模塊化 UPS 設計方案的設計優(yōu)勢

在多數(shù)發(fā)達國家中，公共配電系統(tǒng)已然相當可靠，但有研究表明，即使是最完美的市電網(wǎng)絡也不可能完全滿足那些不間斷的重要數(shù)據(jù)處理運營中心的需求。面對市電電源有可能引起停機及數(shù)據(jù)處理錯誤這一情況，大多數(shù)公司都選擇在公共配電系統(tǒng)與其關鍵負載之間安裝不間斷電源(UPS)系統(tǒng)。為應用環(huán)境選擇何種UPS 系統(tǒng)設計配置方案會直接影響到該應用環(huán)境中的IT 設備的可用性。影響系統(tǒng)可用性的因素有多種，包括人為錯誤、設備的可靠性、維護水平以及恢復時間等等。而以上每種因素對整個系統(tǒng)的可用性所造成的影響，在很大程度上是由所選擇的配置方案決定的。

長久以來，很多設計工程師都試圖設計出完美無瑕的 UPS 解決方案為關鍵負載提供支持，不過他們的設計方案卻往往不一定達到設計方案的可用性范圍。譬如，并聯(lián)冗余、串聯(lián)冗余、分布式冗余、熱連接、熱同步、多路并聯(lián)總線、雙系統(tǒng)以及故障預警系統(tǒng)等等，這些都是設計工程師或制造商賦予不同UPS 配置方案的名稱。這些名稱的問題在于，對于不同的用戶，它們可能具有不同的含義，可以存在很多種解釋方式。雖然目前市場上的 UPS 配置名目繁多且差別甚大，但最常用的不外乎五種。這 五種方案包括：(1) 容量，(2) 串聯(lián)冗余，(3) 并聯(lián)冗余，(4) 分布式冗余，(5) 雙總線系統(tǒng)。

模塊化 UPS 設計方案

由于傳統(tǒng)UPS 設計的局限性及設備本身的一些問題，如今一種機架式的模塊化UPS 正在悄悄地引起一種革命性的變革，它的引入必將引起不間斷電源新的革命。模塊化UPS 目前比較有代表性的結構有兩類：一類是功率模塊化UPS，另一類是完全模塊化UPS.功率模塊化UPS 由機架加功率模塊構成，功率模塊中包括傳統(tǒng)UPS 的整流、濾波、充電、逆變器等部分，但靜態(tài)旁通與系統(tǒng)的部分監(jiān)控和顯示共用一個機架，各模塊獨立控制并聯(lián)運行，機架上的顯示控制模塊僅作為用戶開關UPS 主機和進行網(wǎng)絡化監(jiān)控平臺。完全模塊化UPS 由機架加單體模塊構成，每個單體模塊內部都裝有整個UPS 電源與控制電路，包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關及附屬的控制電路、CPU 主控板，每個UPS 模塊均有獨立的管理顯示屏。

我們同樣以前面的案例為依據(jù)，假設采用完全模塊化UPS 設備，配置方案如下：根據(jù)近期的負荷，結合遠期發(fā)展需求，UPS 系統(tǒng)同樣按雙母線配置方式考慮，可配置2 套UPS 設備，每架只需配置2 個UPS 模塊(每塊50kVA)即可滿足本期需求，采用1+1 冗余方式配置，主用1 個模塊，冗余1 個模塊，若其中的一個模塊發(fā)生故障，它將自動脫離系統(tǒng)，由其它模塊繼續(xù)給負載供電，以保證系統(tǒng)的正常運行;2 套模塊化UPS 系統(tǒng)采用雙母線供電工作方式，主設備交流配電屏分別從2 套UPS 輸出屏各引接1 路，當1 套UPS 故障時，由另1 套UPS 承擔全部負載供電，保證設備安全運行。

- UPS電源的設計探討

兩種 UPS 設備的比較

對以上兩種設計方案所配置的UPS 設備，可以從以下幾個方面進行比較。

(1) 設備安裝及機房占地面積。

其一，模塊化UPS 采用先進高頻技術，提高了功率密度，縮小了UPS 模塊的體積，其模塊本身就是一臺UPS，UPS 模塊安裝于標準機架中，相對于傳統(tǒng)UPS節(jié)省了占地面積與空間，便于安裝與維護。

其二，模塊化UPS 采用先進的整流技術具有強抗干擾能力及較低的諧波失真度，一般正弦波輸入電流的總諧波失真度(THD)《5%，因而可以不必像傳統(tǒng)UPS配置濾波設備，減少了機柜數(shù)量。

我們同樣以前面的案例為依據(jù)，采用傳統(tǒng)UPS 設備占地面積約為13 平方米。

采用模塊化UPS 占地面積約為5 平方米。

(2)建設投資。

在供電系統(tǒng)建設初期，傳統(tǒng)UPS 設備無法擴容，只能按照設備遠期負荷需求考慮，面對層出不窮新技術、新設備的應用，設備用電需求難以準確估計，使得UPS 設備容量產生過高的估計，造成采購成本過高。而模塊化UPS 通過可擴充的模塊結構有效解決了這一問題，其模塊化結構能夠很方便地安裝和擴容，它可以幫助用戶在未來發(fā)展不明確的情況下分階段進行建設和投資。即滿足了后期業(yè)務的發(fā)展需求，又降低了用戶的初期建設成本。

(3)并聯(lián)冗余與可靠性。

在機架式模塊化UPS 中，功率模塊部分是并聯(lián)冗余的，即功率部分是由許多模塊并聯(lián)在一起并均分負載，它們不分主從，互不依賴，并且均分負載。即使有一個功率模塊發(fā)生故障退出，也不影響整個系統(tǒng)工作。采用傳統(tǒng)UPS 系統(tǒng)，為保證安全需采用“1+1”或“N+1”的關聯(lián)冗余方式，這不僅增加了采購、安裝及維護成本，而且一般情況下只能容錯一次。而機架式模塊化UPS 系統(tǒng)，用戶只需購買相應的功率模塊，即可實現(xiàn)“N+X”的故障冗余，容錯率大大提高。

傳統(tǒng)UPS 供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，由于系統(tǒng)過于復雜，難以準確判斷故障點，并且受限于維修人員的技術水平和工作經驗、備件儲備等客觀原因，造成故障排除時間過長。而且UPS 維修時均采取轉旁路的方式，在這種情況下負載完全不受UPS 保護，此時如果發(fā)生電源中斷、過載等故障，將會造成嚴重的問題。而機架式模塊化UPS 可以有效解決這些問題，因為其所有的模塊都是熱插撥，熱插撥技術可以允許單體功率模塊在不需停電的前提下任意進入或退出UPS 系統(tǒng)，從而實現(xiàn)無需專業(yè)技術人員到場，無需專門的儀器即可進行系統(tǒng)在線維修。

(4)節(jié)能與環(huán)保。

綠色環(huán)保已經成為社會各行業(yè)產品發(fā)展的必要趨勢。隨著各種政策的出臺，要求無污染的綠色電源設備已成為必然發(fā)展趨勢，以前各種用電設備及電源裝置產生的諧波電流嚴重污染電網(wǎng)，模塊化UPS 采用電子式調整技術使輸入諧波失真低于5%，整流器使用IGBT 技術，可將輸入功率因數(shù)提高到0.99 接近于1，從而大大降低對電網(wǎng)的污染程度。

節(jié)能減排在當今已成為基本國策，節(jié)約能源已成為企業(yè)發(fā)展和競爭的需要。

節(jié)電也是節(jié)能的一種體現(xiàn)，模塊化UPS 相比傳統(tǒng)UPS 設備在節(jié)電方面顯得更為突出。

我們可通過年節(jié)電費用做一比較，下面我們根據(jù)設計滿載情況來比較，同樣以上面的案例為依據(jù)，傳統(tǒng)UPS 和模塊化UPS 的輸出功率都為250kVA 即200kW，傳統(tǒng)UPS 的輸入功率因數(shù)為0.9，效率為80%.模塊化UPS 的輸入功率因數(shù)為0.99，效率為95%.通過計算，可得出UPS 的輸入功率(輸出功率/效率)。傳統(tǒng)UPS 輸入功率=200/80%=250 kW，模塊化UPS 輸入功率=200/95%=210 kW.這樣就可計算出UPS 的熱損耗(輸入功率-輸出功率)：傳統(tǒng)UPS 熱損耗=250-200=50 kW，模塊化UPS 熱損耗=210-200=10 kW.

假設每度電按0.8 元計算，模塊化UPS 相對傳統(tǒng)UPS 每年可節(jié)電：

40*8760*0.8=28 萬元。

以上是按滿載情況比較得出每年節(jié)電28 萬元，如果以初建時負載率特別低的實際情況比較，節(jié)電效果將會更加明顯。

4、結論

模塊化UPS 相對于傳統(tǒng)UPS 系統(tǒng)而言，具有高可用性、高適應性、高可管理性的特點，在便于設備安裝、節(jié)省占地空間、減少初期建設投資、方便維修、節(jié)能減排等各個方面都有明顯的優(yōu)勢。因此，模塊化UPS 設備將成為新一代的UPS，將會被越來越多的企業(yè)用戶所選擇。