串联冗余体系与并联冗余或“N+1”体系

串联冗余体系

     串联冗余装备有时也称为“N+1”体系，不过，它与通常情况下用 N+1 表示的并联冗余装备并不相同。串联冗余规划概念既不需求并联总线，也不要求模块的容量有必要相同，甚至不要求模块来自同一个制造商。在该装备中，正常情况下由一个主要的或“主”UPS 模块为负载供电。同时，一个“串联”的或“辅助”的 UPS 为主 UPS 模块的静态旁路供电。该装备要求主 UPS 模块的静态旁路具有独自的输入电路。这种方法能够在保留现有 UPS 的情况下，对之前的无冗余装备进行扩大，以获得一定程度的冗余。下图显现了串联冗余 UPS 装备。

    在正常运转条件下，主 UPS 模块将承当起悉数要害负载的供电，串联模块不承当任何负载。一旦主模块负载转换到静态旁路上，串联模块将即刻承受主模块的悉数负载。因而，有必要仔细选取串联模块，以确保它能够敏捷承当起负载。假如它不能完结该任务，它自身或许能够转换到静态旁路，但这样一来，便使得该装备计划所供给的冗余维护消失殆尽。

    对于这两个模块而言，只需将负载转换到另一个模块，便可轻松供给服务。因为输出线路仍存在单毛病点，因而，维护旁路仍然是一项重要的规划功用。尽管该装备计划的可靠性提高了，但往往却被开关装置及相关控件的杂乱性所抵销。分析指出为体系添加杂乱性和额外的组件不可避免的添加了潜在毛病的概率。当考虑到人为失误和组件老化的影响，串联冗余的缺乏就变得愈加明显。串联冗余体系的运维比非串联冗余体系要杂乱得多，并且人为失误发生的几率也要高得多。

 

并联冗余或“N+1”体系

在并联冗余装备计划中，当单个 UPS 模块呈现毛病时，无需将要害负载转换到市电。所有 UPS 的用处都在于维护要害负载不受市电改变及断电的影响。随着数据重要程度的提高以及危险承受能力的降低，转换到静态旁路和维护旁路的理念已逐步被视为应淘汰之举。但 N+1 体系规划仍需静态旁路，并且大多数 N+1 体系都具有维护旁路，因为它们仍起着无足轻重的效果。上图显现了一个典型的双模块并联冗余装备。从图中可看出，尽管该体系供给了单个UPS模块毛病维护功用，但在并联总线中仍存在单毛病点。与“N”装备计划相同，为了断开并联总线以进行定时维护，在规划该计划时也应着重考虑维护旁路电路。

在并联冗余装备计划中，多个并联的容量相同的 UPS 模块共用一条输出总线。假如“备用的”电量至少等于一个体系模块的容量，则体系为 N+1 冗余；假如备用的电量等于两个体系模块的容量，则体系为 N+2 冗余；以此类推。并联冗余体系要求采用同一制造商出产的相同容量的UPS 模块。UPS 模块通过外部的体系并联电路板进行同步，有时 UPS 模块本身也嵌入这种功用。某些情况下，并联功用也控制模块间的电流输出。

各个 UPS 模块之间彼此通讯，以发生彻底同步的输出电压。并联总线应具备监控功用，以显现体系负载以及体系的电压与电流特征。此外，并联总线还有必要能显现并联总线上的模块数量，以及需求多少模块才干确保体系冗余。一条公共总线上能够并联的 UPS 模块的数量存在一个逻辑上限，对于不同的 UPS 制造商而言，该最大值也不同。在正常运转条件下，并联冗余规划中的UPS 模块均匀分摊要害负载容量。假如从并联总线上取下一个模块进行修补（或许假如某个模块因内部毛病而停机），则剩下的 UPS 模块有必要立即承当起发生毛病的 UPS 模块的负载。因为有了此功用，因而能够从总线中取下任意一个模块进行修补，而无需将要害负载直接连接到市电。

N 装备示例中面积为 465 平方米（5000 平方英尺）的计算机房，假如采用该计划，则需求 2 个400kW 的 UPS 模块，或 3 个 200kW 的 UPS 模块并联在一条公共输出总线上，以供给冗余。并联总线的规划容量为体系的非冗余容量。因而，包含 2 个 400kW 模块的体系，其并联总线的额外容量为 400kW。

在 N+1 体系装备计划中，UPS 容量能够随负载的添加而添加。通常会设置容量触发机制，当容量百分比达到某个水平时，就应当添加新的冗余模块。UPS 容量越大，装置新 UPS 模块的难度越大。大型的UPS模块可能重达数吨，需求特别的传动装置才干将它们安置就位。UPS 房间中通常会为这种大型模块预留位置。因为将大型 UPS 模块安放在任何房间中都存在一定的危险，因而，这种部署有必要进行缜密规划。

在规划冗余UPS体系时，体系功率是一个着重考虑的重要因素。一般来说，负载较轻UPS模块的功率要低于负载接近于其额外容量的UPS模块。下表显现了为 240kW 负载供电时，采用不同容量 UPS 模块的体系的负载分配情况。如表所示，为特定使用环境所选的模块大小会严重影响体系功率。低负载情况下任何特定 UPS 的功率因制造商而异，在规划过程中应对具体数据进行调查。

 

 

串联冗余与并联冗余各自的长处

①串联冗余的长处

• 产品的挑选很灵敏，可以混用不同制造商或不同类型的产品。

• 具有 UPS 容错功用。

• 不需要同步设备。

•  对于双模块体系而言，相对比较经济。

②并联冗余“N+1”体系的长处

•  因为在一个UPS模块呈现毛病时有其他冗余容量可用，因此该方案的可用性要高于“N”装备。

•  因为运用跟梢的断路器，并且模块一直在线（无递加负载），与串联冗余相比毛病率低。

• 可根据电力需求的增长进行扩展。在同一设备中可以同时装备多个单元设备。

• 硬件的安置不只设计概念简单，并且本钱低廉。

 

串联冗余与并联冗余各自的缺陷

①串联冗余的缺陷

• 依赖于主模块静态旁路是否能从冗余模块正确接收电力。

•  如果电流超出逆变器的容量，则要求两个 UPS 模块的静态旁路都有必要能正常运转。

•  辅佐UPS往往长期作业在0%负载的条件下，当主UPS模块转化到旁路时，辅佐UPS模块有必要能够处理忽然的负载变化。

•  开关设备及相关控件不只复杂，并且贵重。

•  因为为坚持电源不间断而设置的辅佐UPS作业于0%负载情况下，成本提高了。

•  体系复杂：双模块体系至少需要一个电路断电器，以便在市电与作为旁路电源的另一UPS之间进行挑选。

•  两个或多个主模块需要选用特别的电路来启用冗余模块或作为旁路电源的市电（静态转化开关）。

•  每个体系一条负载总线，因此存在单毛病点。

②并联冗余“N+1”体系的缺陷

• 两个模块有必要选用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的技术与装备。

• UPS 体系的上游与下流仍存在单毛病点。

•  如果在单个UPS体系模块和其电池以外的下流设备维护期间，负载会处于无维护电源下。

•  如果并联连接板，或者并联控制器以及其下流设备要求维护，负载会处于无维护电源下。 

•  因为各个UPS设备的利用率均低于100%，因此运营功率较低。

•  每个体系一条负载总线，因此存在单毛病点。

 

串联冗余与并联冗余区别

•  并联冗余要求必须使用相同的UPS模块；串联无此要求，甚至可使用不同厂家不同容量模块。

•  并联冗余设计中的UPS模块均匀分摊关键负载容量；串联冗余设计中主UPS模块承担起全部负载的供电。