某数据中心UPS供电系统在线升级改造设计

　　目前，UPS设备的升级一般采用的是离线式升级方法：首先关闭旧UPS，负荷停电;然后接上新UPS，再合闸送电。这样的做法容易实现，被广泛采用，但是会造成对负荷的供电中断。除此之外，还有一种在线升级的方式，可以实现不停电升级UPS设备。但是这种做法操作复杂，对环境和操作人员的要求很高，且风险很大，不容易实现。因此，这种方式被业界称为一种理想状态，也是一个公认的难题。通过对多次实地考察，考虑到后端负荷的重要性，本次升级改造选择了难度较大的在线切换的方式。

　　1 原有办公UPS供电系统

　　原有办公UPS供电系统为单总线UPS供电系统，由市电输入、ATS互投、办公UPS系统及各级配电单元组成，系统框图见图1。

　　由大楼配电室的两个变压器提供两路电源，并通过ATS设定主路和备路，将主路市电输入电源供给UPS系统。UPS供电系统经输出配电单元为机房配电单元(PDU)供电。原有办公UPS系统由两台80KVA的UPS单机设备配置成“1+1”的并机冗余系统。按照GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》的规定，不间断电源系统的基本容量要大于计算负荷的1.2倍，“1+1”并机冗余的办公UPS系统能提供的最大供电容量约为66.6KVA，不能满足机房增加设备后的供电需求，必须进行全面的扩容改造。

　　2 UPS供电系统在线升级改造设计

　　(1) 在线升级的实现——旁路并联方式

　　从一般原理上讲，由同一路市电供电的普通在线式UPS都可以直接并联。因为在这种情况下UPS的逆变器永远在跟踪旁路市电，由于这些UPS都在跟踪同一路市电，也就相当于互相在相位上跟踪，这些UPS在频率和相位上都是一致的，所以可以并联。但是这种并联方式是不安全的，主要是因为：

　　相位有超前和滞后之分，一般大容量UPS的相位跟踪在。如果并机的两台UPS一个是，一个是，那么两台UPS并联后相位就有可能相差，这就可能使得输出电压相差30V，这将会在UPS间形成很大的环流，使逆变器因过载而烧毁。

　　不同UPS的逆变参数和变压器参数的微小差异会导致输出电压不一致，也会在UPS的输出端形成很大的环流。

　　综上所述，不加任何措施的不同的UPS是不可以直接并联的。但是，要实现数据中心UPS供电系统的在线升级，就必须要实现不同UPS的并联，那么如何实现呢?本文采用了通过旁路并联的方式实现了不同UPS的直接并联。

　　旁路并联方式就是将需要并联的UPS都转到旁路供电方式，再进行并联的方法。实现旁路并联的先决条件是各UPS的旁路来自同一路电源。这是因为同样的电源具有相同的幅值、相位和频率，可以直接并联。下面举例说明如何利用旁路并联的方式进行UPS设备的在线升级。

　　如图2所示，UPS1是大楼原有的UPS供电平台，断路器Q1处于闭合状态，由UPS1为负荷供电。现在需要将UPS1的负荷全部切换到UPS2上。和UPS2是两套不同型号不同品牌的设备，是不可以直接并联的。采用旁路并联的方式，将两套UPS都转至手动维修旁路;确认Q1和Q2断路器的相序一致，压差在合理范围内;闭合Q2，这时UPS1和UPS2处于旁路并联状态，负荷均分在两套UPS上;最后断开Q1，UPS1退出系统，负荷全部由UPS2供电，完成了UPS在线升级的整个过程。

(2)方案设计

　　现将原有办公2×80KVAUPS供电系统扩容升级为2×200KVAUPS供电系统，考虑到机房现有的空间和冷量限制，将新增200KVAUPS放置在原有80KVAUPS的位置，这就需要将原有UPS拆除后，再安装新增的UPS设备。为了实现不间断供电，决定增加一个临时UPS设备，在拆除原有UPS的期间为负荷供电。整个在线升级改造的方案为：将原有UPS的负荷全部切换到临时UPS;再进行原有UPS的拆除和新增UPS的安装工作;最后再将临时UPS的负荷全部切换到新增UPS。整个流程的示意图如图3所示。

原有2×80KVAUPS和新增2×200KVAUPS的配电结构图见图4，80-1#和80-2#UPS各有一个输出开关，临时UPS的输出接到Q3;原有80KVAUPS拆除后，200-1#和200-2#在输出侧分别接到Q1、Q2。根据系统的配电结构，整个UPS切换流程如图5所示。

　　80KVAUPS切换至临时UPS流程：首先将临时UPS安装就位，临时UPS的输出电缆接到Q3的上口，Q3处于断开的状态;将80-1#和80-2#UPS转至手动旁路状态，再将临时UPS转至手动旁路工作状态;查确Q1、Q2、Q3的相序一致，且压差不超过10V(否则操作回滚，查明原因后再继续操作);闭合Q3，这时80KVAUPS与临时UPS处于旁路并联状态，负荷均分;然后依次断开Q1和Q2，负荷全部转移到临时UPS上，临时UPS转至逆变工作状态，切换过程完成。

　　负荷切换到临时UPS后，进行原有80KVAUPS的拆除和新增200KVAUPS的安装工作，完成后进行临时UPS切换至新增200KVAUPS的工作。

　　临时UPS切换至200KVAUPS流程：200KVAUPS安装就位后，输出电缆接到Q1、Q2的上口，Q1、Q2处于断开状态;将200KVAUPS转至手动旁路工作状态，再将临时UPS转至手动旁路状态;查确Q1、Q2、Q3的相序一致，且压差不超过10V(否则操作回滚，查明原因后再继续操作);闭合Q1、Q2，这时200KVAUPS与临时UPS处于旁路并联状态，负荷均分;然后断开Q3，负荷全部转移到200KVAUPS上，200KVAUPS转至逆变工作状态，切换过程完成。