傳統(tǒng)UPS與模塊化UPS優(yōu)劣分析

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)不間斷電源的需求也越來(lái)越多。對(duì)于用戶而言，需要的是持續(xù)的電力保護(hù)，但市場(chǎng)里的產(chǎn)品眾多，如何選擇卻成了難題。比如，國(guó)內(nèi)品牌還是國(guó)外品牌？選擇熟悉的傳統(tǒng)機(jī)，還是最新一代的模塊機(jī)？

2 選擇合適的UPS類型

為了能使客戶購(gòu)買到最合適的UPS,必須謹(jǐn)慎地評(píng)估其在項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用與需求。每種品牌的UPS都有其自身的特點(diǎn)，具體選擇取決于實(shí)際項(xiàng)目中的用途。

僅僅知道負(fù)載的功率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，即使UPS能夠給負(fù)載提供足夠的功率，也并不意味著那就是最好的選擇。用戶還需要知道UPS的運(yùn)行方式、輸出功率、電池后備時(shí)間、運(yùn)行與維護(hù)成本，整體加以衡量才能選擇到自己需要的產(chǎn)品。

在EN 62040-3標(biāo)準(zhǔn)中，通過(guò)其工作方式定義了UPS的類型，如表1所示。

2.1第一部分UPS電源質(zhì)量的分類選項(xiàng)

⑴　VFI (電壓和頻率相互獨(dú)立)

輸出電壓和頻率和輸入電源無(wú)關(guān)。頻率變化控制依據(jù)IEC EN 61000-2-2標(biāo)準(zhǔn)。

⑵　VFD (電壓和頻率互相依靠)

UPS的輸出取決于與市電電源的電壓和頻率變化。

⑶　VI（電壓獨(dú)立）

UPS的輸出（頻率）取決于市電電源的頻率變化。輸出電壓與市電電壓無(wú)關(guān)。

2.2 第二部分輸出電壓波形的分類選項(xiàng)（正常市電模式和電池模式）

第一個(gè)字符表示在正常和旁路方式下的輸出電壓波形?？梢詾镾，X，Y。

第二個(gè)字符表示在儲(chǔ)能方式下的輸出電壓波形?？梢詾镾，X，Y。

⑴　S 表示在所有線性和基準(zhǔn)非線性負(fù)載條件下，輸出波形均為正弦波，其總諧波失真因數(shù)THDu＜8%。

⑵　X 表示在線性負(fù)載條件下，輸出波形均為正弦波（與S相同），在非線性負(fù)載條件下（如果超過(guò)規(guī)定的極限），其總諧波失真因數(shù)THDu＞8 %。

⑶　Y 輸出波形是非正弦波。

2.3 第三部分瞬態(tài)電壓性能的分類選項(xiàng)

第一個(gè)字符表示改變工作方式時(shí)的輸出電壓瞬態(tài)性能?？梢詾?，2，3。

第二個(gè)字符表示在正常/儲(chǔ)能方式下，帶線性階躍負(fù)載時(shí)的輸出電壓瞬態(tài)性能（最不利的情況）。可以為1，2，3。

第三個(gè)字符表示正常/儲(chǔ)能方式下，帶基準(zhǔn)非線性階躍負(fù)載時(shí)的輸出電壓瞬態(tài)性能（最不利的情況）。可以為1，2，3。

每個(gè)數(shù)字的含義如下：

⑴　1表示無(wú)中斷或無(wú)零電壓出現(xiàn)；

⑵　2表示輸出電壓為零持續(xù)1ms；

⑶　3表示輸出電壓為零持續(xù)10ms。

表2 UPS的分類舉例

TRIMOD模塊化UPS為VFI-SS-111類型，是真正的在線雙變換UPS，可以為負(fù)載提供高品質(zhì)的電源。

3 選擇合適的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1分散式結(jié)構(gòu)

分散式結(jié)構(gòu)通常被用在對(duì)供電要求不太嚴(yán)格，且目前已有現(xiàn)成的供電系統(tǒng)、機(jī)房較多且相對(duì)分散的場(chǎng)合，如圖1所示。

圖1 分散式結(jié)構(gòu)

⑴優(yōu)點(diǎn)：

①　可擴(kuò)展性好；

②　容易安裝；

③　每臺(tái)UPS均獨(dú)立運(yùn)行。

⑵　缺點(diǎn)：

①　難管理；

②　維修與保養(yǎng)復(fù)雜；

③　能源消耗多。

3.2集中控制架構(gòu)

集中控制架構(gòu)適合用來(lái)保護(hù)整體負(fù)載系統(tǒng)，見(jiàn)圖 2。

⑴　優(yōu)點(diǎn)：

①　監(jiān)控簡(jiǎn)單；

②　維護(hù)容易。

⑵　缺點(diǎn)：

①　無(wú)冗余；

②　可擴(kuò)展性較差；

③　占用空間較大。

圖 2 集中控制架構(gòu)

3.3模塊化冗余架構(gòu)

模塊化冗余架構(gòu)是企業(yè)用戶用來(lái)保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載的最佳解決途徑，如圖3所示。

⑴　優(yōu)點(diǎn)：

①　監(jiān)控簡(jiǎn)單；

②　可擴(kuò)展性好；

③　供電模塊有冗余；

④　容易維護(hù)；

⑤　運(yùn)行成本低；

⑥　占地面積小。

⑵　缺點(diǎn)：

初期的購(gòu)買成本比傳統(tǒng)UPS要高。

圖 3 模塊化冗余架構(gòu)

4 模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS比較

傳統(tǒng)UPS的購(gòu)買價(jià)格要比最新的模塊化系統(tǒng)稍低，但購(gòu)買成本并不是決定總花費(fèi)的唯一因素。由于兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較大的差異，傳統(tǒng)UPS的運(yùn)營(yíng)成本比模塊化結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)要高。模塊化系統(tǒng)因其運(yùn)行效率高、低輸入THDi值、高輸入功率因數(shù)、冗余性與擴(kuò)展性等特點(diǎn)，已經(jīng)慢慢被廣大客戶所接受。即使當(dāng)前的購(gòu)買成本較高，但在第一年的使用過(guò)程中客戶就已經(jīng)開(kāi)始得到實(shí)惠了。

4.1運(yùn)輸成本比較

傳統(tǒng)UPS由于本身結(jié)構(gòu)的需要內(nèi)置了輸出隔離變壓器，使得其重量往往比模塊化的UPS高出（2～3）倍。這就意味著需要多付出50%的運(yùn)輸花費(fèi)。TRIMOD UPS可在不需要任何特殊的車輛下，即可被運(yùn)送到安裝地點(diǎn)并完成安裝。運(yùn)輸費(fèi)用比較見(jiàn)表 3。

表3 運(yùn)輸費(fèi)用比較

4.2 安裝成本與占地面積比較

傳統(tǒng)UPS需要的安裝占地面積（平方米）比TRIMOD系統(tǒng)多（2～3）倍，安裝占地面積和安裝成本比較見(jiàn)表 4。

表 4 安裝占地面積和安裝成本比較

4.2 可靠性比較

UPS系統(tǒng)的可靠性取決于平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）和平均故障修復(fù)時(shí)間（MTTR）的大小。

傳統(tǒng)UPS的MTBF通常為150000小時(shí)，MTTR為（4～12）小時(shí)。

TRIMOD UPS的MTBF高達(dá)400000小時(shí)，MTTR僅為5分鐘，且還可以通過(guò)增加功率模塊的冗余度來(lái)增加系統(tǒng)的MTBF。TRIMOD可配置N+X冗余系統(tǒng)，甚至當(dāng)有功率模塊故障時(shí)，也可保證系統(tǒng)零宕機(jī)。系統(tǒng)強(qiáng)大的自診斷功能和模塊化結(jié)構(gòu)可大大減少M(fèi)TTR，精確的指示和大屏幕顯示可幫助用戶立即確認(rèn)故障點(diǎn)。模塊化結(jié)構(gòu)允許用戶在不對(duì)負(fù)載造成任何影響的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單、快速地更換故障功率模塊即可完成維修。

4.3 能源消耗對(duì)比

表 5(a) 模塊化UPS系統(tǒng)

表 5(b) 模塊化UPS運(yùn)行成本分析

表 6 (a) 傳統(tǒng)1+1并機(jī)

表 6 (b) 傳統(tǒng)1+1運(yùn)行成本分析

注：假設(shè)1kWh=1RMB。

美達(dá)電器TRIMOD系列模塊化UPS，秉承了意大利優(yōu)異的工業(yè)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)，使得整機(jī)的效率提高到95%。整機(jī)效率的增加意味著UPS減少了從主電源獲取的功率，減少了以熱量形式散發(fā)環(huán)境中的損耗，因此也就減少了空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。輸入功率因數(shù)在20%負(fù)載時(shí)就始終接近于1，且輸入電流諧波失真THDi＜3%，大大減少了對(duì)電網(wǎng)的污染，從而有效地保證同一電網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)電設(shè)備的正常工作。

4.4 維護(hù)成本比較

傳統(tǒng)UPS因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修過(guò)程相對(duì)繁瑣，往往需要工程師攜帶大量的備件到現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)更換。由于其內(nèi)部組成部件較多，故障點(diǎn)的判斷較困難，只能通過(guò)更換故障點(diǎn)的相關(guān)部件完成維修，導(dǎo)致費(fèi)用高；另外，由于維護(hù)工程師的水平差異，故障設(shè)備的修復(fù)時(shí)間也不同，一般需要（4～12）小時(shí)，用戶還需要額外支付廠家維護(hù)工程師的人工費(fèi)用。

美達(dá)電器TRIMOD模塊化UPS維修超簡(jiǎn)便，在線5分鐘內(nèi)即可完成功率模塊的更換。功率模塊采用單進(jìn)單出設(shè)計(jì)，重量很輕（7.9kg）且容易更換，一個(gè)人即可完成全部的工作。因此，總體維修成本比傳統(tǒng)UPS低30%～50%（僅需要更換一個(gè)單相的功率模塊）。

4.5 運(yùn)行成本（蓄電池更換）比較

蓄電池是UPS系統(tǒng)的核心組成之一，它能在市電停電時(shí)及時(shí)放電，從而保證負(fù)載的不間斷運(yùn)行。只有保證蓄電池時(shí)刻處于最佳的狀態(tài)下，負(fù)載才能夠得到UPS的保護(hù)。

傳統(tǒng)UPS對(duì)于電池的充放電管理較單一，往往采用恒流充電、長(zhǎng)期浮充等簡(jiǎn)單的充電方式。長(zhǎng)期的浮充不僅會(huì)使蓄電池極板硫化，降低容量，更影響了蓄電池的性能，也就降低了UPS系統(tǒng)的可靠性?？焖倮匣男铍姵匦枰l繁的更換，有時(shí)會(huì)超過(guò)UPS主機(jī)的購(gòu)買價(jià)格，給用戶帶來(lái)了很大的維護(hù)成本壓力。

美達(dá)電器TRIMOD系列模塊化UPS采用了“三階段”智能充電系統(tǒng)，能夠延長(zhǎng)蓄電池30%的壽命。第一階段，充電器在很短的時(shí)間快速補(bǔ)充蓄電池?fù)p失的能量；第二階段，充電器的輸出電壓緩慢上升，后轉(zhuǎn)為均充狀態(tài)；第三階段，由于充電電流的持續(xù)減少，充電器進(jìn)入到12小時(shí)長(zhǎng)的浮充狀態(tài)；最后，充電器將自動(dòng)關(guān)閉，15天后重新開(kāi)始對(duì)蓄電池補(bǔ)充電（假定這個(gè)階段主電源一直存在）。另外，TRIMOD會(huì)根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)調(diào)整蓄電池的放電截止電壓，可最大程度地保護(hù)蓄電池。由于該充電系統(tǒng)可顯著提高蓄電池的性能，一方面提高了UPS系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)減少了更換蓄電池的成本。

表 7 蓄電池使用情況比較

4.6 擴(kuò)容成本比較

傳統(tǒng)UPS需要擴(kuò)容，首先客戶需要購(gòu)買一臺(tái)同品牌、同型號(hào)UPS。要完成設(shè)備的安裝，需要提供更多的空間去放置一臺(tái)新的UPS主機(jī)、一組蓄電池，而且必須重新設(shè)計(jì)新主機(jī)的電源系統(tǒng)。在新設(shè)備的安裝調(diào)試時(shí)，還可能需要將原先的UPS關(guān)閉。這樣負(fù)載將失去電力保護(hù)，有可能會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。

美達(dá)電器TRIMOD模塊化UPS具有良好的擴(kuò)展性，用戶可單獨(dú)購(gòu)買功率模塊并在線對(duì)原主機(jī)升級(jí)擴(kuò)容，且不需要重新調(diào)整UPS的供電系統(tǒng)。

圖4 傳統(tǒng)UPS和TRIMOD的擴(kuò)展性對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

UPS的主要目的是用來(lái)保護(hù)企業(yè)用電設(shè)備的不間斷運(yùn)行及保存敏感數(shù)據(jù)。在保證其可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，還需同時(shí)考慮設(shè)備的擴(kuò)展性、運(yùn)行成本和維護(hù)成本。美達(dá)電器TRIMOD UPS不僅可以給負(fù)載提供高質(zhì)量的電源，還降低了能源消耗，為環(huán)境保護(hù)做出了巨大的貢獻(xiàn)。在UPS設(shè)備的8年使用期內(nèi)，TRIMOD總體使用成本要比傳統(tǒng)UPS低32%。

因此，模塊化UPS是最佳選擇。

圖 5 傳統(tǒng)1+1 UPS和TRIMOD的花費(fèi)及總成本比較