国技术应用　豳栏且编辑：粱春丽Ｅ—ｍａ　ｈａｎ　ｚｉ５０５＠１５３　ｃｏｍ　一四川省农村信用社计算机中心王世斌陈智　～、引言　随着企业信息化的高速发展，越来越多的企业开　始新建数据中心或对原有机房进行改造，以适应日益丰　富的业务和应用需求。而电源作为数据中心最重要的　基础要素之一，其可靠性直接关系到为各类业务和应　用提供服务支撑的相关设备能否长时间持续、稳定地　运行。因此在进行数据中心建设或改造时，必须考虑如　何提高ＵＰＳ系统的可靠性，同时又要尽可能地降低建设　成本，还要兼顾施Ｔ简便、建设周期短、对原有系统影　响最小等因素。在此，笔者根据本单位ＵＰＳ系统扩容实　践，罗列出常见的几种ＵＰＳ系统冗余设计方案，并逐一　分析其可靠性，以供大家在进行ＵＰＳ系统设计和改造时　参考　＝、可靠性数学模型　可靠性的指标之・是可靠度，它是指在规定的时间　内和规定的条件下，某产品完成规定功能的概率。它是　时间的概率分布函数，记作Ｒ（ｔ）。表示某产品在时刻０　处于完好状态时，从０时刻到时刻ｔ的时间间隔内正常工　作的概率，即　｛Ｒ（ｔ）＝Ｐ（　＞ｆ）｝　（１）　可靠度Ｒ（ｆ）的时间分布曲线如图ｌ所示。　产品的可靠性随着工作时间的延长而降低。由图ｌ　可见，当ｆ＝０时，　（０）＝１；当ｔ－￣时，　（。。）＝Ｏ。我们把　寸刻　尚未失效的产品，在该时刻后的单位时间内发生失效　的概率与阳寸刻尚未失效的产品数之比称为瞬时失效率　（Ｆａｉｌｕｒｅ　Ｒａｔｅ），用　（ｆ）表示，简称失效率。它反映产品在ｆ　时刻失效的速率，也称为瞬时失效率。可靠性　与失效率　的关系为：　尺（ｔ）＝ｅ　（２）　对可维修产品而言，其平均寿命是指２次故障间的　时问平均值，称平均故障间隔时间（ＭＴＢＦ　Ｍｅａｎ　Ｔｉｍｅ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｆａｉｌｕｒｅｓ）。它代表的物理含义是某产品２次故障　之间系统能正常工作的时间的平均值。　．‘ｍ　，＋　ｌ　ＭＴＢＦ　Ｒ（ｔ）ｄｔ　Ｊ】　…ｄｔ　（３）　从式（３）可以得出，产品的平均无故障工作时间与　瞬时失效率成倒数关系。产品的瞬时失效率越低，其平　均故障间隔时间就越长。在本文中，我们讨论的产品指　ＵＰＳ系统和相关的供配电设备。　三、可靠度计算方法　对于由单一设备组成的系统，设备的可靠度就是系　统的可靠度。对于多个设备组成的系统，主要有以下几　种类型。　（一）串联系统　串联系统的结构如图２所示。　Ｒ１　Ｒ３　图２串联系统结构　Ｒ～　一…～

一　串联系统的各个部分只要有一个部分发生故　障，都会引起整个系统的失效，所以串联系统的总可　靠度Ｒ（ｔ）为：　Ｒｓ（ｆ）＝Ｒ。（ｆ）・Ｒ２　‘Ｒ３（ｆ）…　（４）　由式（４）可以看出，一个系统中串连的设备越多，　其可靠性也就越低。一个系统中结点数越多故障率越　高就是这个道理。　（二）并联系统　并联系统的结构如图３所示。　一Ｒ１豳一Ｒ３＿：Ｒｎ’一！Ｒｎ　图３并联系统的结构　并联系统各组成部分必须同时发生故障才引起整　个系统的失效，所以并联电源系统的总可靠度　（Ｉ）为：　Ｒ　（ｆ）：１一［１－Ｒ。（ｆ）］・［１—　：　］…［１胡　（ｆ）］｝（５）　（三）组合系统　组合系统一般为串、并联的组合，其计算公式需根　据实际情况进行确定，一般为式（４）和式（５）的组合。　圈　ＵＰＳ冗余设计方案　根据最新的《电子信息系统机房设计规范》　（ＧＢ５０１７４—２００８）的要求，特别重要的机房必须配置　ＵＰＳ系统，并目有一定的冗余。这就要求在进行ＵＰＳ系统　设计时，必须至少配备２台以上的ＵＰＳ。最常见的有２台　ＵＰＳ系统互为主备式输出，２台ＵＰＳ系统１＋１并机输出，２　台以上ＵＰＳ系统冗余设计主要　台并机冗余，ｎ＋ｌ（妇≥　２）冗余，力＋门（ｎ≥）冗余等方式；但基于经济性的考虑，　常见的有３台并机、２＋１冗余、２＋２冗余几种方式。下面根　据可靠度计算的方法分别计算各冗余方案的可靠性。　五、常用ＵＰＳ冗余系统可靠性计算　（一）２台ＵＰＳ　１＋１冗余并机输出的可靠度　２台ＵＰＳ系统１＋１并机冗余，其电源输出可分为单路　输出和多路输出（通常为２路）２种模式。　１．单路输出系统的可靠度　２台ＵＰＳ　Ｉ＋１冗余并机单路输出系统的电路模型如　图４所示。　…………．，：技ｌｉａｎｇｌｉ术ｚｉ５０５应＠１６３．用ｃｏｍ６３　ｃｏｒｎ圜　栏目编辑＋梁春丽Ｅ—ｍａｌＩ■ｉｌ一　图４　２台ＵＰＳＩ＋Ｉ冗余并机单路输出系统的电路模型　我们假设各供电部件的可靠度均为９９．９％，即　０．９９９，见表１所列。　表１各供电部件的可靠度　２台ＵＰＳＩ＋Ｉ冗余并机单路输出系统可靠度计算为：　Ｒｓ－Ｒｌ　ｘ［１一（１一Ｒ２）２１×　３ｘＲ４ｘＲ５ｘＲｓ－０．９９５　００８　８（６）　２．双路输出系统的可靠度　２台ＵＰＳ　１＋１冗余并机双路输出系统的电路模型如　图５所示。　Ｒ５　Ｒ６　图５　２台ＵＰＳＩ＋Ｉ冗余并机双路输出系统的电路模型　其可靠度计算为：　Ｒ　＝　ｌ×【１一（１一Ｒ２）２１ｘＲ　３　Ｘ【１一（１一Ｒ４ｘＲ　５　ｘＲ６）　】　＝０．９９７　９９１　１　（７）　由式（６）及式（７）的计算结果可见，对于有冗余电　源的负载设备，２台ＵＰＳ系统采用１＋１并联时，应采用双　路输出分别给设备供电，以获得更高的系统可靠度。　（二）３台ＵＰＳ冗余并机的可靠度　３台ＵＰＳ可以组成３台并机单路输出、３台并机双路　输出及２＋１并机３种冗余方案，下面分别计算器可靠度。　１．３台并机单路输出冗余系统的可靠度　３台并机单路输出冗余系统给设备供电的电路模　型如图６所示。　其可靠度计算为：　ＮＡＮｃ　Ａ　ｃｏＭ　ＵＴＥＲ　Ｉ　９３　墨　墨　■　田　墨■　匾　墨　疗，　。　图６　３台并机单路输出冗系统的电路模型　＝　１×［１－（１－　２）　】ｘＲ３ｘＲ４×　５×　Ｒ　＝０．９９５　００９　９　（８）　从式（６）和式（８）的计算比较可见，在单路输出　的情况下，仅仅增加并机的ＵＰＳ主机数量，并不能明显　提高整个系统的可靠度，只是提高了荣誉系统的负载　容量。　２．３台并机双路路输出冗余系统的可靠度　３台并机双路输出冗余系统给设备供电的电路模　型如图７所示。　图７　３台并机双路输出系统的电路模型　其可靠度计算为：　Ｒｓ＝Ｒｌ×【１一（１一Ｒ２）３１×　３×［１－（１－Ｒ４ｘＲ５×　６）　］　＝０．９９７　９９２　１　（９）　３．２＋１并机双路输出系统的可靠度　２＋１并机冗余系统指的是其中２台采用１＋１并机单路　获双路输出的方式，另外一台采用单独输出的方式，对　于有冗余电源的负载，则分别接至这２路电源，没有冗　余电源的设备则接在１＋１并机输出的电源上。这种冗余　系统的电路模型如图８所示。　图８　２＋１并机双路输出系统的电路模型　９４　ｌ；　黧　ｏＭＰＵＴＥＲ　ｏＦ　ＨＵＡＮＡＮ　其可靠度计算为：　Ｒｓｌ＝［１一（１一　２）　］ｘＲ３　ｘＲ４　ｘＲ５×　６＝０．９９６　００５９　９６　／ｉｔｓ２＝　２　ｘＲ３×　４×　５×月６＝０．９９５　００９　９９　ｌ×（１—　１）×（１　２）＝Ｏ．９９８　９８０　０８５　（１０）　通过式（９）和式（１０）可以看出，对于采用３台ＵＰＳ　系统组成的冗余电源系统，２＋１冗余方式的可靠性ｔＬ３台　并机的可靠性更高。　（三）４台ＵＰＳ系统组成的冗余系统　对于南４台ＵＰＳ组成的冗余电源系统，通常采用将　２台ＵＰＳ组成１＋１并联冗余，再与另外２台组成的Ｉ＋Ｉ并联　冗余系统进行总体并联，双路输出，其电路模型如图９　所示。　图９　４台ＵＰＳ组成冗余系统的电路模型　其可靠度计算为：　己　’；尺１×［１一（１－尺２）　］ｘＲ３×【ｌ一（１－　４×　５ｘＲ６）　】　由式（７）可得：　Ｒｓ＝ｌ一（１胡ｓ’）　＝０．９９９　９９５　９６　（１１）　由式（１　１）的计算结果可以看出，４台ＵＰＳ采用２组　１＋１冗余并机的系统可靠性大大提高。　六．应用实践　笔者单位目前的现状是２台ＵＰＳ组成１＋１并机双路　输出的模式为负载供电（电路模型如图５所示），考虑到　今后机房内新增设备的供电需求和机房内的实际容量，　再新增ｌ台ｕＰＳ￣ｌＪ可满足需求。此时，双路输出的方案面　临以下几种选择。　（一）３台ＵＰＳ并机　即新增加的１台ＵＰＳ主机加入到原有的１＋１并机　系统。这种方案具有施工简单、建设周期短、管理简　单、容量增大等优点，但是整个系统的可靠性和２台　１＋１并机双路输出相比几乎没有得到提高（仅仅提高了　０．０００１％），而且在将新的ＵＰＳ主机并入到原有系统的过　程中，必将对原有系统进行停机断电处理，这样将使得　姗　用　应一　圆　

血盘　童童　嘻　皿　皿　皿　皿　■■圜Ｉ　所有的负载全部宕机，这对接有企业核ｆ　生产系统的负　载来说是不可容忍的。此外，如果原有１＋１供配电系统　的输入与输出电力线缆的线径是按照标准配置，没有考　虑今后的扩展，在并入新的ＵＰＳ之后，原有线缆的直径　将不能满足使用需求，势必重新布放ＵＰＳ的输入与输出　电力线缆，这将大大增加整个工程的造价，其性价比也　将大大降低。因此，这种方案仅适合可以对负载进行停　机、而且原有电力线缆的线径符合扩容要求的情况。　（二）采用２＋１并机双路输出的方案　即保持原有的２台ＵＰＳ　１＋１并机输出系统不动，新　增的ＵＰＳ组成单独的系统为负载供电。这种方案的优　点是显而易见的：首先整个系统的可靠性得到了较大的　提高（提高了０．０９９％）；其次由于新增的ＵＰＳ独立于原　有系统，因此新增Ｔ程的实施不会影响原有系统的正　常使用，负载不需要断电，能很好地保护原有系统的正　常运行。此外，新增ＵＰＳ系统电力线缆的线径设计更灵　活，施工更方便。　基于以上分析后，ＵＰＳ系统扩容拟采用２＋１并机　双路输出的方案。目前已通过项目立项论证，即将开　眙实施。　七．分析总结　通过以上计算结果可以看出，要提高系统的可靠　………一：技ｌｉａｒ　ｉｌｉ术ｚｉ５０５应＠１６３．用ｃｏｍｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｌｉｚｉ５０５＠ｌ６３　ｃｏｒｎ园　栏目编辑梁春丽Ｅ一■　西　度，必须整体考虑，尽可能消除单点故障，亦即尽量做　到每一个故障点都有冗余。因此，对于常见的２台ＵＰＳ　冗余系统，宜采用１＋１并机双路输出的形式给负载供　电；对于３台ＵＰＳ组成的冗余系统，宜采用将２台１＋１并　机，另外一台独立供电的方式给负载供电；４台ＵＰＳ系统　宜采用２组１＋１并机双路输出的方式给负载供电。　当然，在实际建设过程中，除了对以上ＵＰＳ冗余结　构的考虑外，还要结合其他因素，如ｕＰＳ主机及供配电　系统中其他设备自身的可靠性、施Ｔ的难易程度、整体　性价比、管理与维护的方便性，以及施工或改造过程中　对原有系统的影响等综合考虑。若将以上所有因素全　部结合起来，必将能找到最适合的方案。　参考文献：　［１］王其红．电工基础教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２００７．　［２］中华人民共和国工业和信息化部．　电子信息系统机　房设计规范［Ｍ］．北京：中国计划出版社，２００９．　［３］潘波．如何提高广电行业机房供电系统的可靠性【Ｊ］．　ＵＰＳ应用，２０１０．　［４］４王亚平．数据库系统工程师教程［Ｍ】．北京：清华大学出　版社，２００５．