模块化UPS对传统UPS的性能优势比较.docx
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模块化UPS对传统UPS的性能优势比较
模块化UPS电源方案
与传统UPS电源方案的优势比较
一、概述
随着通信技术、信息技术的发展，保障网络的畅通和网络设备的正常运行，成为网络设计工程师和网络运维人员的重大责任和使命。
为保障这些重要网络和信息设备的交流不间断供电，通常采用UPS供电方案，这样，保障网络设备的供电安全性就转变为了保障UPS方案的安全性、可靠性。
为提高UPS方案的安全性、可靠性，设计人员和运维人员在实际工作过程中总结出了诸如：
单机系统、串联冗余系统、并联冗余系统、分布式冗余系统、单机双总线系统、（1+1）系统并联双总线等多种配置方案，这些方案在一定程度上提高了系统和供电的可靠性，但是也带了了诸多的问题，诸如：
设备投资大、配套设备投资增加、占地面积更多、运营成本升高、维护和扩容困难、风险大等一系列问题。
为解决这些问题，众多UPS厂商率先在新技术的发展方面做出了积极的探索和工作，并成功推出了模块化UPS电源系统，这一技术的推广和应用必将为今后的交流供电带来一场新的技术革命。
二、模块化UPS系统的定义
模块化UPS系统是将UPS各部分功能完全以模块化实现的UPS产品。
其具有如下特点：
1、系统主机由：
机架、功率模块、静态开关模块、监控模块等组件构成。
2、系统主机组件诸如:
功率模块、静态开关模块、监控模块均应具备在线热插拔、扩容、维护的功能，任一组件拔出或故障均不影响系统供电。
3、系统具有并联冗余、在线扩容的特性,并能构成系统双总线方案，完全取代传统UPS方案，诸如：
（1）1+1或2+1并机冗余方案；
（2）单机双总线方案；
（3）（1+1）系统并联双总线方案；
4、系统是一个“绿色、节能、环保”的电源方案，具有高输入功率因数、低谐波失真度、高效率、高可靠性、高稳定性的优点。
5、配以功能强大的监控软件及完善的通讯界面，能够完全满足用户的监控要求。
6、模块化UPS系统应采用符合行业标准的结构设计,对空间需求低，以模块为安装、扩容、维护单元,具备在线扩容、维护方便的特点，最大限度地提高系统的可靠性、可用性、安全性，为用户提供一个最完美的电源解决方案。
三、模块化UPS与传统UPS的性能特点比较
1．可靠性比较
UPS的可靠性＝提高单机平均无故障时间＋冗余
UPS供电系统设计采用并联冗余技术、双母线技术，消除系统中的单点故障瓶颈，是目前传统UPS系统提高供电可靠性的主要方式。
（1）模块化UPS电源方案的可靠性源于全方位技术突破
传统UPS并联冗余存在的隐患
模块化UPS的先进设计理念
●传统UPS电源在并机冗余运行时必然存在交流环流，当环流过大时会导致系统宕机，这是传统UPS电路结构所无法克服的；
●传统UPS电源在并机冗余运行时，如其中任一电源内部静态开关损坏，会导致整个供电系统宕机；
●传统UPS电源在并机冗余运行时，如均流不一致、负载功率分配不当，会导致整个供电系统宕机；
●传统UPS电源在并机冗余运行时，如对其进行在线扩容、升级、维护风险较大，操作不当会导致整个供电系统宕机；
◆结论：
传统UPS电源并机数量越多，可靠性反而降低。
●从电路结构上根本性解决了环流对UPS功率模块并机冗余所造成的影响，理论上可以进行无限制并机冗余；
●采用集中旁路的静态开关工作模式，并将控制电路和切换器件与主电源在结构上进行分离，避免了宕机的风险；
●采用顺位主从同步控制技术，每个功率模块的输入、输出、充电均采用了先进可靠的功率均分技术，系统运行无瓶颈；
●采用多级分散式控制理念，功率模块、监控模块、静态开关模块均可在线热插拔，使扩容、升级、维护零风险；
★结论:
模块UPS既减少了系统本身的风险系数，又使负载受到了UPS的全面保护；
★模块化UPS技术是对传统UPS运行模式的一次革命；
★它全面提升了UPS系统的可靠性；
（2）模块UPS方案与传统UPS设计方案的综合性能对比
对比内容
1+1并联冗余
单机双总线
（1+1）系统并联双总线
模块化UPS
模块化UPS系统双总线
冗余性
1次
1次
3次
N次
N次
可靠性
一般
一般
高
高
很高
在线扩容性
困难
且风险大
困难
且风险大
困难
且风险大
简单
零风险
简单
零风险
在线维护性
困难
困难
困难
简单
简单
维护方式
电路板
及元器件
电路板
及元器件
电路板
及元器件
模块
热插拔
模块
热插拔
维护时间
8小时以上
8小时以上
8小时以上
5分钟
5分钟
运行效率
≤70%
≤70%
≤40%
≥95%
≥95%
热损耗
高
高
很高
低
低
输入功率因数（PF）
0.9
0.9
0.9
0.999
0.999
输入电流谐波（THDI）
12～35%
需加有源滤波器
12～35%
需加有源滤波器
12～35%
需加有源滤波器
≤3%
不需滤波器
≤3%
不需滤波器
前期购置
综合成本
高
高
很高
低
高
后期运行
综合成本
高
高
很高
低
低
后期扩容
成本与风险
高
高
高
低
在线扩容模块，零风险
低
在线扩容模块，零风险
2.综合投资有效性比较
模块化UPS具有传统UPS不可比拟的优势
模块化UPS优势
模块化UPS
传统UPS
可靠性更高
1、其系统组件诸如:
功率模块、静态开关模块、监控模块均具有在线热插拔功能，任一组件拔出或故障均不影响系统供电，可靠性极高；
2、系统具有N+X并联冗余的特性,能够完全取代传统UPS；
通常采用如下并联冗余方案冗余方案：
1、1+1或2+1并联冗余方案；
2、单机双总线方案；
3、（1+1）系统并联双总线方案；
由于环流的影响，并机数量越多，可靠性反而下降；
节省购买费用
1、初期装机容量小，随需在线扩容，动态增长，避免了大量资金的沉淀；
2、无需12脉冲整流器、谐波滤波器、相位补偿装置等
1、初期装机容量大、并机数量多及大量电池组投资，造成大量资金沉淀浪费；
2、需要购置12脉冲整流器、谐波滤波器、相位补偿装置等
节省占地面积
占地面积非常小，
200KVA系统占地约0.48㎡，只配置一套电池组，占地面积很小
占地面积非常大
200KVA单机占地约1.6㎡，1+1并联冗余或双母线方案加多套电池组，占地面积更甚，造成大量资源的浪费。
节省建筑
加固费用
模块化UPS重量轻，配置一组电池，无需对建筑进行加固
传统UPS重量重，加之并机冗余要求、电池配置多，必须对建筑进行加固
节省配套设备安装费用
THDI＜3%、输入功率因数＞0.999
意味着可以减小安装电缆及保险的容量，从而降低安装费用，发电机的匹配容量无需太大
THDI≥30%、输入功率因数＜0.8
意味着要增加滤波器、加大安装电缆及保险的容量，从而增加安装费用，发电机的匹配容量也需很大
节省运行费
及制冷费用
采用“模块休眠技术”，整机运行效率始终保持在95%以上，功耗小，空调功率无需太大，运行及制冷费用低
整机或系统实际运行效率由带载量决定，轻载时效率70%以下，功耗大，空调功率需要很大，运行及制冷费用很高
传统UPS无法扩容造成的资源浪费
案例：
模块化UPS与传统UPS配置方案投资比较
比较
项目
参数
单价
1+1并联冗余
单机双总线
（1+1）系统
并联双总线
模块化UPS
模块化UPS
系统双总线
A
UPS主机
2台
2台
4台
1套
2套
B
蓄电池组
2组
2组
4组
1组
2组
C
电池架
2套
2套
4套
1套
2套
D
CLASSA滤波器
2套
2套
4套
无
无
E
5th谐波滤波器
2套
2套
4套
无
无
F
11th谐波滤波器
2套
2套
2套
无
无
G
同步跟踪器
1套
1套
3套
无
无
H
并机板
1套
1套
2套
无
无
I
并机电缆
1套
1套
2套
无
1套
J
输入配电柜
K
前级ATS
2
2
3
1
2
L
输出配电柜
1
2
2
1
2
M
后级STS
1
2
2
0
0
3.高效、节能与绿色环保—运行维护费用比较
模块化UPS电源设备性能优势
高效:
整机效率≥95%，逆变效率≥98%
环保:
输入总谐波THDI≤3%，输入功率因数≥0.999
有效减小对电网的谐波电流干扰、降低噪音污染
节能：
●高效率可有效降低设备的热损耗——节能
●低THDI可减小谐波电流带来的无功耗能——节能
●低THDI意味着可以减小安装电缆及保险的容量，从而降低安装费用，
发电机的匹配容量无需太大——节能
效率
负载率
IGBT逆变电路效率图
模块化UPS电源与传统UPS电源方案的运行成本对比
比较
项目
参数
单位
1+1并联
冗余
单机双总线
（1+1）并联
系统双总线
模块化UPS
模块化UPS系统双总线
A
假设电用成本
P/KWH
0，7
B
UPS功率
KVA
120
C
负载容量
KVA
100
D
负载功率因数
PF
0.8
E
负载有功功率（C*D）
KW
80
F
UPS系统效率
%
70（12脉冲）
70（12脉冲）
40（12脉冲）
95
95
G
UPS输入功率因数
PF
0.9
0.9
0.9
0.999
0.999
H
UPS系统输入有功功率（E/F）
KW
114.29
114.29
200
84.21
84.21
I
UPS输入视在功率（H/G）
KVA
126.99
126.99
222
84.29
84.29
J
UPS热损耗（I-E）
KW
46.99
46.99
142
4.29
4.29
K
UPS年运行成本（A*J*8760H）
元
288142.68
288142.68
870744
26306.28
26306.28
L
空调运行成本（K*0.4）
元
115257.07
115257,07
348297.6
10522.51
10522.51
M
总运行成本（K+L）
元
403399.75
403399.75
1219041.6
36828.79
36828.79
注：
1、此处假设传统UPS单机标称效率：
≥90%
2、UPS的实际效率由带载率决定，50%带载率时，效率≤70%；60%带载率时，效率≥80%；
4.可用性与扩容、维护
（1）模块化UPS系统配置组成
（2）可用性比较
可用性=MTBF/（MTBF+MTTR）
（MTBF=平均无故障时间，MTTR=平均修复时间）
传统UPS的可用性＝200，000/（200，000＋120）×100％＝99，940%
模块化UPS的可用性＝700，000/（700，000＋5）×100％＝99，999％
传统UPS与模块化UPS可用性比较
（3）扩容、维护
模块化UPS系统，结构极具弹性，功率模块的设计理念是在系统运行时可随意移除和安装功率模块而不影响系统的运行及输出，使用户投资规划“随需扩展”，实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩容，又降低了初期购置成本。
模块化UPS电源维护非常简单、方便，其采用分散控制理论，功能组件以模块为维修单元，任一部分出现故障自动退出，而不影响系统供电，对于故障模块只需在线拔出，插入新的模块即可，维修时间短、零风险。
1.单个模块出现故障不影响系统正常运行，无须停机等待修复，因此用户
不会因UPS模块故障而造成损失；
2.技术人员在现场无需排查故障点，直接更换模块即可，如用户有备品可
自行维护；
3.平均修复时间由8小时降至在线状态下5分钟修复；
4.简化备品、备件，降低用户使用成本及服务合同价格；
5.当监控模块失效时，UPS仍保持正常输出，不转旁路；
6.用户可随时对系统进行维护，无须等到大修时再检修，降低故障隐患；
7.呈现极高的可靠性、稳定性、安全性，确保负载得到最佳的保护。
5.模块UPS原理图
四、结论
—模块化UPS的先进设计理念必将取代传统UPS方案
经过上述模块化UPS与传统UPS在可靠性、综合投资的有效性、高效节能环保、可用性与扩容维护等几个方面的比较，我们很明确地看到了模块化UPS的诸多优势，我们相信，在建设高效、节能社会的今天，有广大UPS厂商在新技术开发方面的不懈努力，有广大电源专家、设计工程师和运维人员的推荐使用和认可，—模块化UPS的先进设计理念必将取代传统UPS方案，为交流不间断供电带来一场新的技术革命！
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