UPS平均无故障时间MTBF计算

UPS平均无故障时间MTBF计算

实现UPS系统的主要目的是改进可靠性，使其达到最佳技术性能，最终目标是完全消除发生故障或间断的可能。50年代，第一台静态UPS系统出现时，它们由一个整流器，电池及逆变器构成。逆变器用于稳定输出电源，并在发生整流器故障的情况下，向负载短时间供电（靠电池单独维持）。这种简单的UPS电路结构的可靠性，主要取决于逆变器的可靠性。逆变器的故障将直接导致负载失效。而且，失效时间（不提供负载电流）一直要延续到逆变器修复为止。在60年代早期，引入了静态旁路切换开关，从而当发生逆变器故障或过载时，能够无间断地将负载切换至备用电网供电电源。尽管备用电网供电电源远不如UPS那么可靠，但发生逆变器故障时，它可作为储备电源，在逆变器修理期间继续向负载供电。这一新的结构，切实提高了总体可靠性，使可靠性不再主要取决于逆变器的可靠性。带静态开关的新型UPS的可靠性，取决于备用电网供电电源的品质（MTBFMAINS）、UPS的修复时间（MTTRUPS）、并取决于静态开关的可靠性。此外，本文（第4页）还阐述了，MTBFMAINS和` MTTRUPS 对于UPS整体可靠性的影响。

近年来，依赖于计算机控制实时信息系统的日常活动呈指数上，对于高可靠UPS配置的需求已成千真万确的事实。特别重要的关键用电设备，不能仅靠单个带静态旁路开关的UPS这样的电源配置；具有（n+1）个并联冗余备用UPS的供电配置，正在成为当今的标准要求。本文阐述各种不同UPS配置的可靠性。整流器/升压电路，电池，逆变器，静态旁路及其它部件的可靠性指标，源于资料MIL-HDBK-217 F (Not.2 1995) 中列举的可靠性数据。以下计算，在NEWAVE CONCEPTPOWER（概念电源）UPS-系列产品得以实施，并得到现场统计的证实。可惜，因NEWAVE公司的规定，不能公布这些统计资料。

1.无静态旁路切换开关（SBS）的UPS单机

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无静态旁路切换开关的UPS单机的可靠性，基本上取决于整流器，电池及逆变器的可靠性（见图1中的电气原理框图）

例：逆变器发生故障时，负载装置即失效。

UPS系统的可靠性

公式中所用的变量说明：

MTBFSU：无静态旁路的单UPS装置，两次故障之间的平均时间

λUPS：无静态旁路开关单UPS装置的故障率

λRECT：整流器的故障率

λBATT：电池的故障率

λINV：逆变器的故障率

无旁路UPS系统的MTBF（即MTBFSU）的计算：

MTBFUPS = 1/λUPS

λUPS =λRECT +λBATT+λINV ……………………(E.1)

若按NEWAVE公司有关故障的统计分析资料，取各故障率数值，λRECT = 20·10-6 [小时-1]；λBATT = 10· 10-6 [小时-1]；λINV = 20·10-6 [小时-1]，代入方程（E.1），则无静态旁路UPS系统的故障平均间隔时间（MTBFUPS）

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MTBFUPS =20,000 [小时]

2.带静态旁路切换开关（SBS）的单UPS

引入一个冗余的备用电网供电电源，并将静态旁路开关与主UPS电源连接，就能大大提高单UPS的可靠性。

例：逆变器发生故障时，负载设备将不会失效。负载将无间断地转接至电网供电电源。

公式中所用的变量说明：

MTBFUPS+SBS：带静态旁路开关（SBS）的单UPS装置，两次故障之间的平均时间

MTBFM：电网供电电源，两次故障之间的平均时间

λUPS+SBS: 带静态旁路开关的单UPS系统的故障率

λSBS：含控制电路的静态旁路开关的故障率

λPBUS：并联总线的故障率（仅适用于并联系统）

λM：电网供电电源的故障率

UPS系统的可靠性

μSU:静态旁路开关的修复率（μSU = 1/ MTBFUPS）

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