1 1冗余并机分别给两路网络服务器冗余电源供电的可靠度比两台UPS1 1冗余并机给网络服务器单路供电的可靠度高很多，说明网络服务器电源单路瓶颈（即网络服务器单路电源的可靠度较低）制约了系统的总可靠度。
（2）两套1 1冗余并机的UPS系统分别给两路网络服务器冗余电源供电的可靠度比两台UPS1 1冗余并机分别给两路网络服务器冗余电源供电的可靠度高出1个数量级，是目前给网络服务器等重要负载供电方案中可靠度最高的方案。
（3）相比于第三种方式，两套1 1冗余并机的UPS系统输出双路总线单路零切换给网络服务器单路供电虽然解决了网络服务器电源的单路瓶颈问题，但是增加了零切换静态开关和同步控制器的单路瓶颈，可靠度没有显着增加。但该方式的负载能够在两个可靠度很高的总线上切换，在无法解决网络服务器电源单路瓶颈的前提下，此方案不失为较好方案。
（4）新建两套1 1冗余并机的UPS系统的成本较高，利用通信机房现有的两套1 1冗余并机的UPS系统输出双路总线和输出双路总线单路零切换给网络服务器冗余电源供电还是可行的。
提高网络服务器等重要设备供电可靠性的关键在于消除单路瓶颈，除了采取冗余并机提高UPS电源系统的可靠性以外，我们还应采取合理的供电分配冗余电路以及网络服务器电源冗余来提高网络服务器等重要负载的供电可靠性。在具体设计网络服务器等重要负载的供电系统时，必须遵循以下原则。
（1）选用输入功率因数高、整流输入及旁路输入均与输出隔离的双变换工频UPS。
（2）选用高质量的市电供电和UPS主旁路分开的双路输入供电系统。
（3）科学设计多级具有保护功能的输入配电电源系统，防止发生越级跳闸或同时跳闸事故。
（4）在配电电源系统中正确地选配防雷击、抗浪涌抑制器等。
（5）尽量使用双路冗余供电。条件允许时，应尽可能减少多机并机系统中UPS单机的数量。
（6）冗余并机应从负载输入开始，尽量靠近负载。冗余并机电源系统越多可靠性越好。
（7）科学设计UPS电源系统的输出冗余和配电保护。
（8）有条件时选用具有冗余功能的网络服务器电源，单输入供电的网络服务器等重要负载应采用双备份结构。
（9）两套并机电源系统输出双路总线配合双路网络服务器电源的供电系统的可靠度最高。
