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發(fā)布時間：2014.05.07 瀏覽次數(shù)：2354
1 模塊化UPS發(fā)展趨勢
模塊化UPS概念從2002年開始推出,提高供電系統(tǒng)的可用性、可靠性、可維護性及節(jié)能特性這種概念是符合用戶需要的,而且技術上沒有不可逾越的困難,因此,一些公司仍在不斷改進、研發(fā)并推出新的模塊化產(chǎn)品,經(jīng)過10多年的發(fā)展,模塊機的穩(wěn)定性、可靠性、市場占有率等方面已不可同日而語,2009～2010年中國電信通過廣州電信研究院對模塊機的深入測試,及上海電信、廣東電信、廣西電信、新疆電信等實際使用單位的反映,都認為生產(chǎn)模塊化UPS的幾個主流廠家(先控、APC、NEWA、艾默生、科華、中興等),已經(jīng)完全滿足通信行業(yè)對UPS的要求,并在2011年底開始對模塊機第一次集中采購,至今已連續(xù)進行了三次集采,通過綜合性能、價格、用戶反饋等方面評比,先控榮幸獲得60%以上的份額。
2 模塊化UPS應用情況
以先控為例,2012年模塊機銷售額為1.4億,平均每月生產(chǎn)的UPS系統(tǒng)(100～600k)約150套,模塊數(shù)量在1000臺左右,已實現(xiàn)了標準化、規(guī)?；a(chǎn)。
(1)通信行業(yè)
河北聯(lián)通二樞紐使用240k模塊機30多套;內蒙聯(lián)通通信樞紐樓使用480k模塊機4套;山東聯(lián)通各地市使用90～200k模塊機20多套;上海聯(lián)通使用200k模塊機兩套;上海移動使用200k模塊機18套;中國電信集團公司東四機房使用600k模塊機兩套;上海信多處機房使用200～480k模塊機26套;北京電信西單機房使用480k模塊機兩套;廣東電信人民中機樓使用480k模塊機4套;新疆電信通信樞紐樓及各地市使用200k模塊機20多套;浙江電信使用480k模塊機兩套;山西電信使用480k模塊機4套;其他還有廣西信、重慶電信、陜西電信、黑龍江電信、黑龍江聯(lián)通、山東聯(lián)通、河北聯(lián)通等單位,還使用了先控很多早期的模塊化產(chǎn)品(30～90k)。
(2)IDC行業(yè)
廊坊潤澤IDC機房使用480k模塊機24套;上海錦華IDC機房使用480k模塊機19套;上海騰訊IDC機房使用320k模塊機18套;河北聯(lián)通鹿泉IDC機房使用400k模塊機22套;此外在高鐵、高速、機場、政府、稅務、金融證券、學校、軍工科研院所等單位,都有大量的典型應用案例。
3 高壓直流供電發(fā)展趨勢
從高壓直流的發(fā)展來看,這項技術在國際上很早就有了研究和探討,但實際應用卻很少,在我國正好相反,研究和探討起步較晚,但應用和推廣確是最先開始的。通信行業(yè)最早是從2008年江蘇電信參照電力操作電源的規(guī)范,開始實踐、試驗,并定點小規(guī)模試用開始的,然后逐步推廣到其他省的電信公司試用,作為國內在高壓直流技術方面首位“吃螃蟹”的用戶,中國電信在該技術上的應用步伐
可謂邁得飛快。中國電信集團數(shù)據(jù)顯示,截止2012年12月底,通信行業(yè)全網(wǎng)用直流電源(240V)系統(tǒng)數(shù)大約為600套,每套設備的電流大約在400～600A,每套相當于160kVA的UPS容量,與模塊化UPS一樣,中國電信也先后進行了三次集中采購。
(1)高壓直流的特點
①技術門檻要求不高,國內
生產(chǎn)整流器的廠家較多,如艾默生、中達、動力源、中恒等公司,且與通信行業(yè)接觸良好、用戶最集中;
②電池直接掛在輸出母線上,系統(tǒng)供電可靠性更高;
?、鄄捎媚K化結構,可在線擴容、維護、割接等;
?、軐τ诰S護人員而言,直流電源的操作相對于UPS更簡單;
⑤從節(jié)能角度看,與傳統(tǒng)帶工頻變壓器的UPS相比,整機效率能提高5%～10%,但與模塊化UPS或高頻UPS相比,基本相當甚至還略低。
(2)高壓直流面臨的問題
?、俑邏褐绷魃形葱纬擅鞔_的標準,比如電壓等級,選擇240V、336V或380V差異非常大,而選擇不同的電壓等級又面臨著負載適應性、人身安全、系統(tǒng)節(jié)能、輸出配電等諸多問題,很難兩全;
?、谀壳霸跇藴饰葱纬傻那闆r下,很多IT設備廠家普遍對高壓直流處于觀望態(tài)度,暫時不愿意承諾提供設備的維保等服務。這意味著一旦用戶在高壓直流環(huán)境下的IT設備發(fā)生故障,其售后服務以及損失賠償上得不到保障;
?、墼谝恍└叨说姆掌麟娫粗?，采用了交流頻率檢測、輔助電源單極供電等，會出現(xiàn)設備雖不損壞但不能正常開機等小概率事件。還有，部分交流電機驅動類設備不支持高壓直流，均需要配備UPS或逆變器等設備;
?、芨鶕?jù)中國電信實際應用統(tǒng)計,可用240V直流電源的IT設備占總數(shù)量的95%以上,不可用數(shù)量小于5%。這5%的概率雖小,還是需要用戶在切換到高壓直流系統(tǒng)之前做大量細致的設備適應性測試工作。
總之,從應用層面和應用歷史看,模塊化UPS要遠遠多于高壓直流,這是由于用戶IT設備和服務器均大部分采用交流輸入。但簡單評論交流或直流供電哪種模式更好,意義不大,因為得到的結論總是片面的,但作為IT設備的基礎供電設施,必須滿足IT設備的供電要求,這永遠是第一位的。
4 傳統(tǒng)UPS、模塊化UPS、高壓直流的方案比較
通過一個IDC機房的實際應用案例來比較三種供電方案,例如假定負載為240個IT機柜,每個機柜需要4kVA的供電,機房整體供電總量為960kVA,為便于管理,將80個IT機柜為一個區(qū)，共分為三個區(qū)域進行供電，每區(qū)分為4列，每列放置20個機柜，供電標準按T4級的標準設計。
(1)傳統(tǒng)機型UPS“3+1”并機2N型供電方案配置說明:
①4臺400kVA傳統(tǒng)UPS組成“3+1”冗余并機,共8臺400kVA傳統(tǒng)式UPS組成2N供電，總容量可達到1200kVA(見圖1)。
?、诿拷MUPS輸出配置交流并機柜,交流并機柜后再配置三個交流輸出分配柜,每個交流輸出分配柜各有4路分路輸出,分別供給各交流列頭柜。
(2)高壓直流2N型供電方案配置說明:因為高壓直流系統(tǒng)容量較小,同時輸出為懸浮供電,所以采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
?、倜總€區(qū)域使用6臺240V/600A的HVDC(高壓直流)系統(tǒng),分為兩組3臺并聯(lián),組成2N供電模式,每個區(qū)域的供電容量為432kVA,總共需3組18臺HVDC系統(tǒng),總輸出容量為1296kVA(見圖2);
?、诿?臺600AHVDC系統(tǒng)并機輸出后需接入到直流輸出分配柜,每個直流輸出分配柜再分為4路輸出,分別供給直流列頭柜。
(3)模塊化UPS2N型供電方案
配置說明:因為模塊化UPS系統(tǒng)已經(jīng)具備了冗余特性,所以無需并聯(lián),直接采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
①每個區(qū)域使用兩臺400kVA模塊化UPS組成2N供電方案,總共需要3組6臺模塊化UPS,總輸出容量為1200kVA(見圖3);
?、谀K化UPS輸出直接連接交流輸出分配柜，交流輸出分配柜分為4路為別供給交流列頭柜。
三種方案對比見表1。
5 模塊化UPS目前在用戶當中存在的疑慮有那些?是如何解決的?
(1)模塊之間的環(huán)流、同步存在的危害?如何解決傳統(tǒng)單機UPS并聯(lián)運行,環(huán)流和同步問題是考驗并聯(lián)系統(tǒng)安全的最重要指標，而且并聯(lián)數(shù)量越多，環(huán)流和同步問題越難控制，所以傳統(tǒng)UPS，并聯(lián)數(shù)量越多，可靠性反而降低，這是由于單機UPS的電路結構所決定的，因為當兩臺單機UPS并聯(lián)運行時，如產(chǎn)生環(huán)流，會造成其中一臺UPS逆變電路直流母線電壓升高，輕則保護退出，重則造成IGBT過壓損壞或直流母線上的電解電容損壞，給系統(tǒng)運行安全帶來的影響是毀滅性的。
而模塊化UPS在設計之初,首要解決的就是多模塊并聯(lián)問題,交流電與直流電不同,它的電壓和電流不是單向而是雙向的,這就意味著交流電在并聯(lián)時絕對沒有環(huán)流是不可能的,但通過電路分析可以得出,環(huán)流最大的影響是造成逆變電路直流母線電壓的升高,如果將所并聯(lián)的UPS模塊的直流母線連接在一起,相當于所有模塊共用一條直流母線,就會從根本上解決環(huán)流帶來的負面影響,這一點在模塊機上很容易實現(xiàn),而在傳統(tǒng)單機UPS上卻是無法實現(xiàn)的,所以對于模塊化UPS,即使產(chǎn)生環(huán)流,也不會給系統(tǒng)運行帶來負面影響,所體現(xiàn)出來的只是均流精度的差異。
(2)模塊數(shù)量與故障概率和維護量
模塊數(shù)量增多,出問題的概率自然增加,但這里先說明幾個概念:首先,不能簡單地把模塊機和傳統(tǒng)單機對等起來,因為衡量一個產(chǎn)品的故障概率,要從生產(chǎn)工藝的復雜性、生產(chǎn)流程的標準化、元器件的耐壓、過流應力和余量等多方面綜合考量,而模塊機比傳統(tǒng)單機在制造過程中，很容易形成標準化的生產(chǎn)流程，所以它的可靠性及生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率遠遠高于傳統(tǒng)單機;
其次,模塊機采用冗余并聯(lián)模式工作,理論上即使模塊故障,只是冗余的減少,不會影響系統(tǒng)的正常運行,即降低了系統(tǒng)故障的概率;
最后,通信行業(yè)現(xiàn)階段大量使用的-48V整流器對此問題也做出了最好的回答,因為在上世紀90年代中期,通信行業(yè)使用的全是單機,但現(xiàn)在模塊化整流器的廣泛應用已經(jīng)充分的證實了這個事情不是問題。
(3)模塊化UPS存在的不足
模塊化UPS與傳統(tǒng)單機相比,從系統(tǒng)的可靠性、維護性、擴展性、性能參數(shù)指標、體積重量包括成本,均具有優(yōu)勢,但對于模塊化UPS這個行業(yè),筆者有些建議和看法:①目前模塊化UPS的價格較貴,尤其沒有合資和國產(chǎn)化;②設計院對系統(tǒng)應用的設計不太熟悉。
(4)模塊化UPS使用中和傳統(tǒng)UPS有那些不同
先控模塊化UPS可實現(xiàn)最多四套系統(tǒng)并聯(lián)運行,與傳統(tǒng)UPS單機功能基本一致,但在實際使用和設計中,建議模塊機系統(tǒng)不再并聯(lián),采用分區(qū)、分散供電模式,這樣既保證系統(tǒng)的冗余性、擴展性、維護性，同時也避免環(huán)流帶來的負面影響，對于T4級的IDC機房和通信局站的動力中心，采用模塊機雙總線輸出的供電方案為佳；對于T3級IDC機房，采用模塊機單機運行即可。
編輯簡介
李露,女,在北京致遠華騰科技有限公司公司任職。主要從事云計算等新一代信息技術產(chǎn)業(yè)方向的相關研究,產(chǎn)品領域集中在機房環(huán)境設備,主要包括UPS、機房空調、機房監(jiān)控設備等。
模塊化UPS概念從2002年開始推出,提高供電系統(tǒng)的可用性、可靠性、可維護性及節(jié)能特性這種概念是符合用戶需要的,而且技術上沒有不可逾越的困難,因此,一些公司仍在不斷改進、研發(fā)并推出新的模塊化產(chǎn)品,經(jīng)過10多年的發(fā)展,模塊機的穩(wěn)定性、可靠性、市場占有率等方面已不可同日而語,2009～2010年中國電信通過廣州電信研究院對模塊機的深入測試,及上海電信、廣東電信、廣西電信、新疆電信等實際使用單位的反映,都認為生產(chǎn)模塊化UPS的幾個主流廠家(先控、APC、NEWA、艾默生、科華、中興等),已經(jīng)完全滿足通信行業(yè)對UPS的要求,并在2011年底開始對模塊機第一次集中采購,至今已連續(xù)進行了三次集采,通過綜合性能、價格、用戶反饋等方面評比,先控榮幸獲得60%以上的份額。
2 模塊化UPS應用情況
以先控為例,2012年模塊機銷售額為1.4億,平均每月生產(chǎn)的UPS系統(tǒng)(100～600k)約150套,模塊數(shù)量在1000臺左右,已實現(xiàn)了標準化、規(guī)?；a(chǎn)。
(1)通信行業(yè)
河北聯(lián)通二樞紐使用240k模塊機30多套;內蒙聯(lián)通通信樞紐樓使用480k模塊機4套;山東聯(lián)通各地市使用90～200k模塊機20多套;上海聯(lián)通使用200k模塊機兩套;上海移動使用200k模塊機18套;中國電信集團公司東四機房使用600k模塊機兩套;上海信多處機房使用200～480k模塊機26套;北京電信西單機房使用480k模塊機兩套;廣東電信人民中機樓使用480k模塊機4套;新疆電信通信樞紐樓及各地市使用200k模塊機20多套;浙江電信使用480k模塊機兩套;山西電信使用480k模塊機4套;其他還有廣西信、重慶電信、陜西電信、黑龍江電信、黑龍江聯(lián)通、山東聯(lián)通、河北聯(lián)通等單位,還使用了先控很多早期的模塊化產(chǎn)品(30～90k)。
(2)IDC行業(yè)
廊坊潤澤IDC機房使用480k模塊機24套;上海錦華IDC機房使用480k模塊機19套;上海騰訊IDC機房使用320k模塊機18套;河北聯(lián)通鹿泉IDC機房使用400k模塊機22套;此外在高鐵、高速、機場、政府、稅務、金融證券、學校、軍工科研院所等單位,都有大量的典型應用案例。
3 高壓直流供電發(fā)展趨勢
從高壓直流的發(fā)展來看,這項技術在國際上很早就有了研究和探討,但實際應用卻很少,在我國正好相反,研究和探討起步較晚,但應用和推廣確是最先開始的。通信行業(yè)最早是從2008年江蘇電信參照電力操作電源的規(guī)范,開始實踐、試驗,并定點小規(guī)模試用開始的,然后逐步推廣到其他省的電信公司試用,作為國內在高壓直流技術方面首位“吃螃蟹”的用戶,中國電信在該技術上的應用步伐
可謂邁得飛快。中國電信集團數(shù)據(jù)顯示,截止2012年12月底,通信行業(yè)全網(wǎng)用直流電源(240V)系統(tǒng)數(shù)大約為600套,每套設備的電流大約在400～600A,每套相當于160kVA的UPS容量,與模塊化UPS一樣,中國電信也先后進行了三次集中采購。
(1)高壓直流的特點
①技術門檻要求不高,國內
生產(chǎn)整流器的廠家較多,如艾默生、中達、動力源、中恒等公司,且與通信行業(yè)接觸良好、用戶最集中;
②電池直接掛在輸出母線上,系統(tǒng)供電可靠性更高;
?、鄄捎媚K化結構,可在線擴容、維護、割接等;
?、軐τ诰S護人員而言,直流電源的操作相對于UPS更簡單;
⑤從節(jié)能角度看,與傳統(tǒng)帶工頻變壓器的UPS相比,整機效率能提高5%～10%,但與模塊化UPS或高頻UPS相比,基本相當甚至還略低。
(2)高壓直流面臨的問題
?、俑邏褐绷魃形葱纬擅鞔_的標準,比如電壓等級,選擇240V、336V或380V差異非常大,而選擇不同的電壓等級又面臨著負載適應性、人身安全、系統(tǒng)節(jié)能、輸出配電等諸多問題,很難兩全;
?、谀壳霸跇藴饰葱纬傻那闆r下,很多IT設備廠家普遍對高壓直流處于觀望態(tài)度,暫時不愿意承諾提供設備的維保等服務。這意味著一旦用戶在高壓直流環(huán)境下的IT設備發(fā)生故障,其售后服務以及損失賠償上得不到保障;
?、墼谝恍└叨说姆掌麟娫粗?，采用了交流頻率檢測、輔助電源單極供電等，會出現(xiàn)設備雖不損壞但不能正常開機等小概率事件。還有，部分交流電機驅動類設備不支持高壓直流，均需要配備UPS或逆變器等設備;
?、芨鶕?jù)中國電信實際應用統(tǒng)計,可用240V直流電源的IT設備占總數(shù)量的95%以上,不可用數(shù)量小于5%。這5%的概率雖小,還是需要用戶在切換到高壓直流系統(tǒng)之前做大量細致的設備適應性測試工作。
總之,從應用層面和應用歷史看,模塊化UPS要遠遠多于高壓直流,這是由于用戶IT設備和服務器均大部分采用交流輸入。但簡單評論交流或直流供電哪種模式更好,意義不大,因為得到的結論總是片面的,但作為IT設備的基礎供電設施,必須滿足IT設備的供電要求,這永遠是第一位的。
4 傳統(tǒng)UPS、模塊化UPS、高壓直流的方案比較
通過一個IDC機房的實際應用案例來比較三種供電方案,例如假定負載為240個IT機柜,每個機柜需要4kVA的供電,機房整體供電總量為960kVA,為便于管理,將80個IT機柜為一個區(qū)，共分為三個區(qū)域進行供電，每區(qū)分為4列，每列放置20個機柜，供電標準按T4級的標準設計。
(1)傳統(tǒng)機型UPS“3+1”并機2N型供電方案配置說明:
①4臺400kVA傳統(tǒng)UPS組成“3+1”冗余并機,共8臺400kVA傳統(tǒng)式UPS組成2N供電，總容量可達到1200kVA(見圖1)。
?、诿拷MUPS輸出配置交流并機柜,交流并機柜后再配置三個交流輸出分配柜,每個交流輸出分配柜各有4路分路輸出,分別供給各交流列頭柜。
(2)高壓直流2N型供電方案配置說明:因為高壓直流系統(tǒng)容量較小,同時輸出為懸浮供電,所以采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
?、倜總€區(qū)域使用6臺240V/600A的HVDC(高壓直流)系統(tǒng),分為兩組3臺并聯(lián),組成2N供電模式,每個區(qū)域的供電容量為432kVA,總共需3組18臺HVDC系統(tǒng),總輸出容量為1296kVA(見圖2);
?、诿?臺600AHVDC系統(tǒng)并機輸出后需接入到直流輸出分配柜,每個直流輸出分配柜再分為4路輸出,分別供給直流列頭柜。
(3)模塊化UPS2N型供電方案
配置說明:因為模塊化UPS系統(tǒng)已經(jīng)具備了冗余特性,所以無需并聯(lián),直接采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
①每個區(qū)域使用兩臺400kVA模塊化UPS組成2N供電方案,總共需要3組6臺模塊化UPS,總輸出容量為1200kVA(見圖3);
?、谀K化UPS輸出直接連接交流輸出分配柜，交流輸出分配柜分為4路為別供給交流列頭柜。
三種方案對比見表1。
5 模塊化UPS目前在用戶當中存在的疑慮有那些?是如何解決的?
(1)模塊之間的環(huán)流、同步存在的危害?如何解決傳統(tǒng)單機UPS并聯(lián)運行,環(huán)流和同步問題是考驗并聯(lián)系統(tǒng)安全的最重要指標，而且并聯(lián)數(shù)量越多，環(huán)流和同步問題越難控制，所以傳統(tǒng)UPS，并聯(lián)數(shù)量越多，可靠性反而降低，這是由于單機UPS的電路結構所決定的，因為當兩臺單機UPS并聯(lián)運行時，如產(chǎn)生環(huán)流，會造成其中一臺UPS逆變電路直流母線電壓升高，輕則保護退出，重則造成IGBT過壓損壞或直流母線上的電解電容損壞，給系統(tǒng)運行安全帶來的影響是毀滅性的。
而模塊化UPS在設計之初,首要解決的就是多模塊并聯(lián)問題,交流電與直流電不同,它的電壓和電流不是單向而是雙向的,這就意味著交流電在并聯(lián)時絕對沒有環(huán)流是不可能的,但通過電路分析可以得出,環(huán)流最大的影響是造成逆變電路直流母線電壓的升高,如果將所并聯(lián)的UPS模塊的直流母線連接在一起,相當于所有模塊共用一條直流母線,就會從根本上解決環(huán)流帶來的負面影響,這一點在模塊機上很容易實現(xiàn),而在傳統(tǒng)單機UPS上卻是無法實現(xiàn)的,所以對于模塊化UPS,即使產(chǎn)生環(huán)流,也不會給系統(tǒng)運行帶來負面影響,所體現(xiàn)出來的只是均流精度的差異。
(2)模塊數(shù)量與故障概率和維護量
模塊數(shù)量增多,出問題的概率自然增加,但這里先說明幾個概念:首先,不能簡單地把模塊機和傳統(tǒng)單機對等起來,因為衡量一個產(chǎn)品的故障概率,要從生產(chǎn)工藝的復雜性、生產(chǎn)流程的標準化、元器件的耐壓、過流應力和余量等多方面綜合考量,而模塊機比傳統(tǒng)單機在制造過程中，很容易形成標準化的生產(chǎn)流程，所以它的可靠性及生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率遠遠高于傳統(tǒng)單機;
其次,模塊機采用冗余并聯(lián)模式工作,理論上即使模塊故障,只是冗余的減少,不會影響系統(tǒng)的正常運行,即降低了系統(tǒng)故障的概率;
最后,通信行業(yè)現(xiàn)階段大量使用的-48V整流器對此問題也做出了最好的回答,因為在上世紀90年代中期,通信行業(yè)使用的全是單機,但現(xiàn)在模塊化整流器的廣泛應用已經(jīng)充分的證實了這個事情不是問題。
(3)模塊化UPS存在的不足
模塊化UPS與傳統(tǒng)單機相比,從系統(tǒng)的可靠性、維護性、擴展性、性能參數(shù)指標、體積重量包括成本,均具有優(yōu)勢,但對于模塊化UPS這個行業(yè),筆者有些建議和看法:①目前模塊化UPS的價格較貴,尤其沒有合資和國產(chǎn)化;②設計院對系統(tǒng)應用的設計不太熟悉。
(4)模塊化UPS使用中和傳統(tǒng)UPS有那些不同
先控模塊化UPS可實現(xiàn)最多四套系統(tǒng)并聯(lián)運行,與傳統(tǒng)UPS單機功能基本一致,但在實際使用和設計中,建議模塊機系統(tǒng)不再并聯(lián),采用分區(qū)、分散供電模式,這樣既保證系統(tǒng)的冗余性、擴展性、維護性，同時也避免環(huán)流帶來的負面影響，對于T4級的IDC機房和通信局站的動力中心，采用模塊機雙總線輸出的供電方案為佳；對于T3級IDC機房，采用模塊機單機運行即可。
編輯簡介
李露,女,在北京致遠華騰科技有限公司公司任職。主要從事云計算等新一代信息技術產(chǎn)業(yè)方向的相關研究,產(chǎn)品領域集中在機房環(huán)境設備,主要包括UPS、機房空調、機房監(jiān)控設備等。
聯(lián)系電話：010-57168632 18210586596 QQ:1755521863
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