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目前，隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務和IT業(yè)務也呈現(xiàn)越來越快的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)業(yè)務采用刀片式服務器后，集成度高，目前數(shù)據(jù)機房已成為運營商單位功耗最高的機房，數(shù)據(jù)設備的供電也成為運營商最關(guān)注的問題，如何更好地為數(shù)據(jù)設備提供優(yōu)質(zhì)而可靠的供電保障，是目前急需探討的問題。本文就不間斷電源（UPS）的設計問題進行了一些分析，經(jīng)過比較并得出了結(jié)論。 一、現(xiàn)有UPS設計方案 數(shù)據(jù)設備初建時，以使用交流電源為主，所以大多配置UPS設備為其供電。 在配置UPS設備時，由于要考慮用電設備擴容的需要，加之早期UPS設備無法擴容，只能按數(shù)據(jù)設備遠期負荷考慮配置。這樣就造成初期建設投資偏高，系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，設備利用率又偏低。 下面以某樞紐樓BOSS系統(tǒng)為例，2006年，該樞紐樓新建BOSS系統(tǒng)，設備負荷情況詳見下表1、表2。 表1本期新增設備負荷情況 
表2遠期設備負荷情況
根據(jù)以上設備負荷情況，還有UPS廠商提供的UPS輸出功率因數(shù)為0.8（功率因數(shù)為有功功率與視在功率之比，以COSΦ表示。在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到做功的一部分功率即有功功率則小于視在功率）。同時考慮負載的功率因數(shù)（按0.8考慮），當負載的功率因數(shù)與UPS的輸出功率因數(shù)不一致時，應注意保證UPS的容量能提供給負載足夠的有用功率和無用功率，并以此為原則計算UPS的容量。 根據(jù)計算，需配置250kVAUPS，當時考慮支撐系統(tǒng)的重要性，采用了雙母線配置方式，即配置了2套250kVAUPS設備，每套按1+1并機系統(tǒng)考慮。由于UPS設備本身諧波分量難以控制到要求的數(shù)值，必須配置濾波設備來降低諧波分量。UPS設備配置及供電系統(tǒng)見下表3及圖1。 表3設備配置表
圖1傳統(tǒng)UPS（1+1）雙母線系統(tǒng)圖 二、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(jié)構(gòu)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(gòu)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(guān)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(gòu)成，每個單體模塊內(nèi)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(guān)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(jié)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。 采用模塊化UPS設備后，無需配置濾波設備就可滿足諧波含量≤5%的要求，UPS設備配置及供電系統(tǒng)見下表4及圖2. 表4設備配置表
圖2模塊化UPS（1+1模塊冗余）雙母線系統(tǒng)圖 三、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(shù)，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(shù)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(shù)、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(chǎn)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(jié)構(gòu)有效解決了這一問題，其模塊化結(jié)構(gòu)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。 我們同樣以前面的案例為依據(jù)，裝機容量按年增長20%考慮，投資比較如下表。 表5投資比較表
以上投資不包括電池配置的考慮，若考慮電池配置，模塊化UPS的優(yōu)勢將更加明顯。 �。�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(guān)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(shù)水平和工作經(jīng)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(jīng)成為社會各行業(yè)產(chǎn)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(chǎn)生的諧波電流嚴重污染電網(wǎng)，模塊化UPS采用電子式調(diào)整技術(shù)使輸入諧波失真低于5%，整流器使用IGBT技術(shù)，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%=250kW，模塊化UPS輸入功率=200/95%=210kW.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=50kW，模塊化UPS熱損耗=210-200=10kW. 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。 四、結(jié)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。 |
