STS的可靠性分析及其对供电系统的影响
STS工作原理
图1：STS工作原理
静态切换开关STS（图1）由一路电源作为主供电源，另一路作为备份电源，当主供电源故障时切换到备份电源供电。为了保证两路电源之间的切换，这两路电源必须同相位，称之为“同步”，实现同步的装置称之为同步模块或同步控制器。此外，为了保持同步，两路电源之间必须相互检测建立通信联系，防止故障发生时导致切换失败。这样，在一路电源的静态开关(SS)发生短路时，另一路静态开关将受到保护。同样地，电源故障、静态开关故障、相序故障或控制监测电路发生故障时，将引起STS停机。
Upsilon STS的结构组成框图如下图2所示。
图2：STS结构框图
在“自动模式”下，主供电源由用户选择并持续为负载供电，第二路电源作为备份仅用于主供电源超出用户设置的容限范围时。如果负载切换到第二路电源，且系统设置了“允许自动回切”，则当主供电源恢复到容限范围内时，STS立即自动切换回到主供电源供电。如果系统设置了“不允许自动回切”，则回切动作只能在操作面板上手动完成。
控制系统执行如下的检测：
♦ SCR短路检测：
如果工作的静态开关可控硅（受控的SCR）检测到短路发生，则切换被禁止，并且另一路静态开关的可控硅（不工作的SCR）的上线开关被断开。反之，如果不工作的可控硅发生短路，则立即切换到短路的静态开关上，原工作的静态开关的上线开关被断开。
♦ SCR开路检测：
如果一路的静态开关发生开路（SCR断路），则立即切换到另一路静态开关供电，发生开路的可控硅上线的开关被断开。开路检测是通过测量SCR两端的电压及霍尔效应互感器检测到直流分量时确定的。
♦ 风扇故障检测：
当检测到第一路静态开关的风扇故障时，只要第二路电源不超限，则立即切换到第二路供电；如果第二路电源超限，则不允许切换，直到检测到第一路电源的可控硅温升超过允许的范围。在任何情况下，一旦出现风扇故障，立即产生风扇报警并允许用户更换故障的风扇，以避免没有风扇的静态开关出现热效应。这种检测方式能够最大限度地保证设备的安全运行
而无需增加风扇的数量即可实现风扇的完全冗余。
对设备的控制和监测电子电路提供双重的冗余。每一路电源的AC/DC转换器都能够满足所有电子电路器件的供电能力，当其中任一AC/DC转换器出现故障时，都会产生报警，并允许更换故障部件而不会中断负载的运行（切换到维修旁路供电）。
可靠性分析
综上所述，STS系统的故障树图如下图3所示：
图3：STS可靠性分析（完整的故障树图）
每一路的电源故障(Supply fault)被包含在每一路SS模块故障(SS module fault)之内。两路电源故障同时发生的现象作为共模故障(common mode fault)，因为这两路电源是为电子控制电路模块(electronic module)运行供电的，一旦两路电源同时故障(E. Mod. faults)，将导致两路静态开关被同时封锁。
输出短路故障(ShC at output)同样导致两路静态开关被同时封锁。
最后，同步故障(Synchro Fault)将是在电源故障时切换失败的原因。
下图4的故障树图详细说明了同步故障的机理：
图4：同步故障的故障树图
对于同步失败的现象，一定是其中的一路电源故障造成了两路电源之间的相位超限(Phase OOT)。其可能的原因是：
P(Fault): 同步故障；
P(S1): 电源1在容限范围之内；
P() :电源1超出容限范围；
P(S2): 电源2在容限范围之内；
P() : 电源2超出容限范围；
P(Phase OOT)：两路电源相位超限；
其概率计算如下：
由于：P().P(S1) << P() 并且 P().P(S2) << P()
因此：
因此故障树图可以简化为下图5所示：
图5：简化的同步故障的故障树图
其相应的可靠性拓扑结构如下图6所示：
图6：简化的同步故障的拓扑图
两路电源的MTBF以MTBF12表示，则：
模块电源图片当两路电源的相位差在容限范围之内时，以MTBFPH 表示两路电源超限和以MTBFE表示两路电源不超限时的MTBF，则：
事实上，MTTR12 = MTTRSY = MTTR，因此：
其中：MTBF1 = MTBF2= 50,000 H , MTBFPH = 106 H 及 MTTR = 10 H代入上式，则：
MTBFE = 1.25x109 H，其数值相当高。
由此可见，在考虑STS可靠性时，同步故障是可以被忽略的，因此系统可简化如下图所示的拓扑结构：
图7：忽略同步故障时的拓扑图
由于冗余部件具有极高的MTBF，事实上，我们可以选择如下的典型数值：
MTBFSS1 = MTBFSS2 = MTBFSSNSp = 850,000 H, MTBFShCSS1 = MTBFShCSS2 = MTBFShCSS = 2x 106 H
假设STS输入的两路电源均为不带旁路静态开关的单机UPS，其MTBFUPS = 50,000 H，则两路电源的MTBF为：MTBFDS1 = MTBFDS2 = MTBFUPS = 50,000 H。
若每一个并联支路的MTBF为MTBFB(MTBF of each parallel branch)，则：
即：MTBFB = 46,000 H
则两个并联支路(two parallel branches)的等效MTBF为：
若选择 MTTRB =10 H, 则等效MTBF = 1.1x108 H，其值远大于串联结构中的其它故障，因此故障树图的拓扑结构可以进一步简化为图8所示的结构：
图8：简化的拓扑图（忽略同步故障）
尽管供电电源是冗余的并且表现出卓越的可靠性，然而，仍然存在着一个最小的公共部分，
即STS的输出端，并伴有短路发生的可能，也包括含有电子控制电路的公共部分。涉及这种公共部分的MTBFAL = 10x106 H。切换故障和顺序故障是两路静态开关的公共部分所未涉及到电子控制故障，其MTBFME = 5x106 H。
这部分的MTBF为：MTBF CCS = 10 x 106 H。
合成的MTBF为：
因此，MTBFS = 2.5 x 106 H。
当MTTR = 10 H时，不可用性为：

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