本文基于UPS系统目前的技术现状，为IT系统设计了一种投资小、效率高、符合中国国情的冗余供电方式——串连互备式双路供电系统，其中重新开发了静态旁路开关的作用，使UPS系统中每一个组件的作用都能得到充分发挥。
近年来，信息技术以前所未有的速度改变着人们的学习、工作和生活，使得信息系统成为众多经济活动中必不可少的支撑平台。为了保证各种信息系统的可靠运行，其供电系统的保护被提上议事日程。对于重要的IT系统，由UPS提供安全的、稳定的、可靠的365×24小时的电源服务已是人们的基本共识。
方案1：UPS单机供电
这是UPS供电方案中最简单的一种。其工作原理为：
1.正常时由UPS主回路经整流、逆变双转换后对负载供电；
2.当整流器出现故障或输入电源消失时，由后备蓄电池组逆变转换给负载供电;
3.当逆变器出现故障或后备电池无电时，转静态旁路由市电进行供电。
缺点：无冗余备份，转由旁路电源由市电供电时设备安全无保证。
方案2：UPS双机串联供电
UPS系统由一台主机和一台备机组成，备机串接在主机旁路中。其工作原理为：
1.主机正常工作时，由UPS主回路经整流、逆变双转换后对负载供电；
2.当主机整流器出现故障或输入电源消失时，则由后备蓄电池组逆变转换后给负载供电；
3.当逆变器出现故障或后备电池无电时，转静态旁路由备机进行供电；当UPS主机需要维护时，整个系统仍可由旁路的备机系统承担负载。
缺点：转备机供电时，备机负载率从零骤增至全负载，负载跃变率过大造成备机可靠性下降。
方案3：UPS双机并联供电
UPS系统由两台型号、容量相同，有并机能力的主机组成。工作原理为：
1.正常工作时，由UPS主回路经整流、逆变双转换后对负载供电，两台UPS均分负载，各承担系统总负载的50%；
2.如果输入电源消失，则由后备蓄电池组逆变转换后给负载供电，两台UPS仍然均分负载。
3.当一台UPS发生故障时，系统自动识别并使其自动脱离整个系统，由另一台单独负载继续供电。
缺点：对UPS设备要求高，必须有并机能力，存在UPS输出端与最终负载端之间发生“单点瓶颈”故障隐患。
流行的双电源设备UPS供电方案
近期，根据大量双电源设备得到了应用的实际情况，大多数新建的数据中心(IDC)和机房采用了双总线UPS供电系统。具体有以下三种：
方案4：UPS双机双母线方案（参见图1）
方案针对IT系统中大部分设备是双电源负载的特点，采用UPS双机双输出方案，即两台独立的UPS组成的双路不间断冗余供电方案。对少量的单电源设备，采用UPS同步器和STS静态高速切换开关组成冗余供电方案。工作原理为：
1.两台独立的UPS为双电源负载提供两路电源，同时通过STS静态高速切换开关，为单电源负载提供两路冗余电源。正常工作时，由两台UPS联合供电，按事先设定的比例分担负载。
2.当一台UPS故障时，一种设计是该路转静态旁通由市供电;另一种设计是该路断电，双电源设备改单电源使用，单电源设备由STS切换至另一路母线。
3.一台UPS输出母线出现故障时，对于双电源负载，由另一台正常的UPS输出母线供电，双电源设备改单电源使用；对于单电源负载，由于采用了UPS同步器和STS静态高速切换开关，其输入电源在设备允许的间断时间内切换到另一台UPS输出母线，保证单电源负载正常供电。
采用这种方案，对所有重要负载都有两路独立电源保障供电。特别是对于只有一路电源输入的电子设备，通过STS提供了双母线冗余。
存在如下缺点：
1.如在初始设计时，将一路UPS出现故障时设计为自动转由静态旁路直接由市电供，供电时设备安全无保证，有可能造成严重的设备损坏问题，UPS供电系统没有提供全方位的保障。
2.在正常设计情况下，一路UPS故障时即意味着该路断电，现有的案例已证明，该种情况下对双电源设备有影响，有造成设备重启的可能。
3.一路UPS故障单路供电时，若供电电路对应的电源模块出现故障，虽该设备另一电源模块是完好的，该设备也会断电。
4.UPS同步器和STS静态高速切换开的引入增加了系统建设的投资。
方案5：UPS1＋1并机双母线冗余方案（参见图2）
方案中每一套系统由4台UPS组成两个独立的1＋1并机方案，两套独立的并机系统组成的双路不间断冗余供电方案为双电源负载提供双路电源，同时通过UPS同步器和STS静态高速切换开关为单电源负载提供两路冗余电源。工作原理是：
1.两套独立的UPS发生1＋1并机系统为双电源负载提供两路电源，同时通过STS静态高速切换开关，为单电源负载提供两路冗余电源。
2.UPS1＋1并机系统运行情况：当其中任何一台UPS发生故障，系统自动识别并使其自动脱离整个系统，由另一台为负载继续供电。由于整个系统的双输出母线正常，所以对于双、单类负载无任何影响。
3.当该1＋1并机系统母线发生故障时，由于另一套UPS输出母线正常，因此对于双电源负载无任何影响。对于单电源负载而言，STS静态高速切换开关在母线电压异常时进行了静态的切换，使单电源负载仍由另一套UPS输出母线正常供电。
缺点是：
1.UPS利用率过低。4台UPS组成的系统只能提供一台UPS的输出功率，用一备三极不合理。由于UPS正常情况下实际负载率不能大于25％，实际多在百分之十几的带载率下工作，输出效率很低，费电严重，运行成本过高。
2.实际容量需要4倍的UPS设备，同步器、STS造成系统建设的投入过高。
该系统对中国这样资源相对紧缺、节约和可持续发展已成为一项基本国策的国家而言，明显不符合国情。其高昂的系统建设资金投入、复杂的结构设计对用户而言是一种负担。
方案6：UPS双机STS双母线方案（参见图3）
针对IT信息系统中双电源设备负载在实际应用中并不能任意断掉一路的特点，采用UPS双机加STS双输出方案，即两台独立的UPS组成的双路不间断冗余供电方案，不仅对少量的单电源设备采用UPS同步器和STS静态高速切换开关组成冗余供电方案，而且对所有的双电源设备每路输入均采用STS组成的冗余供电方案。工作原理为：
1.两台独立的UPS1＋1并机系统为STS静态高速切换开关提供两路输入，两路独立的STS再为双电源负载提供两路电源，同时通过STS为单电源负载提供两路冗余电源。
2.当一台UPS发生故障时，该路转旁通转由市电继续供电；一台UPS输出母线出现故障时，STS自动切到另一路电源，继续对双电源和单电源设备保持正常供电。
采用这种方案，对所有重要负载都真正实现了两路独立不断电源保障供电，且电路结构有所简化，实用性较高。
缺点是：
1.一路UPS出现故障时会自动转到旁路由市电直接供电，市电中存在的各种问题会直接进入负载，通过UPS系统彻底保障供电安全的问题没有完全解决。
2.UPS同步器和STS静态高速切换开的引入增加了系统建设的投资。
现有UPS供电方案存在的不足
通过对UPS结构的分析可看到，大型UPS一般多采用在线式，它主要是由整流器、逆变器、静态旁通开关装置和蓄电池构成的系统。在电网正常供电时，UPS首先将市电交流电源变为直流电源，然后逆变器将直流电源变成脉宽调制脉冲（PWM），再经逆变器的输出滤波器，重新变成正弦波电源向负载提供。蓄电池在交流电正常供电时储存能量，这时它维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电，以保证不间断电源交流输出电压供电的连续性。该类UPS的本质特征是逆变器始终在线工作，因此在电池切换中无需切换时间。在线UPS的结构决定了其输出与市电输入的无关性。因此对输入电源的适应能力较强，能提供非常准确的电压稳定度、频率稳定度，能基本解决市电电源问题。
这里静态旁通开关装置是UPS的重要组成部分。静态旁通开关的主要作用是：
1.当UPS发生故障时，将市电直接送到输出端给负载供电。
2.当负载出现“短路”故障时，提供烧掉保险或空开的能量。
3.当电网电压异常超出UPS的承受范围时，将市电直接提供给负载。
4.当转到维修旁路时，充当过渡。
静态旁通开关装置具有同步跟踪和静态转换能力，可以在UPS的主回路输出和第二路输入电源间实现“无间断”切换，实际是UPS内部旁路第二路电源输入与主回路间的“同步器”＋STS。
早期的UPS可靠性较低、价格高，多单机运行，抗过载能力有限，静态旁通开关对提高供电系统的“不断电”起到了积极的作用。但随着电力电子技术的发展、应用环境的改变，静态旁通开关的传统作用已经过时，新的作用急待开发。
经过多年的开发改进，如今大型的名牌UPS的可靠性已普遍提高，真正的故障性损坏已非常罕见。为了提高可靠和可用性，在实际应用时多采用冗余备份系统，UPS出现故障时由其他设备接替供电。当UPS故障时，将市电直接送到输出端给负载供电是系统设计的不成功。对于机房的供电系统来说，是不允许UPS进入由市电经交流旁路供电的工作状态的，这已是UPS供电业界没有争议的共识。因为一旦UPS处于交流旁路供电的工作状态时（包括交流静态旁路和维修旁路），此时用户的所有关键性负载都是由毫无安全保障的低质量电源来供电的，它会对设备的安全运行带来严重威胁，造成设备的永久损坏的代价远大于停电宕机的代价。硬件修复的时间和技术要求，也远大于软件恢复的时间和技术要求。因此，静态旁通开关的作用（1）已不必要。
如今大型的知名品牌UPS的抗过载能力都非常强，主回路的过载能力一般能达到125%≥10min、150%≥1min、1000％≥20ms，这样的功率已可以达到烧掉保险或空开目的（静态旁通开关也有功率控制，不是自由连接），静态旁通开关的作用（2）亦不必要。
当电网电压异常，超出UPS的承受范围时，将市电直接提供给负载，静态旁通开关装置的这一功能当初就备受非议。现在，多数UPS在电压超限时都是禁止转旁路，改由电池供电。静态旁通开关的作用（3）本身就不合理。
静态旁通开关的最后一个作用转维修旁路，转旁路后不能由市电直接供电，理由前面已经表述，但可以由自备发电机（输出要符合电子设备的要求）供电，这一功能只能在特定条件下有用。
由此可见，在大型UPS组成的冗余供电系统中，静态旁通开关实际已无必要。
改进后最新UPS供电方案
是一种投资小、效率高、符合中国国国情的冗余供电方式——串连互备式双路供电系统。重点是重新开发了静态旁通开关的作用，使UPS系统中每一个组件的作用都能得到极大的发挥。
具体方案如下：两台独立的UPS为双电源负载提供两路电源，同时为另一路UPS提供旁路备份。因为可靠性高，大多数单电源负载可直接接在一路电源上，由于静态旁通装置已提供了两台UPS间的同步跟踪，同步器不再需要，少数关键性单电源负载可通过小型STS静态高速切换开关，得到双路冗余电源。在UPS系统进行维修、需要通过发电机直接供电时，可通过第二路选择开关将静态旁通开关接到市电，恢复为普通双机双母线型。
工作原理如下：
1．两套独立的UPS系统为双电源负载提供两路电源。
2．UPS1＋1并机系统运行时，如其中任何一台UPS出现故障，转由旁路由另一台UPS充当备机进行供电，整个系统的双输出母线正常，所以对于双、单电源负载无任何影响；当该1＋1并机系统母线发生故障时，由于另一套UPS输出母线正常，因此对于双电源负载无任何影响。对于关键类单电源负载而言，可用小型STS静态高速切换开关在母线电压异常时进行静态切换，一般性单电源负载可由任意一路母线提供冗余UPS输出供电。
3.在UPS系统维修或升级时，可通过选择开关将系统降级为普通双路双母线供电系统，启动手动维修旁路，利用发电机或其他经过处理的干净电源为系统供电。
与以前的方案相比较，本方案有如下特点：
1.可靠性高。该方案由于没有单点故障，可靠性优于UPS双机并联供电。在一台UPS出现故障的情况下，仍可保证双母线正常供电，可靠性优于UPS双机双母线方案。综合可靠性与UPS1＋1并机双母线冗余方案相近，且该系统彻底改变了以前各类方案中的一个漏洞，从根本上解决了系统安全问题：即在UPS发生故障的情况下，UPS供电系统可能把未经处理的市电直接送给IT设备，造成系统的损坏，。
2.投资低。该方案由于不需要同步器，STS的需求也小型化，成本低于UPS双机双母线方案，不到UPS1＋1并机双母线冗余方案一半。
要注意的是，本文仅提供了原理示意图，方案的实际应用和施工应在有相应资质的电源厂商的指导下进行，以免发生误接而影响系统的功能。
