模块化UPS电源在通信行业的应用与展望

随着通信行业的重组和3G的商用，国内通信电源市场发展更加迅速。在国家号召大力开展节能减排、减少碳排放的背景下，节能环保越来越受到通信行业的重视，保障通信设备供电可靠安全运行的UPS也不例外。机房管理人员大多认为UPS设备安装后只起到断电保护的作用，不耗电。但实际上UPS设备也是因为效率等因素而耗电(在线)，这部分损耗是额外增加的。用户逐渐意识到传统UPS体积庞大、系统维护困难等问题也亟待解决。所以在很多机房的改造过程中，都考虑到了设计理念更好的模块化UPS。可以说，“低碳经济”时代的到来对UPS产品的绿色环保特性提出了新的要求，也将大力推动模块化UPS技术的发展。

2023-01-05 11:17:08

随着通信行业的重组和3G的商用，国内通信电源市场发展更加迅速。在国家号召大力开展节能减排、减少碳排放的背景下，节能环保越来越受到通信行业的重视，保障通信设备供电可靠安全运行的UPS电源也不例外。机房管理人员大多认为UPS设备安装后只起到断电保护的作用，不耗电。但实际上UPS设备也是因为效率等因素而耗电(在线)，这部分损耗是额外增加的。用户逐渐意识到传统UPS体积庞大、系统维护困难等问题也亟待解决。所以在很多机房的改造过程中，都考虑到了设计理念更好的模块化UPS。可以说，“低碳经济”时代的到来对UPS产品的绿色环保特性提出了新的要求，也将大力推动模块化UPS技术的发展。
1模块化不间断电源特性分析
模块化不间断电源是不间断电源的发展趋势之一。模块化UPS不仅明显提高了其性能，而且明显提高了其可靠性、可维护性和智能性。与传统UPS相比，模块化UPS的主要特点如下：
(1)运行稳定、可靠性高的冗余，并联，在模块化不间断电源中，电源模块部分来自冗余，并联，即电源部分由许多模块并联，组成，这些模块相互单独，平均分担负载。它由单独的监控、报警、通信模块和静态开关模块组成，用于系统保护。没有集中控制单元，系统没有故障瓶颈。在模块化UPS系统中，只有购买相应的电源模块才能实现“N X”故障冗余。
(2)易维护、在线处理、高可用性。在线热插拔是模块化UPS的另一个明显特点。由于模块规格统一，具体实现非常简单，更换时间极短，几分钟就能完成。相比之下，传统模式是修理机器或更换电路板。从判断故障现象到完成设备的更换、故障排除和正常运行，取决于技术人员的水平，从几个小时到几天不等。UPS的模块化提高了系统的可用性，使得维护更加方便，同时提高了用户的维护能力，减少了设备故障隐患，保证了对负载的更好的保护。
(3)安装简单，扩展方便，节省投资。模块化UPS相比传统机型在物理尺寸和整体重量上有很大提升，为用户节省了大量机房和承重加固的投资。随着负载的增加，传统的不间断电源必须更换容量更大的不间断电源来满足使用需求。但模块化UPS只需增加模块数量即可轻松扩展，有效降低了初期购买和未来扩展成本，可动态满足业务发展需求。(4)节能环保绿色电源。由于自身系统架构的优势，模块化产品相比传统机型在整体效率上有所突破，整体效率大幅提升。模块化UPS的输入总谐波失真(THDI)一般为5%，输入功率因数PF0.99。没有无功和电流的输入，不会干扰电网，明显降低了能耗。明显减少了对电网的污染，有效降低了电网负荷和功率损耗，逆变器效率一般为95%，明显节约了电能。
2通信行业对模块化UPS的技术要求
根据通信行业使用的UPS电源保障要求和模块化UPS对适用场合的要求，模块化UPS网络接入应满足以下要求：
(1)UPS完全模块化。每个不间断电源模块都是一个智能且单独的个体。任何一个模块出现故障都不会影响其他模块的正常工作，可以自行退出系统，不会影响整个系统。
(2)UPS系统必须消除系统方案的常见故障点，使系统无瓶颈运行。例如，先进的分散控制技术可以用于并联模块的循环，可以使不间断电源系统不受集中控制可靠性的限制，避免瓶颈故障的发生。
(3)在多模块并联的情况下，更重要的指标是均流，也就是说，如果有N个带并联，的UPS模块，每个模块的输出电流必须是总输出电流的1/N，并且至少它们之间的更大不平衡必须在要求的范围内(一般小于5%)。
(4)系统中所有UPS模块共享(包括充放电)电池组。使用并联的一节电池或多节电池来增加系统的待机时间。
(5)节能降耗是目前数据中心遇到的更大问题。除了可用性之外，为数据中心提供电源的不间断电源系统必须高效、无污染、低能耗。
3供电方案建议
3.1“11”或“2 1”并行冗余方案
目前，UPS系统在通信网络中的应用形式是在线“1 1”或“2 1”并联供电系统，克服了单机供电无冗余的缺点。UPS厂商在传统电路的基础上增加了均流电路和同步控制器，形成“1 1”或“21”冗余并联供电系统。理论上，传统系统可以解决单机供电无冗余的缺点，但在长期使用过程中仍存在一些问题。这主要体现在以下两个方面：
(1)扩容维护风险比较高。扩展或维护传统UPS时必须考虑很多因素，如元器件使用寿命不同造成的参数漂移的影响；系统复杂，是否能准确找到故障点；维修人员携带的备品备件、试验仪器是否能满足要求；维修人员的技术水平等诸多人为因素，因此对运维人员的技术要求也更高。(2)冗余少，运行效率低。“1 1”或“2 1”的并联结构意味着该方案的容错率或冗余效果较低。同时，由于以“1 1”模式为例的并联，数量较少，每台单机的输出功率不能超过其额定功率的50%。如果再考虑冗余和维护因素，只能以其额定功率的30% ~ 40%运行，而传统车型较高的负载率只能达到额定功率的50% ~ 80%。“1 1”并联冗余不间断电源系统如图1所示。
3.2“1 1”并联冗余双总线供电方案
为解决传统UPS“11”或“21”并联，存在的问题，部分系统采用双总线供电方案，采用两条供电总线向负载供电，可有效解决UPS 并联循环问题，解决单点故障瓶颈，实现在线升级和在线维护，具有良好的容错性能，提高供电系统可靠性。而“1 1”并联冗余双总线供电设备对电回路需要更多的辅助设备：和4套输入输出，配电系统复杂，消耗资源多，占用空间大，UPS运行效率低。“1 1”并联冗余双总线供电系统如图2所示。
3.3模块化不间断电源供电方案
模块化UPS系统本身具有并联冗余和在线扩容的特点，因此通过模块化UPS的组合应用，可以实现安全等级较高的不间断电源系统。和关键信息网络机房可构成模块化UPS双总线供电方案。每个回路均由一台模块化UPS供电，既能保证重要设备开关装置电源的无扰切换，又能在UPS的一个回路无法保证重要设备正常运行时，保证另一个回路的应急电源恢复功能。可以实现不间断电源系统的连续并联扩展或冗余备份，满足后期设备的需求扩展，实现不间断电源输入的高效节能。其整机效率高，发热量小，运行损耗小，可明显提高电能利用率，节约用电。
4模块化不间断电源发展的建议和展望
模块化UPS产品的发展需要制定统一的模块化UPS产品标准，以保证模块化UPS市场的稳定性、可靠性和可扩展性。2010年，模块化UPS通信行业技术标准的制定将有阶段性进展，将明显推动模块化UPS的发展。
由于模块化UPS的研发成本较高，目前模块化UPS的采购投入相对较大，需要深入研究，以降低成本，推动模块化UPS的发展。
模块的N度冗余也是系统配置中需要考虑的一个重要方面。如果系统模块冗余大，显然是资源浪费。但如果冗余较小，系统稳定性和可靠性相对较高，模块的过载和均衡负载性能必须过硬。因此，模块的视在功率设置需要结合实际需求进一步开发和完善。模块化UPS技术将传统的系统级冗余变为模块级冗余。在保证供电安全和系统容量较小的情况下，模块化UPS的应用可以有效降低整个不间断电源系统的成本和运行成本。同时，系统还可以通过增加新的模块在线扩容，其模块的更高利用率也可以提高能效，系统的可操作性和可维护性也相应提高。
目前国内只有少数专业模块化UPS电源厂商，技术水平良莠不齐。预计2010年，国内专业模块化UPS厂商将利用国内研发；d和生产优势，不断创新发展，提升品牌优势，为模块化UPS的快速发展贡献力量！