作者：中國(guó)電信上海公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部 歸軍海 彭偉
UPS（不間斷電源）主要承擔(dān)負(fù)載供電，使通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)得以安全、高速、可靠和連續(xù)地被處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)送。
在國(guó)家號(hào)召大力開展節(jié)能減排的大背景下，為提高能源利用效率，降耗增效，合理運(yùn)用節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，上海電信于2008年對(duì)業(yè)界普遍認(rèn)為節(jié)能環(huán)保的模塊化UPS電源系統(tǒng)進(jìn)行了試點(diǎn)。
傳統(tǒng)UPS存在兩方面問(wèn)題
目前通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用了大量的UPS系統(tǒng)，其應(yīng)用形式主要以在線式N+1并聯(lián)供電系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)解決單機(jī)供電沒有冗余的缺陷，各UPS電源廠商通過(guò)在傳統(tǒng)電路的基礎(chǔ)上增加均流電路和同步控制器，組成N+1冗余并聯(lián)的供電系統(tǒng)。
傳統(tǒng)系統(tǒng)從理論上可以解決單機(jī)供電沒有冗余的缺點(diǎn)，但在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中依然存在一些問(wèn)題。這主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
一方面，擴(kuò)容和維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)較大：傳統(tǒng)UPS電源在擴(kuò)容或維護(hù)時(shí)必須考慮多個(gè)因素，如因元器件使用年限不同而造成參數(shù)漂移的影響；系統(tǒng)比較復(fù)雜而能否準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)；維修人員所攜帶的備品、備件和測(cè)試儀器能否滿足要求；維修人員的技術(shù)水平等諸多人為因素，所以風(fēng)險(xiǎn)較大。
另一方面，冗余少、運(yùn)行效率較低：目前通信行業(yè)UPS電源的運(yùn)行方式，主要是1+1或2+1的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這意味者該方案的容錯(cuò)率或冗余只有一次；同時(shí)由于并聯(lián)數(shù)量少，以1+1方式為例，每個(gè)單機(jī)的輸出功率不能超過(guò)其額定功率的50%，如果再考慮冗余和維護(hù)時(shí)的因素，實(shí)際只能運(yùn)行在其額定功率的30%左右，而傳統(tǒng)UPS電源的運(yùn)行效率只有達(dá)到額定功率的50%～80%為最佳，再考慮2臺(tái)設(shè)備的并聯(lián)工作方式，其實(shí)際的運(yùn)行效率從90%左右已降低到70%～80%。
為解決傳統(tǒng)UPS電源N+1并聯(lián)存在的不足，一些廠商推出了雙總線供電方案，它采用2條供電母線為負(fù)載供電，可以有效的解決UPS電源并聯(lián)環(huán)流的問(wèn)題，解決單點(diǎn)故障的瓶頸，實(shí)現(xiàn)在線升級(jí)、在線維護(hù)，并具有很好的容錯(cuò)性能，提高供電系統(tǒng)的可靠性。但該方案也存在一些不足，主要是加大了設(shè)備和工程投資，對(duì)單電源供電的設(shè)備須用較多的輸出配電輔助設(shè)備（STS）；需要兩套獨(dú)立的輸入、輸出供電回路，配電系統(tǒng)比較復(fù)雜，并需占用專用場(chǎng)地；與1+1并聯(lián)運(yùn)行方式道理一樣，UPS電源的能效比較低。
模塊化UPS優(yōu)勢(shì)顯著
模塊化UPS已被認(rèn)為是UPS的發(fā)展趨勢(shì)之一，高頻模塊化直流電源不僅在性能指標(biāo)上有很大的改善，而且在可靠性、可維護(hù)性以及智能化方面更有顯著的提高，同時(shí)，DSP芯片大規(guī)模商用為模塊化UPS發(fā)展打下技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS相比，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
可靠性的提高。模塊化UPS電源具有N+X的架構(gòu)特性。從系統(tǒng)論的角度看，應(yīng)該消除系統(tǒng)方案的公共故障點(diǎn)，局部的得失不影響系統(tǒng)的方案才是優(yōu)秀的。以目前成熟的某廠CMS系列模塊化UPS電源為例，它的系統(tǒng)架構(gòu)是由可并聯(lián)冗余的UPS電源模塊，獨(dú)立的監(jiān)測(cè)、報(bào)警、通信模塊和系統(tǒng)保護(hù)用的靜態(tài)開關(guān)模塊三部分組成，不存在集中控制單元，系統(tǒng)沒有故障瓶頸，并且有提供多次冗余的設(shè)計(jì)考慮。
可用性的提高。在線熱插拔是模塊UPS的又一顯著特點(diǎn)。因?yàn)槟K的規(guī)格統(tǒng)一，具體的實(shí)施很簡(jiǎn)單，更換時(shí)間極短，幾分鐘內(nèi)完成。相比之下，傳統(tǒng)機(jī)型是修機(jī)器——換板子，從判斷故障現(xiàn)象到更換完成、排除故障、設(shè)備正常運(yùn)行，需依技術(shù)人員的水平而定，幾小時(shí)至幾天不等，因此傳統(tǒng)UPS的可用性很差，這也是傳統(tǒng)機(jī)型的主要缺陷之一。模塊化UPS提高了系統(tǒng)可用性，使維護(hù)更為便利，同時(shí)提升了用戶對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)能力，降低了設(shè)備的故障隱患，確保負(fù)載得到最佳的保護(hù)。
用戶投資有效性的提高。單就模塊UPS和傳統(tǒng)機(jī)型的比較，模塊UPS在物理尺寸和整機(jī)重量比傳統(tǒng)機(jī)型有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為用戶節(jié)省大量的機(jī)房投資、承重加固投資。隨著用戶量的提升，傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)就必須更換一臺(tái)更大容量的UPS系統(tǒng)來(lái)滿足使用需求，但模塊化UPS則不需要更換整機(jī)，只需增加模塊數(shù)量即可輕松擴(kuò)容，有效地降低了用戶初期購(gòu)置和日后的擴(kuò)容成本，并且可以動(dòng)態(tài)地滿足業(yè)務(wù)需求的發(fā)展。
試點(diǎn)成效與存在問(wèn)題
UPS在節(jié)能的主要指標(biāo)體現(xiàn)在輸入功率因素、輸入電流諧波以及整機(jī)運(yùn)行效率等方面。通過(guò)立項(xiàng)，上海電信將某局維護(hù)中心數(shù)據(jù)機(jī)房的一套UPS傳統(tǒng)型60kVA1+1冗余系統(tǒng)，更新為一套6×10kVA模塊化UPS供電系統(tǒng)，從以上節(jié)能指標(biāo)探求模塊化UPS的實(shí)際應(yīng)用狀況。
經(jīng)過(guò)一年多的使用，目前來(lái)看此次模塊化UPS應(yīng)用從多個(gè)方面達(dá)到了節(jié)能的目的和效果。
提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，大大降低了投資成本和使用空間，如表1、表2所所示。
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運(yùn)行成本顯著降低，如表3所示。
綜上所述，模塊化UPS存在很多優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用價(jià)值也逐漸被行業(yè)用戶所認(rèn)可，從這次模塊化UPS的試點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用可以看到，UPS模塊化是UPS技術(shù)發(fā)展的重要方向。
不過(guò)在這次實(shí)際應(yīng)用中工作人員也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式尚存在不足，還需要在今后的使用中加以不斷的完善。首先這次應(yīng)用的試點(diǎn)系統(tǒng)容量相對(duì)較小，未經(jīng)受大負(fù)荷、復(fù)雜環(huán)境的考驗(yàn)，沒有完全對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行認(rèn)證。
其次系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)上也存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，模塊輸入配電的集中控制帶來(lái)了操作風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)故障，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患，應(yīng)改為分級(jí)控制，將故障面控制在最小范圍。
最后對(duì)模塊的N次冗余量也是系統(tǒng)配置考慮的重要方面，如果系統(tǒng)模塊的冗余量大的話，顯然對(duì)資源是一種浪費(fèi)，而冗余量小的話就要求系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性相對(duì)要很高，模塊的超載以及均衡帶載性能必須非常出色。此次試點(diǎn)使用的部分產(chǎn)品，在模塊視在功率設(shè)置上，需要結(jié)合實(shí)際需求，進(jìn)一步完善。
但不可否認(rèn)的是模塊化UPS這種技術(shù)將傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)級(jí)冗余改變?yōu)槟K級(jí)的冗余。在確保供電安全且系統(tǒng)容量較小情況下，應(yīng)用模塊化UPS可有效降低整個(gè)不間斷供電系統(tǒng)的造價(jià)和運(yùn)行成本，同時(shí)系統(tǒng)也能通過(guò)新增模塊在線擴(kuò)容，而其模塊利用率較高也可以使能效較傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)更高，UPS系統(tǒng)的可維性也得到極大地提高。 
