公安110指揮平臺UPS電源基礎設施的設計與研究

賀建強

摘要：隨著公安指揮系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，公安指揮系統(tǒng)的運行保障工作是系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵，UPS電源系統(tǒng)作為保障系統(tǒng)可靠運行的重要基礎設施，其系統(tǒng)選型、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、應急處理、運行狀態(tài)監(jiān)控及預警等方面的能力都是考察UPS供電系統(tǒng)的“健壯性能”。本文以公安指揮系統(tǒng)建設中以UPS供電系統(tǒng)設計為基礎，探討了當前公安指揮系統(tǒng)基礎設施中設備供電系統(tǒng)的應用研究和經(jīng)驗總結(jié)。

關(guān)鍵詞：雙電源供電；雙回路供電；電源系統(tǒng)

0引言

隨著公安指揮系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，天津市公安局已經(jīng)完成第三代指揮系統(tǒng)的建設，系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為多個系統(tǒng)同時并發(fā)運行的一個綜合平臺，成為公安系統(tǒng)接處警的重要業(yè)務基礎。隨著新形勢下，公安業(yè)務對指揮系統(tǒng)綜合平臺的綜合性、系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)反應速度等方面提出了新的要求。為此，公安指揮系統(tǒng)的運行保障工作是系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵，UPS電源系統(tǒng)作為保障系統(tǒng)可靠運行的重要基礎設施，其系統(tǒng)選型、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、應急處理、運行狀態(tài)監(jiān)控及預警等方面的能力都是考察UPS供電系統(tǒng)的“健壯性能”。

公安指揮系統(tǒng)作為涉及公共安全的重要綜合平臺，根據(jù)GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》的規(guī)定，110系統(tǒng)的機房應為A級機房。A級電子信息系統(tǒng)機房內(nèi)的場地設施應按容錯系統(tǒng)配置，在電子信息系統(tǒng)運行期間，場地設施不應因操作失誤、設備故障、外電源中斷、維護和檢修而導致電子信息系統(tǒng)運行中斷。不間斷電源（UPS）系統(tǒng)是機房內(nèi)的重要設施，因此UPS系統(tǒng)應設計為容錯系統(tǒng)配置。圍繞容錯系統(tǒng)配置，應分為三部分容錯設計，一是UPS系統(tǒng)本身的容錯設計，二是供配電系統(tǒng)的容錯設計，三是信息系統(tǒng)設備本身接入供電系統(tǒng)的容錯設計。

在本文中，作者通過對幾代公安指揮系統(tǒng)建設的經(jīng)驗總結(jié)，提出了新一代公安指揮系統(tǒng)UPS供配電系統(tǒng)架構(gòu)的建設方案研究。

1對UPS電源系統(tǒng)的設計

不問斷電源（UPS）系統(tǒng)采用模塊式UPS系統(tǒng)。要求所選擇的模塊式UPS系統(tǒng)應具備分散并行結(jié)構(gòu)，即每個UPS電源模塊包含了整個系統(tǒng)操作所需的所有硬件和軟件，各個模塊之間沒有共用的組件。每個UPS模塊都具備了獨立的靜態(tài)旁路開關(guān)、整流器、逆變器、邏輯控制、控制面板、電池充電器以及電池。只有具備這種通過在每個獨立單元重復和分散所有關(guān)鍵部件，才可以消除潛在的單點故障。這是模塊式UPS選擇的關(guān)鍵，以上任何一個關(guān)鍵部件不是獨立的情況下，都會引起整個UPS系統(tǒng)的癱瘓，也就失去了模塊式UPS選擇的初衷。

同時，每個UPS系統(tǒng)框架所支持的容量應大于系統(tǒng)所需的總用電量，并保留冗余模塊和足夠的擴充余量。

通過對模塊式UPS和冗余模塊的選擇，每個UPS系統(tǒng)具備N+x（x=1，2）冗余運行模式。

此外，UPS系統(tǒng)還應具備在線模塊安全移除和添加的功能。任何模塊的添加和移除都對關(guān)鍵負載沒有任何影響，且無需斷電或轉(zhuǎn)移至未經(jīng)保護的電源，就能實現(xiàn)對損壞模塊的拆除、替換，以及在線擴容。

采用具備以上功能的模塊式UPS系統(tǒng)，其UPS系統(tǒng)本身應能夠保證系統(tǒng)平均修復時間（MTTR.MeanTime TOFailure）趨近于“零”，保證系統(tǒng)可用性能夠達到99.9999%。

以一臺滿載容量為500 KVA的UPS系統(tǒng)為例，每個UPS模塊的容量為50 KVA，當前用電需求為400 KVA，即需要8個50 KVA的模塊，此外，應額外配置1個50 KVA的冗余模塊作為熱備份模塊。當8個50 KVA模塊中的一個模塊發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠自動（或手動）對其進行隔離，冗余的50 KVA模塊自動加入負載供電。用戶可及時要求維護廠商及時對故障模塊進行修復或更換，保證系統(tǒng)最大限度的具備熱備份模式，保證UPS系統(tǒng)的可靠性。

2UPS供配電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

不間斷電源（UPS）系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采取雙電源輸入、雙回路輸出的模式。

雙電源輸入在本文中是指為UPS系統(tǒng)提供的電源為兩個供電電源（饋電源）。市電輸入是來自于不同高壓變電站或同一變電站中來自不同變壓器的兩路供電。這應根據(jù)當?shù)氐臈l件進行靈活配置，并采用備用柴油發(fā)電機作為后備保障。

雙回路輸出是指一般地為保證設備供電系統(tǒng)的可靠運行，都會配置兩套UPS系統(tǒng)，每套UPS系統(tǒng)各自輸出一路獨立的供電回路到機房內(nèi)設備。

通過雙電源輸入、雙回路輸出供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計，能夠保證機房內(nèi)的設備隨時都在兩套供電電源同時供電，當其中一套供電電源發(fā)生故障后，另一套供電電源能夠承擔足夠的負載，保證系統(tǒng)不間斷供電。

這種供電模式能夠為供配電系統(tǒng)的斷電檢修、UPS系統(tǒng)更換或斷電運維、電路升級改造等必須斷電的情況下，仍能夠保證有一路供電系統(tǒng)為設備不間斷地供電。

3信息系統(tǒng)設備供電接入設計

自兩路UPS電源分別引出的供電回路應全部引至機柜附近，經(jīng)供電分配單元（PDU）引入機柜內(nèi)，對于配置冗余電源模塊的服務器、網(wǎng)絡交換機等設備可按照供電負載均衡的原則分別從不同的PDU接入電源。負載均衡的原則是指將一臺服務器上配置電源模塊的一半容量由同一路電源PDU供電，另一半容量的電源模塊由另一路電源PDU供電。當電源配置冗余模塊時，冗余的模塊可接入任意來源的PDU。

有些通訊設備，如光端機或協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊等無法配置冗余電源模塊（即但電源設備）時，可采取在機柜內(nèi)配置一臺靜態(tài)切換裝置（STS），這臺STS具備兩路電源輸入和多路電源輸出。兩路電源輸入可分別取自不同PDU，STS的電源輸出為單電源負載供電。

通過此種末端電源設備供電模式，能夠保證每一臺設備同時能夠被提供兩路供電。

4設備運行狀態(tài)監(jiān)控及預警

供配電系統(tǒng)應配置一套動力監(jiān)控系統(tǒng)，對供電設施的每一個環(huán)節(jié)進行在線監(jiān)控。這套動力監(jiān)控系統(tǒng)應具備報警功能，當某一環(huán)節(jié)的狀態(tài)或參數(shù)超出預警參數(shù)時，應能夠通過聲光、短信等形式及時通知運維人員，以便于運維人員及時進行故障判斷和處置。

動力監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括各個供電回路開關(guān)的閉合狀態(tài)，每個回路的各項電性能參數(shù)，UPS系統(tǒng)的運行狀態(tài)，UPS蓄電池的性能指標，防雷器是否被激活的狀態(tài)等等。

運維人員可根據(jù)在線采集瞬間數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對每個回路的負載設備運行情況進行分析，以保證對用電峰值的檢測和分析，保證當一路供電系統(tǒng)斷電后，另外一路系統(tǒng)具備承接另外一路負載的能力。另外，對新添加的單電源設備用電情況進行監(jiān)控和分析，避免過多的單電源設備加載到一路供電回路上，應維持雙回路負載均衡。

通過對一些參數(shù)的設置，能夠及時發(fā)送預警信息給運維人員。

5應急處置及系統(tǒng)恢復

一套再完善的系統(tǒng)都存在發(fā)生故障的可能，制定一套完善的應急處置方案和系統(tǒng)恢復應急演練是保證系統(tǒng)可靠運行堅強保障。

應急處置方案應針對發(fā)生故障的來源以及系統(tǒng)的部件或環(huán)節(jié)進行分析，并制定對應的處理措施。

故障來源是指系統(tǒng)內(nèi)部的外部影響和內(nèi)部影響。外部影響包括供電電源斷電、電壓不穩(wěn)定、雷擊故障、外部敵對攻擊等。內(nèi)部影響包括設備故障、人員誤操作及內(nèi)部人員破壞等。定期的應急演練能夠使運維人員熟悉應急狀態(tài)下各自的職責和業(yè)務熟練程度，考評外部支持的可靠性和效能，考評應急預案的嚴謹程度等等，以達到不斷持續(xù)改進的目的。

7結(jié)語

本文對110指揮系統(tǒng)中UPS供電基礎設施設計和建設中經(jīng)驗進行歸納總結(jié)，為新建系統(tǒng)時供配電設計提供豐富的參考，同時也為今后系統(tǒng)運行維護中，對系統(tǒng)的保障能力進行了闡述，為110指揮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有力保障。endprint