数据中心机房供电系统的可靠性分析

文｜中国电源学会 王其英

1 概述

有些用户在规划数据中心机房供电系统时有几个误区：认为设备越多系统越可靠，即花钱越多越可靠，可靠性是用钱堆起来的；认为变压器可以抗干扰，UPS若不带变压器就不可靠，认为高频机UPS没变压器，所以不可靠；并对零地电压谈虎色变，认为零地电压是用电设备故障的主要来源；认为UPS是带电容性负载的，不能带电感性负载，甚至认为以前的计算机、服务器等数字计算设备是电容性的负载。而且这些误区至今还在不少人的脑海中根深蒂固，影响了UPS的选型，造成了损失。是不是这么回事？可以说一般电源变压器不抗干扰，这个问题不用争论，可以用一台双踪示波器一测便知，高频机UPS也有变压器，是今后的电磁变压器的替代品；至于UPS机是针对感性负载设计的，以前的计算机、服务器等数字计算设备都是电感性的负载。所以UPS带感性负载不是什么特点，而是它的本职工作；至于零地电压对于用电设备来说根本就不是干扰源，也加不到用电设备上去，何谈干扰？

2 可靠性与可用性

（1）可靠性的含义与表达方式

可靠性是指机器的可靠程度，一般用小于1的可靠度表示，比如0.99、0.999等。

可靠度的表达式为：

式中T为平均无故障时间，以小时（h）计，一般用MTBF表示。所谓平均无故障时间指的是在规定机器运行时间t内出了n次故障，两个故障之间的运行时间不一样，比如第一次运行了T1小时，第二次运行了T2小时，......第n次运行了Tn小时，所以其平均无故障时间就是：

可靠度与平均无故障时间的关系就可表达为：

（2）可用性的含义与表达方式

上面的可靠性是对硬件而言，平均无故障时间指的是机器平均多长时间不出问题。一旦出现问题怎么办？不论是更换还是修复都要有一个时间的概念，即其在指定时间内坏了n次就必须修复n次，当然每次的修复时间也不一样，修复时间Tr也有Tr1，Tr2，......，Trn之分别，所以也要有一个平均修复时间MTTR，其表达式为：

因此得可用性A的表达式：

所以可用性的含义就是：在指定的机器运行时间t内，无故障运行时间是整个运行时间t的百分之多少？是99.9%，还是99.99%......

3 供电系统可靠性的分配

一个供电系统包括好多环节：防雷器、电缆、开关柜、后备发电机、UPS、电池组、PDU、连接器等，每一个环节都对应着一定的可靠性，而且它们之间的可靠性指标相差很大。就像图1中所示的木桶结构一样，构成木桶的木板条长短不一，众所周知，木桶盛水的多少取决于最短的那个木板条。就像一个系统的可靠性取决于可靠性最低的那个环节一样，这就决定了系统可靠性的分配方案。不可忽略的一点是，木桶的盛水除了取决于最短的那个木板条外，还取决于每个木板条之间的连接是否密封。具体到一个电子系统中就是各环节之间的结合是否匹配，比如供电系统中各环节的连接处是否牢固，是否匹配。比如10kVA的UPS输出端应配65A的断路器比较合适，因为单相10kVA的额定电流是45A，再加上20%过载能力，选标称值65A开关就差不多。如果还有其他考虑则另作别论，这就算匹配。但如果选32A或100A的断路器就是不匹配，就会导致故障，或频繁切断负载或在输出端瞬时短路而不能保护电源。因此，它的可靠性指标也应考虑在内。

假如上述各环节的可靠性分别为：防雷器rt、电缆rc、开关柜rs、后备发电机rg、UPSru、电池组 rb、PDUrp、连接器 rn......那么系统的可靠性R就是：

为了方便分析这些环节有着相同的可靠性指标，即：

图1 木桶理论结构

实际上，系统可靠性达到5个“9”很不容易，原因是尽管设备的可靠性很高，但在配电系统中沿路多于三个开关或接插点的情况很普遍，有的从电源到负载甚至达到了11个节点，这就大大降低了供电系统的可靠性。一般都认为开关、电缆和端子排可靠，不会出问题，其实不然，往往有这样的情况，一个三极断路器有时其中一个触点接触不良或断开，电池的接线端开始非常牢固，但经过几次放电后就松动了，接线端子排经过一段时间后便松动的事例也并非绝无仅有。

因此，在供电系统设计时对各个环节进行可靠性分配是有益的，这样可把责任分担到人头，加强可靠环节的责任感。

比如要求供电系统在三年运行中的可靠性为R=0.999，系统有5个环节，如果要求该5个环节有着相同的可靠性，那么这5个环节的可靠性就为：

从该式可以看出，在构成该供电系统的5个环节中，最差环节的可靠性也必须在4个“9”以上，即大于0.9999，当然其他环节更不能低于此值。根据可靠性与平均无故障时间的关系式（4），可以得出在三年运行时间中最低可靠性的那个环节MTBF：

由此可以看出，供电系统的可靠性达到3个“9”是多么不容易，这需要何等质量的设备，更何况实现5个“9”的指标，实际上，更大的用处还是可用性，上述的设备质量已经太高，甚至不易实现，暂且将系统的可靠性降到0.99，这时最差环节的可靠性r=0.997992，其对应的平均无故障时间MTBF=2628000h，对应系统可靠性0.99的平均无故障时间也约为2628000h。如果在这种情况下要求系统在三年的运行期间有5个“9”的可用性，那么就要求平均维修时间MTTR：

根据可用性公式整理后得：

从上式可以看出，在目前设备质量（r=0.997992）的情况下，只要保证平均维修时间小于26小时，就可以实现5个“9”的可用性指标。而26h的平均维修时间是容易保证的，所以不应把可靠性与可用性对立起来，而是相辅相成。这样一来，系统的可靠性分配问题就可以解决。

4 供电系统中UPS选择的原则

4.1 选择系统效率高的设备

UPS是供电系统中的主要设备，应重点选择。不言而喻UPS的可靠性是第一位的。一般电子设备的天敌就是高温，根据阿勒尼乌斯（Arrhenius）准则，温度每升高10。C，电子的活跃程度加倍，导致的结果是器件的寿命减半。由此可见，设备内的温度越低越好。设备内的温度除了环境温度外，其温升则是由设备本身的功率损耗决定的。也就是说，设备本身的功率损耗越低越好，换言之，设备本身的效率越高越好。

图2 同样输入指标下工频机和高频机UPS结构原理图

哪一种UPS的效率最高? 这要从工频机和高频机两种UPS的电路结构比较来看。图2显示出了同样输入和输出指标下工频机和高频机UPS结构原理图。所谓“同样输入指标”指的是目前一般用户所要求近于线性的输入指标，即输入功率因数大于0.95。一般工频机UPS输入在200kVA以下时由于价格关系大都采用6脉冲整流，其输入功率因数仅有0.8左右；即使在大功率UPS中采用了12脉冲整流，也难于达到0.95以上的输入功率因数，有的也得加谐波抑制器。而高频机UPS由于前面的输入电路是高频整流器，不用加任何环节就可使输入功率因数达到0.95以上。这样一来，工频机UPS就比高频机UPS在输入端多了一级消耗功率的环节，且不说增加造价和占地面积，其消耗功率也不低于2%～3%。

另一方面，由于工频机UPS的输出逆变器绝大多数都采用了全桥电路，从实用的角度看就必须加隔离变压器；而高频机UPS的逆变器几乎都采用了半桥电路，所以不需要输出变压器隔离。因此，工频机UPS又比高频机UPS多出2%～3%的变压器损耗。可以看出工频机UPS比高频机UPS的系统效率一般要低5%。这5%的功耗就会使机器内部的温度升得高，就会导致系统的故障率增加和寿命缩短。因此高频机UPS的功耗降低了，供电可靠性提高了。

4.2 选择噪声低的设备

过分的噪声不但会干扰其他设备，也会影响机器操作者的情绪，从而导致工作效率降低甚至操作出错。由于工频机UPS的输入电路破坏了输入电压波形，不但给其他设备的用电造成干扰，它的电感和变压器的可闻噪声也会使操作者情绪不安；尤其是有些工频机UPS的逆变器工作采用了10KHz左右的调制频率（一般是6KHz～8KHz，也有的用了15KHz），正好在人耳的敏感区，严重干扰了人员的工作；而高频机UPS的工作调制频率都在20KHz以上，已经脱出了人耳的相应范围，使工作环境安静下来，提高了工作效率，增强了工作效果。

因此，从供电可靠性的观点看，选用高频机UPS是有益的。当然，目前20KHz以上高频机UPS的单机功率还做不到100kVA以上，但高频机结构UPS却可做到1200kVA。而且高频机结构UPS取消了输出变压器，已将噪声最大的部件忽略了，并且节能效果非常明显。数据中心机房若达到1.7以下的能效比，在目前除了用高频机UPS别无他径。

5 提高供电可靠性与可用性的途径

选择了好的供电设备并不一定能保证有好的供电效果。良好的连接方案加上优质的设备才能保证好的供电结果。

5.1 UPS输入输出形式对供电可靠性的影响

有些用户对UPS有两个担心：

（1）三相输出的UPS当三相负载电流不平衡时会导致三相电压的不平衡，于是就提出了三进单出（3/1）结构的UPS，如图3所示，以为这样就可以高枕无忧了。

（2）担心单进单出会造成输入配电的不平衡

图3 三进单出结构的UPS

当今三相输出的UPS都具有三相负载100%不平衡的能力，一般三相负载100%不平衡时，其电压不平衡度不会超过2%。但三进单出（3/1）结构的UPS的确有着不可靠因素，如图3所示，当输出功率为90kVA，正常时三相输入均为30kVA，达到了平衡的目的。但当UPS输出端过载、短路或逆变器故障时，为了给负载的供电不间断，旁路Bypass开关S就会自动闭合，从图中可以看出，原来提供30kVA的这一路此时就必须给出90kVA。一般的市电配电开关Si都不具有300%的余量，就会导致过载跳闸。结果没有达到供电继续的目的，反而造成负载全面断电。

为了不使上述的局面出现就必须做两件事：

一件事是将输入电路增容至原来的3倍，比如输入开关Si的容量规格增至270kVA（每相90kVA）；另一件事是将输入端（比如供电局）要求增容至原来的3倍。这其中多出的180kVA也可能几年都用不上，这又存在一个如何向上游（供电局）交代的问题。三进单出结构的UPS容量越大，这个问题就越严重。

根据目前的情况，三进单出结构的UPS一般用在30kVA以下比较合适。这一方面由于容量不大，通常容量等级本系统就可解决；尤其是用于第二代N+X模块化冗余结构最为合适，这主要是由于并联UPS各单机模块在并联情况下具有统一转旁路的特点，而且故障模块可以得到及时更换，所有模块同时因出问题而转旁路的概率又非常小，这就将转旁路的危险性降低到最小限度，提高了供电的可靠性。

5.2 冗余供电方案的可靠性

（1）双电网供电连接方式的可靠性

一般在重要的数据中心都要求双电网供电，这固然是一个好的构思，但也存在一个双电网如何连接的问题，如果连接方法不得当，也会降低供电的可靠性。图4列出了当前4种电网与UPS的连接方案。哪一种连接方式最为可靠？先分别讨论。

图4（a）所示是将双路市电接在同一台UPS上的方法。将一路市电接在UPS的旁路开关上，另一路接到UPS的输入整流器输入端。这种连接方法在前几年有一些应用，也出现了一些问题。原因是它打乱了UPS的原来设计思想：UPS的原来设计是将旁路开关与整流器的输入端连接在同一路市电上的，后来的设计者都是在这个基础上不改变原设计思路而继续增加功能。UPS原来的功能是当旁路电压出现异常时（也意味着整流器输入端的市电电压出现异常）电池放电，使输出供电继续下去。但在旁路另接一路市电时，若此时旁路电压出现异常而整流器输入电压却正常，电池就不应该放电，和原设计发生了矛盾，于是装机者一般都是现场将电池放电功能改为不放电。岂不知此时此地的信号更改打乱了原来的程序，使机器的控制和测量处于一种不正常的状态，使供电的可靠性大受影响。比如某电视台12套电视节目各接了一台60kVA双市电供电的UPS，且不说装机时的繁杂手续，就该供电系统装机以后就一直工作不正常，有时集体转旁路供电，有时故障灯闪烁，有时看不到该看到的测量信号等。该电视台在无奈之下只好在节日期间和重大活动场合责令厂家工程师到现场值班。

该连接的另一个隐患在于当整流器输入端市电故障时由电池放电，但一般双路市电供电时的电池后备时间多为30分钟左右，时间很短。值得注意的是，一般双市电供电的场合一般不容易出故障，一旦出了故障又不能即时恢复。比如一路出现故障时，这种故障有可能来自外电网，这比较好办，一般时间不会太长。万一是本部故障：比如线路老化、主断路器开关故障或配电柜大型开关故障等，在这种情况下，其修理时间远远大于30分钟，有时甚至花费几个小时或更长的时间。在这30分钟以后的时间里用电设备必须完全依靠旁路的一路自然市电，此时负载设备完全得不到UPS的保护，只好承受市电带来的各种干扰和过度的波动，轻者导致用电设备故障，重者损坏机器。所以这种供电的连接方式不可推荐。

图4 两路市电向UPS的不同接法

图4（b）所示是一种两路市电接在同一台UPS上的改进型。该电路考虑了图4（a）所出现的问题，将电路重新设计并加入了新的功能，即当UPS的旁路开关故障时，旁路市电也可通过自设的开关S将市电继续向负载设备提供，对供电又多了一层保险。不过目前这种UPS的容量还只做到30kVA。

图4（c）所示是两台并联的UPS输入端分别各接一路市电。乍看起来好像没有什么问题，即使两路市电的相位和电压有所差别（这是肯定的），但由于并联UPS的特性是最先启动的那台UPS就是主机，其余后来者均跟踪主机，所以在正常情况下不影响运行。但也正是并联UPS的这种特性也埋下了一个隐患：并联UPS具有同时转旁路的特点，从图中可以看出，一旦两台UPS转到旁路供电，除了给负载RL供电外，也把两路市电变压器并联在了一起，这时两路市电的相位和电压的差值就会在两变压器之间形成强大的环流，一直到将环路中的串联环节烧断（或旁路开关烧断、或电缆烧断、或变压器绕组烧断），环流才会停止。当然这种现象不会轻易出现，但万一出现一次，就会酿成大的事故。所以此方案不可轻易采用。

最稳妥的办法还是如图4（d）所示的连接方式，将两路市电经互投柜转化成一路后再送往UPS。这种方法的可贵之处在于不但尊重了UPS的原设计思想，而且也使负载始终处在UPS的保护之下，是一举几得的事情。

（2）UPS冗余供电的可靠性

① UPS热备份连接时供电的可靠性

以往的用户使用单机供电的比较多。随着处理数据量的增大和用户对计算机等IT设备的依赖性越来越强，作为IT设备命脉的电源就成了保证这些用户正常工作的第一要素。为了提高供电设备的可用性，单台UPS已无能力确保供电万无一失，因此不得不借助于群体的力量来实现高可用性的目标，为此多机冗余就成了必须之举。

热备份连接可用来提高可靠性。也就是说，当单台UPS已不能保证用户提出的可靠性要求时，就可以再接上一台同规格甚至可以不同品牌的单机UPS来提高可靠性。两台单机的连接方法如图5所示。

图5 两台UPS热备份连接图

这种连接非常简单，当把UPS1作为主输出电源而把UPS2作为备用机时，只需将备用机UPS2的输出与UPS1的旁路Bypass1输入端相连就可以了，不过此时UPS1的旁路Bypass1输入端一定要与UPS1的输入端断开。这样连接以后的UPS系统的可靠性就提高了。为了有一个量的概念，图6给出了单台UPS可靠性模型图。这是UPS的设计者为了提高其供电的可靠性而将市电引入旁路作为后备电源。

图6中PU是不带旁路时单台UPS主机可靠性值，设PU =0.99；PB是旁路（Bypass）的可靠性值，为了便于计算，也设PB=0.99（实际上要高得多）。也就是说，此二者的可靠性都是99%，不可靠性值（或称故障率）是1-0.99=0.01即1%。这两部分是并联冗余的关系，那麽根据可靠性并联的计算公式，单台UPS系统的可靠性P1就是：

代入数值0.99，则

图6 单台UPS可靠性模型图

从上面的结果可以看出，两个可靠性值都为0.99的单元并联后，其可靠性增加为原来的100倍，不可靠性则由原来的百分之一下降到了万分之一。

以此为基础，就可以计算热备份连接UPS系统的可靠性了。图7给出了热备份连接UPS系统的可靠性模型图。这个图是对应于图5来做的。

图7 热备份连接UPS系统的可靠性模型图

图中： PB1和PU1分别对应于UPS1的旁路可靠性和主机可靠性；PB2和PU2分别对应于UPS2的旁路可靠性和主机可靠性。

为了便于计算，仍设它们有着相同的可靠性，其值都是0.99，那么其可靠性计算公式如下：

从上式明显地看出，两台热备分连接的UPS系统可靠性比单台提高了近两个数量级。

这种系统的连接方式简单易行，即使是不同品牌的机器，只要规格容量相同就可以连接，不需再增加另外的设备。若两台不同容量的UPS相连，其容量按最小的那一台计算。

这种热备份连接方式也有它的不足之处。由于是同容量串联连接，如果一台UPS过载，则转到另一台后仍然过载，即带载能力没有加强。在实际中很少有两台以上UPS串联连接的情况，因此应用场合受到了限制。

② UPS的冗余并联连接及其可靠性

UPS的并联冗余连接可以克服上述方法的不足，图8给出了两台UPS并联连接的原理方框图。

图8 两台UPS并联连接的原理方框图

这种连接方式从表面上看更为简单，只需把两者的输出端连到一起就可以。多台相连也可以照这样把输出端连到一起，相互之间再加一些并联所需的措施，以实现并联功能。并联后的可靠性模型如图9所示。

图9 两台并联UPS的可靠性模型

仍采用上面的假设数据，其系统可靠性可根据下式得出：

从上面的计算可以看出，热备份连接的UPS系统比单机系统高出两个数量级，而其并联系统又比热备份连接的UPS系统高出两个数量级，这就从理论上定性和定量地看出可靠性的趋势是：

并联连接的UPS系统不但可靠性提高，而且带载的能力也在加强。因为是并联，在两台UPS系统中就具有着两倍的负载能力，所以在冗余的情况下，系统的过载和耐冲击能力比热备份连接的UPS系统要强得多。在非冗余的情况下，它们的并联可以增容，这也是热备份连接技术所不能实现的。

在并联模式1+N的情况下，随着并联台数的增加其可靠性也相应增加，但并联台数也不是无限的，目前最多可并联到9台，一般不超过8台。在并联模式N+1的情况下，随着并联台数的增加，其可靠性也相应降低。

③ 对并联功能的误解

有一种说法：两台冗余并联的UPS不如图10那样加一个STS切换开关可靠性高。

图10 两台UPS加STS切换结构

在这种思想的策划下，也有人花高价接受并实施了这个方案。为了说明问题，将问题简单化，假设各个设备的可靠性均为0.99，在这种情况下，两台UPS直接并联的可靠性根据式（14）的对应关系已知是0.9999，故障率是万分之一。由于STS的加入，每台UPS都和开关STS成了串联关系，由此做出了图11的可靠性模型图。

图11 图10的可靠性数学模型

由可靠性公式得出现在这个系统的供电可靠性R：

从计算结果来看，加了STS后，供电可靠性反而降到3个“9”，故障率也上升到原来的4倍，而且两倍的过载能力也没有。更何况STS的价格要比同容量的UPS贵得多，这也证明了多花钱不一定就有好的结果。

5.3 N+X模块化冗余方案供电的可靠性

（1）N+X模块化冗余简介

N+X模块化冗余方案是在单机UPS并联的思想下发展而来的，它的特点是这些小容量的UPS都集中在一个柜子里进行并联，由于重量和体积不大，一般一个人就可以插入和拔出进行更换，而且这个过程是在不停电的情况下进行的，以后又发展到在一个柜子中不但有多个并联的UPS模块，而且又引入配电单元，使一个柜子兼具供电和配电的功能，如图12所示。这就大大提高供电的可靠性和可用性。其原因是将原来需要UPS厂家、配电柜生产厂家和部分安装工程都归于一个厂家生产，增强了这几部分的连接性和匹配性，也简化了用户的对口单位。

（2）对N+X模块化冗余结构的误解

①大功率模块化概念的引入

从前面的介绍可知，N+X模块化冗余概念是以一个人的能力可以搬动为基础，而且是一个柜子中要有多个相同的模块并联，这样做的目的就是为了提高可用性，即缩短平均修复时间MTTR。但后来由于数据中心使用功率的增大，也打算用模块化，于是有的厂家就投其所好而推出数百公斤的“大功率模块”，实际上这又回到了开始时的多单机UPS并联的原始状态。那时是可以8台UPS单机并联，现在也是8台UPS单机并联；这种扩大了的概念已无法在线维修、在线更换和热插拔。不过现在已有的UPS厂家在一个机柜内放入两个模块，这些模块有的是 300kVA、400kVA、550kVA 和 600kVA等，一方面可以代替1+1冗余并联，一方面可以做成增容机型，比如600kVA、800kVA、1100kVA和1200kVA等。不过这已经脱出了N+X模块化冗余结构的范畴，如图12所示。

②认为N+X模块并联后的冗余供电系统的可靠性不如单个模块高

图12 具有供配电功能的单机柜N+X模块化冗余供电系统

持此观点的根据是：原来只有一套电路构成的环节，现在却变成多个环节，根据多一个环节就多一个故障点的理论，当然故障点就多，随之而来的就是可靠性降低。甚至断言说：当并联模块数多于8个时，系统的可靠性还不如单个模块高。

其实不然，多一个环节就多一个故障点的理论是对的，但关键是结果，即多出的这个故障点会导致什么结果。对串联环节而言，任何一个故障点都会导致系统故障；但如果这多个环节是冗余并联的，其冗余度决定了故障点的影响程度。比如系统是N+2，就表明该系统可以允许同时有两个故障点出现而还正常运行；如果系统是N+X（X＞2），表明该系统可以允许同时有X个故障点出现而正常运行。

还可用量的概念来证明N+X模块并联冗余系统的可靠性，假如设单个模块的可靠性r=0.99，在一格8模块系统中，计算7+1和6+2配置的可靠性R7+1和R6+2：

从上面的计算结果可以看出，冗余度越大，可靠性越高，换言之，故障率越低，比如R7+1的故障率约为千分之一，R6+2的故障率约为万分之一，而单个模块的故障率高达百分之一。

那么在什么情况下系统的可靠性低于单个模块？现在来讨论一下极端情况，即当式（19）中的N=∞，X=1时，则

从这个结果可以明显地看出，在N+X并联冗余的情况下，系统的可靠性永远大于单个模块，只有N趋于无穷大而X=1时，系统的可靠性才等于单个模块的可靠性，但N趋于无穷大而X=1的情况是永远不会出现的。

所以N+X模块化冗余结构是很好的供电形式，而且也是今后发展的方向。

5.4 双总线供电方案的可靠性

双总线供电方案是对并联冗余方案的一种补充。换句话说，在并联冗余时的容量已达不到要求时，只好用双总线供电方案来实现。

（1）并联冗余和双总线供电方案的目的

保证在市电出现任何状况时均能保证用电设备的电能供应不间断，因此凡是能实现这个目标的任何方案均可应用。能实现这个功能的方案很多，比如串联热备份、并联冗余和双总线等。但事实上这些方案也有优劣之分、性价比之分和可靠性高低之分，如果不能有选择地去用就会事倍功半。

（2）对双总线方案的误解

有一种说法，认为双总线供电方案是为了适应双电源服务器而出现的，言下之意是并联冗余方案不能达到为电源服务器供电的要求。

① 双总线供电方案的基本工作原理

一般采用双总线方案者多为双市电供电，这里的双总线供电有两层意思：一层意思是任何一路都具有提供两部分全体负载能量的能力；另一层意思是两路电源可以同时向双电源负载供电。但在平时两路电源又各带自己的负载。只有当其中一路电源（例如对应市电2的一路）故障时，另一路电源（例如对应市电1的一路）才通过静态开关STS2将电能引到对应市电2的一路UPS的负载上。在此期间双电源负载（例如R）也在一直不断电。即使STS2因失效而不能使对应市电1一路的UPS输出引到到应市电1的一路UPS的负载上，该双电源负载R因仍有电源供给也不会停机。

如果当一路市电（例如市电1#）故障的同时若ATS1也因故障而不能将另一路市电（例如市电2#）转接到原来市电1#供电的UPS并联组，该组UPS因失掉市电输入而改为电池供电，待电池电能耗尽前对应市电2一路UPS并联组的电压就经过STS1送到市电1#原来的负载上。

应当注意的是，由于概念的模糊一般对双电源负载用两路的同一相电压供电，即比如都用双总线两路的A相（或B相或C相）供电，在上述市电1#和ATS1同时故障的情况下，STS将应市电2#一路UPS的电压引入时，就形成了双电压负载的两个输入用了同一相电。这就带来一个隐患，一旦这一相UPS输出因连线松动、开关触点断开等原因使电压无输出时，最为关键的这个双电源负载就会停机。

应当注意的是，图12的Tier 4双总线UPS冗余供电方案中每一路的UPS不只是一台，而是n台。这里的n按照现在的并机水平应该不大于8，但绝不是1。

②并联冗余方案能不能达到上述目的？

并联冗余方案的目的也是为了实现在市电出现故障时仍能保证负载正常运行，这和双总线方案的目的是一样的。图13显示出了并联冗余方案结构原理图，图中最多并联数n一般不多于8台。不论是多少台其目的是一样的，关键是后面的配电，UPS并联后由配电柜向所有负载供电，对于双电源负载的供电方法也比较简单，从三相电源任取两相电压分别加到双电源的两个输入接口上就可以了。

当一路市电（例如市电1#）故障时，输入互投配电柜中的转换开关ATS就自动将另一路市电（例如市电2#）转接到UPS并联组，在切换时间间隔时由UPS的电池组放电来维持负载的供电不间断；

当一路市电（例如市电1#）故障的同时若ATS也因故障而不能将另一路市电（例如市电2#）转接到UPS并联组，但现在有的ATS也考虑到这个问题。有两种解决办法：一种是在原来的ATS上已预先安装一个摇把，一旦该开关的自动功能失效，就可利用此摇把手动转接到另一路市电（例如市电2#）；还有的在ATS上并联上一个旁路开关，其作用也是一旦该开关的自动功能失效，就可以手动利用此旁路开关转接到另一路市电（例如市电2#）。因此，双电源输入的并联冗余方案从输入到输出都完美地解决了不间断供电问题，实现了双总线同样的功能。

并且一旦有一相UPS输出因连线松动、开关触点断开等原因使电压无输出时，最为关键的这个双电源负载因有另一相电压仍然在供电，所以就不会停机，消除了隐患。

（3）并联冗余和双总线供电方案的可靠性比较

从上面的讨论已经可以看出并联冗余方案在8台（以后发展还可以增多）以内完成可以实现双总线供电方案的全部功能，而且设备量要少得多。但由于市场和用户的基本概念模糊等原因，目前仍有花高价实现功能的例子，而且还不在少数。机房用电量小于100kVA，但因重要性大，要求冗余。

图13 并联冗余方案结构原理图

图14 供电路径上形成节点的机构

（4）双总线供电方案可靠性降低的物理原因

众所周知，在串联电路中多一个环节就多一个故障点。实际上，在同一条供电线路上有很多节点，这些节点由端子排、汇流排、大小断路器开关、保险丝、PDU等组成。图14列出了供电路径上主要几种形成节点的机构。比如从图中的断路器可以明显地看出，开关都有输入和输出两个节点，里面的执行机构触点也是一个节点，比如从小型单相断路器看得更为清楚，在这个开关中任何一个节点断开或接触不良都会影响电流的通道，就是说这个断路器的三个节点就是三个故障点。三相开关也一样，不过它有九个故障点；但如果将输入三条线并联，将输出的三条线也并联，那就只有三个故障点。所以对任何一个开关来说至少都有三个故障点。当然所谓的故障点不一定就出故障，这是从理论上分析。图中的汇流排或端子排在一条线上就有两个故障点：一个输入，一个输出。

为了分析的方便，将双总线和并联冗余方案的共有部分，即从输入一直到UPS供电方案是一样的，所以节点情况也是一样的，不必比较。