不间断电源(UPS)设计思路探讨

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。

　　1、 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250kVA UPS,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250 kVA UPS 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

　　2、 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

　　3、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