模块化 UPS 设计方案的设计优势

在多数发达国家中，公共配电系统已然相当可靠，但有研究表明，即使是最完美的市电网络也不可能完全满足那些不间断的重要数据处理运营中心的需求。面对市电电源有可能引起停机及数据处理错误这一情况，大多数公司都选择在公共配电系统与其关键负载之间安装不间断电源(UPS)系统。为应用环境选择何种UPS 系统设计配置方案会直接影响到该应用环境中的IT 设备的可用性。影响系统可用性的因素有多种，包括人为错误、设备的可靠性、维护水平以及恢复时间等等。而以上每种因素对整个系统的可用性所造成的影响，在很大程度上是由所选择的配置方案决定的。

长久以来，很多设计工程师都试图设计出完美无瑕的 UPS 解决方案为关键负载提供支持，不过他们的设计方案却往往不一定达到设计方案的可用性范围。譬如，并联冗余、串联冗余、分布式冗余、热连接、热同步、多路并联总线、双系统以及故障预警系统等等，这些都是设计工程师或制造商赋予不同UPS 配置方案的名称。这些名称的问题在于，对于不同的用户，它们可能具有不同的含义，可以存在很多种解释方式。虽然目前市场上的 UPS 配置名目繁多且差别甚大，但最常用的不外乎五种。这 五种方案包括：(1) 容量，(2) 串联冗余，(3) 并联冗余，(4) 分布式冗余，(5) 双总线系统。

模块化 UPS 设计方案

由于传统UPS 设计的局限性及设备本身的一些问题，如今一种机架式的模块化UPS 正在悄悄地引起一种革命性的变革，它的引入必将引起不间断电源新的革命。模块化UPS 目前比较有代表性的结构有两类：一类是功率模块化UPS，另一类是完全模块化UPS.功率模块化UPS 由机架加功率模块构成，功率模块中包括传统UPS 的整流、滤波、充电、逆变器等部分，但静态旁通与系统的部分监控和显示共用一个机架，各模块独立控制并联运行，机架上的显示控制模块仅作为用户开关UPS 主机和进行网络化监控平台。完全模块化UPS 由机架加单体模块构成，每个单体模块内部都装有整个UPS 电源与控制电路，包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU 主控板，每个UPS 模块均有独立的管理显示屏。

我们同样以前面的案例为依据，假设采用完全模块化UPS 设备，配置方案如下：根据近期的负荷，结合远期发展需求，UPS 系统同样按双母线配置方式考虑，可配置2 套UPS 设备，每架只需配置2 个UPS 模块(每块50kVA)即可满足本期需求，采用1+1 冗余方式配置，主用1 个模块，冗余1 个模块，若其中的一个模块发生故障，它将自动脱离系统，由其它模块继续给负载供电，以保证系统的正常运行;2 套模块化UPS 系统采用双母线供电工作方式，主设备交流配电屏分别从2 套UPS 输出屏各引接1 路，当1 套UPS 故障时，由另1 套UPS 承担全部负载供电，保证设备安全运行。

- UPS电源的设计探讨

两种 UPS 设备的比较

对以上两种设计方案所配置的UPS 设备，可以从以下几个方面进行比较。

(1) 设备安装及机房占地面积。

其一，模块化UPS 采用先进高频技术，提高了功率密度，缩小了UPS 模块的体积，其模块本身就是一台UPS，UPS 模块安装于标准机架中，相对于传统UPS节省了占地面积与空间，便于安装与维护。

其二，模块化UPS 采用先进的整流技术具有强抗干扰能力及较低的谐波失真度，一般正弦波输入电流的总谐波失真度(THD)《5%，因而可以不必像传统UPS配置滤波设备，减少了机柜数量。

我们同样以前面的案例为依据，采用传统UPS 设备占地面积约为13 平方米。

采用模块化UPS 占地面积约为5 平方米。

(2)建设投资。

在供电系统建设初期，传统UPS 设备无法扩容，只能按照设备远期负荷需求考虑，面对层出不穷新技术、新设备的应用，设备用电需求难以准确估计，使得UPS 设备容量产生过高的估计，造成采购成本过高。而模块化UPS 通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题，其模块化结构能够很方便地安装和扩容，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。即满足了后期业务的发展需求，又降低了用户的初期建设成本。

(3)并联冗余与可靠性。

在机架式模块化UPS 中，功率模块部分是并联冗余的，即功率部分是由许多模块并联在一起并均分负载，它们不分主从，互不依赖，并且均分负载。即使有一个功率模块发生故障退出，也不影响整个系统工作。采用传统UPS 系统，为保证安全需采用“1+1”或“N+1”的关联冗余方式，这不仅增加了采购、安装及维护成本，而且一般情况下只能容错一次。而机架式模块化UPS 系统，用户只需购买相应的功率模块，即可实现“N+X”的故障冗余，容错率大大提高。

传统UPS 供电系统出现故障后，由于系统过于复杂，难以准确判断故障点，并且受限于维修人员的技术水平和工作经验、备件储备等客观原因，造成故障排除时间过长。而且UPS 维修时均采取转旁路的方式，在这种情况下负载完全不受UPS 保护，此时如果发生电源中断、过载等故障，将会造成严重的问题。而机架式模块化UPS 可以有效解决这些问题，因为其所有的模块都是热插拨，热插拨技术可以允许单体功率模块在不需停电的前提下任意进入或退出UPS 系统，从而实现无需专业技术人员到场，无需专门的仪器即可进行系统在线维修。

(4)节能与环保。

绿色环保已经成为社会各行业产品发展的必要趋势。随着各种政策的出台，要求无污染的绿色电源设备已成为必然发展趋势，以前各种用电设备及电源装置产生的谐波电流严重污染电网，模块化UPS 采用电子式调整技术使输入谐波失真低于5%，整流器使用IGBT 技术，可将输入功率因数提高到0.99 接近于1，从而大大降低对电网的污染程度。

节能减排在当今已成为基本国策，节约能源已成为企业发展和竞争的需要。

节电也是节能的一种体现，模块化UPS 相比传统UPS 设备在节电方面显得更为突出。

我们可通过年节电费用做一比较，下面我们根据设计满载情况来比较，同样以上面的案例为依据，传统UPS 和模块化UPS 的输出功率都为250kVA 即200kW，传统UPS 的输入功率因数为0.9，效率为80%.模块化UPS 的输入功率因数为0.99，效率为95%.通过计算，可得出UPS 的输入功率(输出功率/效率)。传统UPS 输入功率=200/80%=250 kW，模块化UPS 输入功率=200/95%=210 kW.这样就可计算出UPS 的热损耗(输入功率-输出功率)：传统UPS 热损耗=250-200=50 kW，模块化UPS 热损耗=210-200=10 kW.

假设每度电按0.8 元计算，模块化UPS 相对传统UPS 每年可节电：

40*8760*0.8=28 万元。

以上是按满载情况比较得出每年节电28 万元，如果以初建时负载率特别低的实际情况比较，节电效果将会更加明显。

4、结论

模块化UPS 相对于传统UPS 系统而言，具有高可用性、高适应性、高可管理性的特点，在便于设备安装、节省占地空间、减少初期建设投资、方便维修、节能减排等各个方面都有明显的优势。因此，模块化UPS 设备将成为新一代的UPS，将会被越来越多的企业用户所选择。