模块化UPS系统中的IGBT短路检测功能

当模块化UPS系统中的某一个功率模块发生故障，那么故障模块就需要及时退出系统，以减少该故障功率模块对模块化UPS系统的影响，进而保证输出电压稳定。

　　在模块化UPS的研发过程中，会进行各种单一故障测试，以保障UPS功率模块在发生单一故障时，才能保证模块化UPS系统的稳定运行。其中逆变IGBT短路单一故障对模块化UPS系统的输出稳定性提出了较大的挑战。

　　IGBT短路检测功能

　　针对上述问题，逆变电源加入了独有的IGBT短路检测功能电路，结合软件算法，能快速检测出IGBT短路状态，主动控制功率模块退出系统，从而保证模块化UPS系统在单一功率模块逆变IGBT短路故障发生时，能维持逆变供电，并且不需要切换到旁路供电模式，且间断时间小于10ms。

　　有2个功率模块的模块化UPS系统(具有IGBT短路检测功能)在逆变IGBT短路下的输出电压波形。

　　将具有IGBT短路检测功能的两个UPS模块插入UPS机柜，短路其中一个功率模块的逆变IGBT，使用功率模块的故障录播功能，功率模块在发生逆变IGBT短路时会自动保存逆变IGBT短路时刻前后的输出电压波形。该波形如下：

　　根据故障录波的波形来看，输出的间断时间为8ms。很大程度上降低了负载掉电的风险。

　　人类社会的发展，离不开科学技术的发展;科学技术的发展则离不开科学的理论研究、大胆的思路创新和广泛的应用实践。不间断电源(UPS)及其供电系统也正是随着信息技术的发展广泛进入了各个领域，并根据各个领域需求的不同，以及各个时期电子技术发展水平的不同，设计者和制造商推出各种类型UPS电源设备及系统解决方案。

　　然而，通过了解客户的需求和他们面临的系统挑战，以及他们在系统运行中碰到过的问题，让专家们看到：迄今为止，只要是由AC/DC(整流器)→DC/AC(逆变器)组成的这种交流输出型UPS，无论其性能指标再高，品牌再好，都存在着一些造成系统不可靠的因素和无法避免的能耗等问题。如何解决?一些厂家和用户早在十年前就已经开始探讨，本刊也很关注。为此本期杂志在“专家访谈”栏目中刊出了以《数据中心直流输出型UPS供电系统的探讨》为题的采访文章。受访者是中科院计算技术研究所研究员张广明先生，近三年来，他对UPS可靠性及直流输出型UPS技术进行了深入研究，他对江苏盐城电信将直流电压48V提高到240V，使系统可靠性和效率得到显著提高的结果给予了充分的肯定和赞许，同时又借鉴国际、国内对直流UPS的应用需求及研究探讨，提出了直流300V输出的方案，并通过电信标准化协会开展了“数据中心直流UPS技术报告”的立项。他现在正与中达电通有限公司的一个项目研究组一道进行各项实验，现在已研制出直流350V的供电系统提供给IT设备应用。

　　科学之所以能够在探索自然的漫长征途中去芜存菁，获得卓越发展，正是得益于科学理论严密的逻辑性和科学家这种客观公正和理性执着的态度，这是人类智慧的骄傲。

　　笔者认为，事实上，科学的存在和发展中一个永恒的问题是标准与制度的矛盾。一方面，科学知识的出现必然形成相关的评判正误的标准，另一方面，科学知识出现的过程也是对原有标准突破的过程，因此，必然受到原有标准的限制，对传统UPS的革命性变革，也会有很多阻力。直流UPS的推出，不仅是UPS电源厂家的事，还需要IT设备中供电设计的改变，这将是一个重大变革。值得欣慰的是，在某单位计算中心供电机房，工程师们已经成功地使用直流UPS为大型计算中心提供不间断供电方案约4年多，到现在为止，系统可用性达到****。这种应用，如果能被广泛认可和推广，则不仅会大大提高用户供电系统的可靠性，还将为建设高效节能的社会贡献力量。我们期待，冀望这一供电技术改革成果圆满实现。

　　在计算机、服务器等设备环境中，供电系统都装有高速欠压保护和热保护电路。其主要的作用是：当电网欠压时，依靠滤波电容中的能量来维持工作，一般能够维持10ms左右。由于市电电网的供电质量达不到服务器类设备对供电的要求，因此在大型的和比较重要的计算机机房，供电基本上都是双路电源加UPS供电，以保证计算机系统的正常运行。因此，我们对计算机等负载设备供电系统的管理主要是针对双电路和UPS系统的管理。

　　突然掉电

　　故障原因：UPS过载

　　双电源固然好，但如果UPS坏了，设备照样可能断电，因为由布线图可以看出，它们是串联的。有一次，UPS电源中断输出，指示灯全不亮了，信息中心机房的所有设备全部停止运行，网络随即全部瘫痪。总经理亲自打电话到机房，要求以*快的速度恢复正常。

　　突然掉电会造成机器硬件很大的损伤，还对企业运营产生影响。庆幸的是，当时管理员都在上班。为了尽快恢复设备运行，我们首先试着重新启动UPS，居然启动成功并正常运行了。但是伴有不间断的鸣叫声，于是查看UPS维护说明，对应找到此类蜂鸣表示的故障原因——UPS过载。

　　大家很快想起在不久前刚增加一台功率500W左右的服务器，可能是它使得UPS负载超出警戒上限，*后导致自动停机保护。那为什么超载了，又没有蜂鸣报警呢?原来有人无意识地关闭了蜂鸣，没有考虑到它已经超负荷，反正能供电就把蜂鸣当作误报处理给关了。

　　根据分析出的原因，我们立刻停运了几台不重要的设备，让UPS的负载指示率低于90%，UPS又开始安静地工作了。看来使用UPS也要量力而行，我们下一步就只能增加UPS容量来解决问题。

　　UPS意外跳转

　　故障原因：地线*

　　一次市电正常，大家都能正常上网，可UPS总是跳转到电池组供电模式。在此模式下，蜂鸣总是不断地鸣叫提示。我们马上组织人员检查电路，分析故障原因。*后和机房的立式空调联系起来了，每次启动空调不一会，就自动转为电池组供电。显然这是市电输出受到大功率空调机影响所致。但是他们是分开两路单独供电的，是从不同的配电室里面的配电盘接来的，怎么会产生互相*呢?

　　带着这样的疑问，电工就顺着电线打开天花板、地板、接线盒等逐点进行排查。看是不是什么地方电路虚接到一起了，*后发现它们的零线和地线接到了一块。如此模糊的*，对UPS的影响都能被体现到，果然是个精密设备，不能有一点的含糊。

　　我们决定对空调的地线进行分开处理。分开零线和地线后，再启动空调，发现没有再出现UPS跳转电池组的情况。那么以前怎么没有表现出来呢?我们分析认为是2007年夏天太热了，空调满负荷运转，加大了功率消耗。

　　电源的质量对企业网络能否稳定、安全至关重要。但网络电源安全实际上还有很多属性，如高性能、可扩展性、可靠性、功能性、准确性和可用性等。为了使企业网络电源能持续稳定地运行下去，除了平常的规范使用外，周期性地利用各种测试工具，对网络电源环境实施维护测试也是必须的。整个机房供电安全系统，需要技术人员认真维护，并要做好日常排查工作，及时发现问题，分析处理非计划停机造成的影响等。

　　双电源跳转失败

　　故障原因：金属生锈

　　我公司以前旧的机房空间狭小，屋内的配套设施不完备，导致问题百出，给正常的业务办理带来很多麻烦，其中的供电系统就是维护重点。在公司季度停电检修中，双电源自动转换开关在正常的转换中失败了，没有能自动跳转，静静地一点反应也没有。同时，备用的电源就没有起到应有作用，UPS上的市电显示灯没有输入电显示。

　　看到这种情况，部门所有的人员都齐聚来查找故障原因。我们断开电源，使用工具打开转换开关，发现里面所有的接触开关上的金属触点都生锈了，金属生锈导致自动跳转失灵。幸运的是，开关绝缘做得不错，没有发生短路。我们估计生锈有两个原因：长时间没有使用该功能，化工企业环境条件比较差。经过一番清理除锈工作，我们重新安装好了开关，然后手动转换恢复供电。

　　经过这件事情，我们总结的经验是，双电源转换开关一定要有专人维护，定期查看组件损坏情况，及时更新。值得注意的是，由于转换开关上面的接线比较多、比较紧凑，拆卸和使用的时候一定要小心谨慎。我们就曾经经历一次双电源开关损坏的情况。当时是在一次机房改造搬迁中，旧的开关在拆卸时因用力过猛而导致里面固定座脱落，跳转功能丧失，*后只能更换一个新的。