浅谈UPS电源设计

　　目前，随着通信事业的迅速发展，数据业务和IT业务也呈现越来越快的发展趋势。数据业务采用刀片式服务器后，集成度高，目前数据机房已成为运营商单位功耗最高的机房，数据设备的供电也成为运营商最关注的问题，如何更好地为数据设备提供优质而可靠的供电保障，是目前急需探讨的问题。本文就不间断电源（UPS）的设计问题进行了一些分析，经过比较并得出了结论。
　　一、现有UPS设计方案
　　数据设备初建时，以使用交流电源为主，所以大多配置UPS设备为其供电。
　　在配置UPS设备时，由于要考虑用电设备扩容的需要，加之早期UPS设备无法扩容，只能按数据设备远期负荷考虑配置。这样就造成初期建设投资偏高，系统建成投产后，设备利用率又偏低。
　　下面以某枢纽楼BOSS系统为例，2006年，该枢纽楼新建BOSS系统，设备负荷情况详见下表1、表2。

　　表1本期新增设备负荷情况

　　表2远期设备负荷情况

　　根据以上设备负荷情况，还有UPS厂商提供的UPS输出功率因数为0.8（功率因数为有功功率与视在功率之比，以COSΦ表示。在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到做功的一部分功率即有功功率则小于视在功率）。同时考虑负载的功率因数（按0.8考虑），当负载的功率因数与UPS的输出功率因数不一致时，应注意保证UPS的容量能提供给负载足够的有用功率和无用功率，并以此为原则计算UPS的容量。
　　根据计算，需配置250kVAUPS，当时考虑支撑系统的重要性，采用了双母线配置方式，即配置了2套250kVAUPS设备，每套按1+1并机系统考虑。由于UPS设备本身谐波分量难以控制到要求的数值，必须配置滤波设备来降低谐波分量。UPS设备配置及供电系统见下表3及图1。

　　表3设备配置表

　　图1传统UPS（1+1）双母线系统图

　　二、模块化UPS设计方案
　　由于传统UPS设计的局限性及设备本身的一些问题，如今一种机架式的模块化UPS正在悄悄地引起一种革命性的变革，它的引入必将引起不间断电源新的革命。模块化UPS目前比较有代表性的结构有两类：一类是功率模块化UPS，另一类是完全模块化UPS.功率模块化UPS由机架加功率模块构成，功率模块中包括传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器等部分，但静态旁通与系统的部分监控和显示共用一个机架，各模块独立控制并联运行，机架上的显示控制模块仅作为用户开关UPS主机和进行网络化监控平台。完全模块化UPS由机架加单体模块构成，每个单体模块内部都装有整个UPS电源与控制电路，包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU主控板，每个UPS模块均有独立的管理显示屏。
　　我们同样以前面的案例为依据，假设采用完全模块化UPS设备，配置方案如下：
　　根据近期的负荷，结合远期发展需求，UPS系统同样按双母线配置方式考虑，可配置2套UPS设备，每架只需配置2个UPS模块（每块50kVA）即可满足本期需求，采用1+1冗余方式配置，主用1个模块，冗余1个模块，若其中的一个模块发生故障，它将自动脱离系统，由其它模块继续给负载供电，以保证系统的正常运行；2套模块化UPS系统采用双母线供电工作方式，主设备交流配电屏分别从2套UPS输出屏各引接1路，当1套UPS故障时，由另1套UPS承担全部负载供电，保证设备安全运行。
　　采用模块化UPS设备后，无需配置滤波设备就可满足谐波含量≤5%的要求，UPS设备配置及供电系统见下表4及图2.

　　表4设备配置表

　　图2模块化UPS（1+1模块冗余）双母线系统图

　　三、两种UPS设备的比较
　　对以上两种设计方案所配置的UPS设备，可以从以下几个方面进行比较。
　　（1）设备安装及机房占地面积。
　　其一，模块化UPS采用先进高频技术，提高了功率密度，缩小了UPS模块的体积，其模块本身就是一台UPS，UPS模块安装于标准机架中，相对于传统UPS节省了占地面积与空间，便于安装与维护。
　　其二，模块化UPS采用先进的整流技术具有强抗干扰能力及较低的谐波失真度，一般正弦波输入电流的总谐波失真度（THD）《5%，因而可以不必像传统UPS配置滤波设备，减少了机柜数量。
我们同样以前面的案例为依据，采用传统UPS设备占地面积约为13平方米。
　　采用模块化UPS占地面积约为5平方米。
　　（2）建设投资。
　　在供电系统建设初期，传统UPS设备无法扩容，只能按照设备远期负荷需求考虑，面对层出不穷新技术、新设备的应用，设备用电需求难以准确估计，使得UPS设备容量产生过高的估计，造成采购成本过高。而模块化UPS通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题，其模块化结构能够很方便地安装和扩容，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。即满足了后期业务的发展需求，又降低了用户的初期建设成本。
　　我们同样以前面的案例为依据，装机容量按年增长20%考虑，投资比较如下表。