并行方案为满足组织的发展需求并扩展现有UPS系统的价值提供了一个绝佳的解决方案。本文档概述了集中式和分布式旁路系统的主要区别和常见问题，以帮助您为组织选择合适的解决方案。.
对并行UPS系统的需求
不间断电源 (UPS) 系统为电子系统提供持续供电，以保护各行各业的关键数据。如果 UPS 逆变器因任何原因关闭，它会切换到内部旁路路径，导致关键负载处于无保护状态，直到 UPS 重新启动。.
并联运行可延长UPS的正常运行时间，提供更大的容量和/或冗余。在市电电压骤降、断电、浪涌、欠压和频率超出容差范围等情况下，并联系统仍能持续为关键负载供电。电源保护系统的架构旨在防止重要电子数据丢失，最大限度地减少设备停机时间，并最大限度地减少意外电源问题对生产设备的不利影响。.
大型数据中心、医院和银行等机构越来越意识到，即使是短时间的电力供应，使用电网也存在着显著的风险。由于停机成本和数据丢失风险极高，这些机构正在部署冗余的UPS系统，以确保即使在UPS发生故障的情况下也能保证不间断供电。.
并联技术如何提高电力可靠性
并联配置是指两个或多个UPS通过电气和机械连接形成一个统一的系统，只有一个输出端口——用于增加容量或实现冗余。在N+1冗余配置中，UPS模块的数量至少比负载所需数量多一个。作为一个统一的系统，每个UPS都可以在需要时接管另一个UPS的负载，而不会中断负载保护。.
冗余UPS配置旨在确保即使配置中的一个或多个UPS发生故障，关键工作负载仍能得到保护。并行冗余配置，包括N+1和N+N架构，是最常见且有效的配置方式之一。.
在冗余并联系统中，任何一个UPS模块发生电源故障只会导致受影响模块瞬间隔离，而不会关闭整个系统。其余UPS模块将继续为关键负载提供有条件的电源，从而提高应用的可靠性。.
可靠性优势源于受保护电源的冗余设计。如果系统运行正常，用户几乎不需要直接使用市电。任何设备故障都会通过系统的冗余机制进行处理，隔离故障模块，因此切换到旁路电源仅在万不得已的情况下才会使用。实际上，只有在UPS外部因素（例如过载、过热或短路）导致故障时才会使用旁路市电。UPS的日常维护不应需要切换到旁路电源。.
了解集中式旁路系统和分布式旁路系统
多模块UPS系统通常分为两种类型：集中式旁路系统和分布式旁路系统。
在集中式旁路系统中，整个UPS系统使用一个大型的公共静态开关（也称为系统旁路模块或SBM），其容量根据最终确定的系统容量而定。如果UPS系统需要切换到旁路模式，则负载电流将通过系统的旁路模块提供。
在分布式旁路系统中，每个UPS模块都拥有独立的内部静态断路器，其额定电流与UPS的容量相同，就像单个UPS一样。每个UPS控制其自身的输出，如果UPS系统需要切换到旁路模式，则每个模块中的每个静态断路器都会同时导通，共同分担负载电流。
系统输出通常由每个UPS中列出的不间断电源（UPS）模块提供。多个UPM（电源模块）并联（捆绑）连接，以提供比单个UPM更高的负载容量，实现冗余，或兼具两者功能。只要负载不超过并联UPM的总容量，并联的UPM就会为输出负载提供受保护的电源。
该电源系统采用冗余设计，即当其中一台UPS单元与输出母线断开时，其余UPS单元仍能继续为负载供电，且不会超过其额定容量。当负载由UPS单元供电时，系统会持续监测输出母线的过压或欠压情况。如果检测到超出限值的情况，并联的UPS单元会通过静态UPS开关将负载切换到旁路供电。.
对可靠性有何影响？如果有影响的话？
平均故障间隔时间 (MTBF) 常用于描述系统可靠性，而系统可靠性是任何组织 IT 系统的关键组成部分。对于分布式旁路系统而言，可靠性是一个普遍关注的问题，因为组件数量越多，平均故障间隔时间 (MTBF) 就越低，可靠性也就越低。对于复杂的系统，仅凭 MTBF 并不总是能满足需求。可以使用更复杂的方法，例如马尔可夫模型，来评估容错系统（例如冗余 UPS）的关键任务可靠性。在考虑 UPS 系统可用性时，平均修复时间 (MTTR) 以及维护能力等同样重要，尽管本文不对此进行讨论。
在比较集中式旁路和分布式旁路时，必须区分两种类型的故障：静态开关发生开路故障，无法在应该工作时工作；或者发生短路故障，在应该断开时仍然通电。让我们来看看这些情况下会发生什么，以便更清楚地了解情况。
• 在集中式旁路系统中，如果静态开关发生开路故障，则系统唯一的静态开关在需要时会停止工作，从而使旁路功能不可用。.
在冗余分布式旁路系统中，当其中一个静态开关发生故障时，其余开关仍能正常工作，并在需要时处理负载。因此，该系统对这类故障的可靠性更高，因为它不依赖于单个关键静态开关的功能。
如果系统满载且不具备冗余功能，则与集中式旁路系统相比，除了组件数量更多之外，并无其他区别。
在一种不太常见的情况下，静态开关会发生短路。在静态开关短路的典型系统中，故障旁路线路会将系统输出连接到输入电网。因此，逆变器最终需要关闭，整个系统进入旁路模式。组件数量较多时，这种情况发生的可能性更大。
但是，如果 UPS 系统设计良好，具有反馈保护和可靠的静态开关短路检测，则反馈保护装置可以在这种故障情况下断开，逆变器可以保持在线状态以支持负载。.
在冗余分布式旁路系统中，每个UPS都能独立检测并隔离短路的静态断路器，从而在必要时保留足够的系统旁路容量来支持负载。因此，实际上，增加组件数量对系统整体可靠性的影响微乎其微。.
如何在故障情况下同时操作多个静态开关？
另一个常见的担忧是，分布式旁路系统在故障情况下无法同时切换静态交换机，导致交换机无法使用。这甚至让一些专家质疑在数据中心设计中使用分布式旁路系统的必要性。为了理解分布式旁路系统在故障情况下的运行方式，我们来看两种情况：正常切换到旁路和紧急切换到旁路。.
当用户通过 UPS 前面板、外部信号或因过载、过热等故障导致 UPS 系统发生旁路切换时，就会发生正常（或计划内）切换。无论原因如何，系统都已检测到需要切换到旁路模式。在这种情况下，其中一个模块会启动切换并为其自身的静态开关供电。.
同时，它将切换请求发送到通信线路上的其他单元。这些其他单元接收到该请求后，也会传输数据。处理待发送和接收的数据会导致静态开关的导通时间出现轻微延迟，最多约为 2 毫秒。
这种延迟可以忽略不计，因为在正常切换到旁路期间，逆变器仍然能够支持负载。系统输出端的电流水平适中，因此开关中的功率器件不会面临风险。
• 当逆变器无法将系统输出电压维持在正常范围内时，系统会进入紧急旁路模式 (ETB)。更严重的情况是 UPS 系统输出侧发生短路。在这种情况下，逆变器会尽可能地提供电流以维持输出电压，并可能达到其电流限制，从而保护电源组件。.
如果UPS与故障点之间的保护装置尺寸不够小和/或响应速度不够快，UPS输出电压会下降并超出限值。此时，UPS会立即启动紧急旁路切换（ETB），导致高故障电流流经旁路以纠正故障。因此，所有静态转换开关必须同时触发并分担电流，这一点至关重要。.
在分布式旁路系统中，每个UPS都会独立监控自身的输出（与系统输出相同），并在输出超出范围时切换到旁路模式。每个单元都能独立检测输出故障。.
输出电压检测速度很快，所有单元几乎同时检测到需要ETB（紧急断路开关）的情况。随后，它们会各自独立地激活静态开关，无需通信线路的延迟。单元间的任何延迟都源于输出电压检测程序循环的执行，且仅为毫秒级。这使得各单元能够同时切换，从而在静态开关之间合理分担故障电流。.
了解UPS系统在不同故障情况下的运行方式至关重要。可以看出，当产品设计中充分考虑了各种故障场景（包括系统内部和外部的故障）时，两种旁路配置在各种故障情况下均具有相同的可靠性。在配备完善的故障检测和反馈装置的UPS系统中，静态开关可以同时工作，或者可以隔离故障的静态开关，从而使逆变器能够继续正常运行。伊顿UPS和SBM均标配反馈保护功能，并采用相同的故障检测方法，以确保关键任务系统的最大可靠性。.
负载支撑静态旁路开关的配置
集中式旁路系统和分布式旁路系统的主要区别在于UPS系统静态旁路开关的配置。
在集中式旁路系统（或SBM）中，静态旁路开关的额定功率足以承受整个UPS系统的负载，无论是瞬时负载还是持续负载。
在分布式旁路系统中，每个UPS单元都有其自身的UPS额定旁路开关，这些开关并联连接。
这种不同的配置会影响输出开关设备的配置：
对于集中式旁路系统，需要在输入开关设备和输出开关设备上分别配备一套完整的附加电源开关，用于为静态旁路开关供电和隔离。此外，还需要在输入开关设备和输出开关设备上配备多个UPS额定开关，用于为UPS模块供电和隔离。更多信息请参见图2。
• 对于分布式旁路系统，需要在输入开关设备和输出开关设备上分别配备多个UPS额定开关，用于为配备并联静态旁路开关的UPS供电和隔离。
由于维护旁路开关 (MBS) 的容量需要足以提供系统全部功率，因此在这方面系统设计并无差异。MBS 将成为开关设备的输入和输出端的一部分。.
如果UPS或输入/输出模块（IOM）的额定值相同，则输入和输出开关齿轮箱中UPS单元的开关在两种配置中将相同。此处，UPS指的是用于包含静态开关的分布式旁路系统的UPS单元，而UPS-OIM指的是用于不包含静态开关的集中式旁路系统的UPS单元。
通常，UPS或分布式旁路系统为UPS整流器和静态开关分别配备独立的馈线（详见图3）。然而，在冗余分布式旁路系统中，整流器和静态开关可以使用公共馈线，既不会影响系统可靠性，又能节省安装成本。
使用分布式旁路系统时，必须确保连接输入开关设备至静态UPS旁路以及UPS输出至输出开关设备的UPS单元电缆或总线长度和阻抗相同。这是为了在系统处于主动旁路状态时，确保负载在各个静态UPS开关之间均衡分配。如果阻抗不相等，则会导致静态开关之间的负载不平衡，并可能导致一个或多个开关过载。.
下图展示了接线的基本原理。（图示）- 图 4。
这正是并行分布式系统并非充分利用其容量的最佳选择，而是适用于 N+1 冗余或最高 90% 容量利用率（如 Tier III 等级所规定）的主要原因。集中式旁路系统对 UPS 之间的线路阻抗容忍度更高。
分布式旁路系统在系统规模扩展方面提供了更大的灵活性，因为它可以通过并联添加功率等级相近的UPS来提高冗余度或容量。而集中式旁路系统（SBM）的功率等级则受限于SBM模块的额定功率，但它允许并联使用不同功率等级的UPS-IOM。.
集中式还是分布式？如何选择并联式UPS系统？
大型企业需要量身定制的配置方案，以满足其可用性和可管理性要求。配置方案的选择还取决于现有情况，例如客户是安装、升级还是用新系统替换现有UPS系统。
下表列出了在评估并联式UPS系统的合适配置时需要考虑的一些优缺点。
就系统成本而言，比较两个简单的双模块分布式系统和集中式系统，分布式系统成本更低。然而，随着并行UPS系统规模的增大，包括连接和安装在内的整体UPS系统成本差异会变得更加显著。.
伊顿的解决方案中，两个系统均采用 HotSync® 并联技术。虽然市面上大多数并联技术都能满足同步、负载均衡和选择性跳闸的需求，但它们通常需要在模块之间，有时甚至需要在模块与旁路机柜之间铺设大量线缆。本质上，任何一个“回路”发生故障都会导致并联系统将电源切换到旁路，而这正是客户购买冗余并联 UPS 的目的所在。伊顿的 HotSync® 并联技术则彻底解决了上述问题。基于
HotSync® 负载均衡算法的架构能够提供连接性和运行模式控制，并实现多 UPS 同步和负载分配，而无需依赖模块间的线缆网络。分布式旁路系统由两到六个 UPS 单元组成，每个单元都配备一个网络控制器卡 (CAN)（与 UPS 并联），以及一个由客户提供的机柜或负载分配面板作为连接点。点对点架构使系统并行运行，无需主负载配额或主同步控制，因为每个采用 HotSync 负载分配算法的逆变器都能根据自身测量结果独立调节其输出和共享负载配额。
两个系统均可利用伊顿的能源优势架构 (EAA) 来节约能源，从而降低 IT 系统运行成本。两项互补的专利技术——可变模块管理系统 (VMMS) 和节能系统 (ESS)——可最大限度地提高 UPS 效率，并显著降低能耗和环境影响。
结语
企业正投资部署并行式UPS系统，以防止宝贵电子数据丢失、最大限度地减少设备停机时间，并降低断电对生产设备的不利影响。早在20世纪70年代，UPS系统就已应用于各种军事、国防、工业、商业、政府和医疗机构。
现代UPS系统不存在单点故障。通过采用点对点架构，每个UPS模块独立运行，无需外部主控制器或控制模块之间的电缆连接。集中式旁路（SBM）和分布式旁路系统均能提高电源可靠性，从而提升数据中心的可用性。这体现在两个方面：(1) UPS系统冗余；(2) 能够在对任何UPS或SBM进行维护的同时，确保整个系统持续提供经过调节的电池备用电源。
选择伊顿并联式UPS系统，您可以放心，您的关键负载将受到市场上最可靠系统的保护。在UPS系统设计过程中，工程师们会问自己三个最重要的问题：“如果……会怎样？”以消除任何单点故障。与人们对分布式旁路系统的常见误解相反，只要UPS设计正确且各种故障情况都得到妥善考虑，伊顿的解决方案就能提供与集中式旁路系统相同的可靠性。.
为确保旁路模式下电流分配大致成比例，并联系统所需的布线长度必须相等。为保证正常运行，必须满足以下条件：
1A=2A=3A=4A
1B=2B=3B=4B
为了节省布线成本，以下条件也被认为是充分条件：
1A+1B=2A+2B=3A+3B=4A+4B
电缆长度的任何差异都会导致UPS系统在旁路模式下的容量下降。例如，最长电缆长度与最短电缆长度相差10%会导致旁路容量下降10%。这可能会导致无法切换到逆变器。.
作者：
Janne Paananen：伊顿公司大型系统集团应用工程师；
Carlos De la Guardia：伊顿公司三相UPS产品应用工程师
