摘要：隨著通信事業的迅速發展，數據業務和 IT 業務也呈現越來越快的發展趨勢。數據業務采用刀片式服務器后，集成度高，目前數據機房已成為運營商單位功耗最高的機房，數據設備的供電也成為運營商最關注的問題，如何更好地為數據設備提供優質而可靠的供電保障，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，經過比較并得出了結論。
1、 現有 UPS 設計方案
數據設備初建時，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，只能按數據設備遠期負荷考慮配置。這樣就造成初期建設投資偏高，系統建成投產后，設備利用率又偏低。
下面以某樞紐樓BOSS 系統為例，2006 年，該樞紐樓新建BOSS 系統，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
根據以上設備負荷情況，還有UPS 廠商提供的UPS 輸出功率因數為0.8（功率因數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（按0.8 考慮），當負載的功率因數與UPS 的輸出功率因數不一致時，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。
根據計算，需配置250kVA UPS,當時考慮支撐系統的重要性，采用了雙母線配置方式，即配置了2 套250 kVA UPS 設備，每套按1+1 并機系統考慮。由于UPS 設備本身諧波分量難以控制到要求的數值，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見下表3 及圖1。
表3 設備配置表
圖1 傳統UPS（1+1）雙母線系統圖
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2、 模塊化 UPS 設計方案
由于傳統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UPS 的整流、濾波、充電、逆變器等部分，但靜態旁通與系統的部分監控和顯示共用一個機架，各模塊獨立控制并聯運行，機架上的顯示控制模塊僅作為用戶開關UPS 主機和進行網絡化監控平臺。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，假設采用完全模塊化UPS 設備，配置方案如下：
根據近期的負荷，結合遠期發展需求，UPS 系統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生故障，它將自動脫離系統，由其它模塊繼續給負載供電，以保證系統的正常運行；2 套模塊化UPS 系統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）雙母線系統圖
3、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UPS節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UPS配置濾波設備，減少了機柜數量。
我們同樣以前面的案例為依據，采用傳統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。
在供電系統建設初期，傳統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。即滿足了后期業務的發展需求，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，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 的優勢將更加明顯。
（3）并聯冗余與可靠性。
在機架式模塊化UPS 中，功率模塊部分是并聯冗余的，即功率部分是由許多模塊并聯在一起并均分負載，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生故障退出，也不影響整個系統工作。采用傳統UPS 系統，為保證安全需采用"1+1"或"N+1"的關聯冗余方式，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，用戶只需購買相應的功率模塊，即可實現"N+X"的故障冗余，容錯率大大提高。
傳統UPS 供電系統出現故障后，由于系統過于復雜，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，從而實現無需專業技術人員到場，無需專門的儀器即可進行系統在線維修。
（4）節能與環保。
綠色環保已經成為社會各行業產品發展的必要趨勢。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，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，可將輸入功率因數提高到0.99 接近于1,從而大大降低對電網的污染程度。
節能減排在當今已成為基本國策，節約能源已成為企業發展和競爭的需要。
節電也是節能的一種體現，模塊化UPS 相比傳統UPS 設備在節電方面顯得更為突出。
我們可通過年節電費用做一比較，下面我們根據設計滿載情況來比較，同樣以上面的案例為依據，傳統UPS 和模塊化UPS 的輸出功率都為250kVA 即200kW,傳統UPS 的輸入功率因數為0.9,效率為80%.模塊化UPS 的輸入功率因數為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UPS 每年可節電：
40*8760*0.8=28 萬元。
以上是按滿載情況比較得出每年節電28 萬元，如果以初建時負載率特別低的實際情況比較，節電效果將會更加明顯。
4、結論
模塊化UPS 相對于傳統UPS 系統而言，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、節省占地空間、減少初期建設投資、方便維修、節能減排等各個方面都有明顯的優勢。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用戶所選擇。