UPS可靠性和可用性

摘 要：本文通过日常UPS的维护中容易出现的问题,提出了可靠性和可用性的概念,并对UPS可靠信和可用性进行分析,比较了二者的差别,提出了在UPS的维护中,提高其可靠性和可用性的方法.

关 键 词：UPS可靠性可用性分析

中图分类号：TN9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）10-0037-01

市电电网容量的不足,输变电和配电设备的质量问题,各负载设备配置的不合理性,设备之间的相互影响,以及供电系统中各类非线性负载的增加,电力电子变流装置的广泛应用等因素,使得系统终端的供电质量不断恶化.为此,就提出了"可靠性"与"可用性"的概念,并用一些相应的量和表达式去描述它.UPS不但属于精密电力电子设备,同时为整个机房数据中心提供可靠不间断的电源及可靠的后备保障,在UPS的维护使用中,“可靠性”和“可用性”概念更为重要.

1.UPS系统的可靠性和可用性介绍

1.1UPS可靠性

（1）UPS单机的平均无故障工作时间（MTBF）.在UPS供电系统中,常用MTBF来评价UPS的可靠性.它代表的物理含义是：从UPS投入运行起,直到因UPS供电系统中的某个关键器件出故障,并最终导致在其输出端出现停电故障时为止的平均工作时间.

（2）UPS逆变器的MTBF.它代表当UPS被置于没有交流旁路工作状态下运行时,从UPS投入正常工作时起到因故使UPS的逆变器进入自动关机,并造成UPS停止输出时的平均无故障工作时间.这是因为：在此条件下,一旦在输入电源出现瞬间供电中断,就会造成“网络瘫痪”故障的发生.因此,对于机房UPS而言,这个MTBF参数是判断UPS选型是否合理的最重要的指标之一.

（3）UPS单机的MTBF.它表示UPS在进入逆变器自动关机状态时,被自动切换到交流旁路工作状态后,又遇到输入电源出现停电事故或因旁路静态开关失效而导致UPS输出停电故障的平均无故障工作时间.显然,这个MTBF值大小不仅与UPS的质量高低有关,还与市电电网的停电几率密切相关.对于UPS逆变器来说,它的总失效率λ应该是位于逆变器供电通道内所有元器件的失效率之和.

1.2UPS的可用性A（t）

按相同分布单元K/N系统的可用度理论分析可知,则该系统的稳态可用度A为：

由此公式和数据计算可以得到以下一般性的结论：（1）同一系统,可靠性越高、可维护性越高,即单元故障率λ越小,维修率μ越大,系统可用性越高.（2）对于“N+X”冗余系统,当X一定,N的数量越大,可用性反而减低；当X一定,X越大,可用性越高.当X等于0,即无冗余状态下,随着并联UPS的增加,系统可用性降低,因此,应避免并机扩容而无冗余这种系统.（3）在UPS同样修复率而不同故障率的情况下,从表中可以看到,故障率越高,系统可用性越低.（4）在UPS同样故障率而修复率不同的情况下,从表中可以看到：降低故障恢复时间是提高可用性最有效的方法,也是未来UPS发展的必然趋势.

2.可用性和可靠性的关系

UPS的可用性A（t）表示在UPS运行中,其正常工作时间与总工作时间的比值.一套UPS供电系统的可用性A（t）值的大小同时取决于UPS的平均无故障工作时间（MTBF）和它的平均修复时间（MTTR）.

由上式可见：其中的MTBF值反映的是UPS的可靠性的高低,而它的MTTR值则代表从UPS供电系统发生故障起直到维修人员赶到现场,将其修好,并重新将UPS投入正常运行所需的平均修复时间.

对于一个不可维修的系统,随着时间变得无限大,可用性渐渐地趋近0；当系统可维修时,可用性将趋向于某个有限值,这个有限值是系统故障频率和修复速度的函数.在这两种情况下,我们都检测定系统在时间t等于0的时刻运行正常.

一个单元或系统,在时刻0到时刻t的间隔内正常运行的概率.可靠性通常低于可用性,因为可靠性要求系统在[0,t]的整个时间段内必须正常运行；而对于可用性,要求就没有那么高：系统可以发生故障,然后在时间段[0,t]内进行修复.修复以后,只要系统仍能够继续运行,继续运行的时间仍然可以被计入系统的可用性.因此,可用性通常大于可靠性.即

A（t）>P（t）

如果系统是不可维修的,那么在[0,t]时间段内无法完成维修,当然也无法继续运行.这样一来,可用性就等于可靠性.即

A（t）等于P（t）

可见,修复时间是最关键的指数之一,修复时间的长短,直接关系到系统的可用性指标.

3.如何提高UPS可靠性和可用性

（1）提高可靠性即可以理解为增加平均无故障时间MTBF,这是多方面的,提高设备质量性能,减少外部环境对设备的破坏性影响,最大保证无故障运行时间,既是提高可靠性的保障措施.（2）提高可靠性还可以通过提供冗余系统,即UPS并机、双母线系统等等.（3）系统可用性可以通过系统内部模块冗余来改进提高.同样UPS并机系统中一台设备故障,另一台设备正常使用,对于这个系统来说同样为使用状态.（4）从提高输入电源的供电可靠性入手,降低在UPS的输入端上出现的停电几率的办法来消除UPS在因故转入交流旁路供电状态时,可能发生的输出停电故障隐患.（5）从缩短UPS停机检修时间着手降低它的MTTR值,以便在UPS出故障后,能在尽可能短的时间内使它重新恢复正常工作.（6）采用“N+1”或“N+X”冗余并机系统设计的办法来提高UPS供电系统的容错功能.

4.结语

UPS已经成为当今数据机房不可缺少的重要组成部分,如何保证机房可靠运行,最低程度降低风险及损失,其中UPS可靠性及可用性保障就成为确保机房稳定性的主要措施.

通过定期性预防维护、及时更换老化及达到使用年限设备、增加系统冗余,提高维护队伍的技术水平、做好后备设备及备件的仓储能力、寻找技术先进怎么写作优良的代维企业、同时提高机房维护意识、认清UPS的重要性的同时重视维护性、确保UPS优越的可靠的运行环境、及时的后台监控确保设备可靠运行及时发现设备不良报警等等、大大提高UPS可靠性及可用性,这些都是确保机房设备正常稳定运行必要措施,从而能大大降低维护成本,预防高风险损失.