随着通信行业的重组和3G的商用化实施,国内通信电源市场得到了更加快速的发展。而在国家号召大力开展节能减排的大背景下,降低碳排放、节能环保已越来越被通信行业所关注,对于保障通信设备电源可靠安全运行的UPS来说也不例外。大多数机房管理工作人员认为,UPS设备安装后只是起到断电保护的作用并不耗电,但实际上,UPS设备由于效率等因素也会耗电(在线式),而这部分损耗是额外增加的。用户已经逐渐意识到,传统UPS的体积庞大、系统维护困难等问题也急需解决。因此,在很多机房改造过程中,开始考虑设计理念更佳的模块化UPS。可以说,“低碳经济”时代的到来,对UPS产品的绿色环保特性提出了新要求,也会大力推进模块化UPS技术的发展。

　　1 模块化UPS特性分析

　　模块化是UPS的发展趋势之一,模块化UPS不仅在性能上有很大的改善,而且在可靠性、可维护性以及智能化方面的指标更有显著的提高。与传统UPS相比,模块化UPS主要特性如下:

　　(1)并联冗余,运行稳定,可靠性高。在模块化UPS中,功率模块部分是并联冗余的,即功率部分是由许多模块并联在一起,它们不分主从,互不依赖,并且均分负载。由独立的监测、报警、通信模块和系统保护用的静态开关模块等几部分组成,不存在集中控制单元,系统没有故障瓶颈。在模块化UPS系统中,只需要购买相应的功率模块,即可实现“N+X”的故障冗余。

　　(2)维修方便,在线处理,可用性高。在线热插拔是模块化UPS的又一显著特点。因为模块的规格统一,具体实施很简单,更换时间极短,几分钟内完成。相比之下,传统机型是修机器或换板子,从判断故障现象到更换完成、排除故障、设备正常运行,需依技术人员的水平而定,几小时甚至几天不等。模块化UPS提高了系统可用性,使维护更为便捷,同时提升了使用人员对系统的维护能力,降低了设备的故障隐患,确保负载得到最佳的保护。

　　(3)安装简单,扩容方便,节约投资。模块化UPS在物理尺寸和整机重量比传统机型有大幅度改进,为用户节省大量的机房投资、承重加固投资。随着负载的提升,传统UPS就必须更换一台更大容量的UPS来满足使用需求,但模块化UPS则不需要更换整机,只需增加模块数量即可轻松扩容,有效地降低了初期购置和日后的扩容成本,并且可以动态地满足业务发展的需求。

　　(4)节能、环保的绿色电源。模块化产品由于自身系统架构的优势,整机效率比传统机型有了突破性的进展,在整机效率方面有很大提升。模块化UPS的输入总谐波失真(THDI)一般为5%,同时输入功率因数PF≥0.99,没有无功功率电流输入,不干扰电网并且大幅降低能源的消耗。极大地降低了对电网的污染,有效地减少电网负荷和电源损耗,逆变效率一般为95%,大幅节省电能。

　　2 通信行业对模块化UPS的技术要求

　　根据通信行业用UPS供电保障要求和模块化UPS的适应场合要求,模块化UPS入网应满足如下要求:

　　(1)UPS完全模块化。每个UPS模块均为智能型独立个体,任何一个模块出现故障不会影响其他模块的正常工作,能够自己退出系统,不影响整个系统工作。

　　(2)UPS系统必须消除系统方案的公共故障点,使系统运行无瓶颈。例如在并联模块的环流问题上可采用先进的分散控制技术,使UPS系统不受集中控制的可靠性限制,避免瓶颈故障的发生。

　　(3)在多台模块并联时,其中最重要的指标就是电流均分,也就是说如果N台UPS模块并联,必须保证每个模块的输出电流是总输出电流的1/N,至少其相互之间的最大不平衡度必须在要求范围之内(一般要求小于5%)。

　　(4)系统中所有UPS模块共享(包括充电和放电)电池组。使用一组电池或并联多组电池来增加系统备用时间。

　　(5)节能降耗是现在数据中心遇到的最大问题,对于数据中心提供电源保障的UPS系统除了可用性外,必须是高效率、无污染、低能耗的。

　　3 供电方案建议

　　3.1 “1+1”或“2+1”并机冗余方案

　　目前通信网络中UPS系统的应用形式是在线式“1+1”或“2+1”并联供电系统,该系统克服了单机供电没有冗余的缺陷,各UPS厂商通过在传统电路的基础上增加均流电路和同步控制器,组成“1+1”或“2+1”冗余并联的供电系统。传统系统从理论上可以解决单机供电没有冗余的缺点,但在长期的使用过程中依然存在一些问题。这主要体现在以下两个方面:

　　(1)扩容和维护的风险较大。传统UPS在扩容或维护时必须考虑多个因素,如因元器件使用年限不同而造成参数漂移的影响;系统比较复杂而能否准确查找故障点;维修人员所携带的备品、备件和测试仪器能否满足要求;维修人员的技术水平等诸多人为因素,所以对操作维护人员有较高技术要求。

　　(2)冗余少、运行效率较低。“1+1”或“2+1”的并联结构意味者该方案的容错率或冗余效果较低。同时由于并联数量少,以“1+1”方式为例,每个单机的输出功率不能超过其额定功率的50%,如果再考虑冗余和维护时的因素,实际只能运行在其额定功率的30%～40%,而传统机型的运行效率只能达到额定功率的50%～80%的较高负载率才为最佳。“1+1”并联冗余UPS供电系统如图1所示。

　　3.2 “1+1”并机冗余双总线供电方案

　　为解决传统UPS“1+1”或“2+1”并联存在的问题,部分系统采用了双总线供电方案,它采用两条供电母线为负载供电,可以有效地解决UPS并联环流的问题,解决单点故障的瓶颈,实现在线升级、在线维护,并具有很好的容错性能,提高供电系统的可靠性。但“1+1”并机冗余双总线供电的设备须用较多的辅助设备:使用4套输入、输出供电回路,配电系统比较复杂,消耗资源较多,需占用专用场地较大,UPS的运行效率较低。“1+1”并联冗余双总线供电系统如图2所示。

　　3.3 模块化UPS供电方案

　　模块化UPS系统本身具有并联冗余、在线扩容的特性, 所以通过模块化UPS的组合应用可以实现高保障等级的不间断供电系统:对核心、关键性的信息网络机房可构成模块化UPS双总线供电方案。每路各由一台模块化UPS供电,既能确保重要设备切换装置电源的无扰动切换,又能确保对不具备两路供电的设备在一路UPS故障时另一路实现紧急恢复供电功能,保证重要设备的正常运行。可实现对UPS系统持续地并联扩容或冗余备份,满足了后期设备的随需扩展,并且实现了UPS输入的高效节能,其整机效率高、发热量小,运行损耗小,能大大提高电能利用率,实现节约用电。

　　4 模块化UPS发展的建议及其展望

　　模块化UPS产品的发展需要对模块化UPS产品制定统一的标准,以确保模块化UPS市场的稳定性、可靠性和拓展性。2010年模块化UPS通信行业技术标准制定工作将有阶段性进展,这对模块化UPS的发展将起到明显的推动作用。

　　由于模块化UPS研发成本较高,因此目前模块化UPS购置投入较大,这需要进行深入研究,以求降低成本,促进模块化UPS发展。

　　模块的N次冗余量也是系统配置需要考虑的重要方面,如果系统模块的冗余量大,显然对资源也是一种浪费,而冗余量小就要求系统稳定性、可靠性相对要很高,模块的超载以及均衡带载性能必须非常出色。所以在模块视在功率设置上,需要结合实际需求,进一步发展和完善。

　　模块化UPS技术将传统系统级冗余改变为模块级冗余。在确保供电安全且系统容量较小情况下,应用模块化UPS可有效降低整个不间断供电系统的造价和运行成本,同时系统也能通过新增模块在线扩容,而其模块利用率较高也可以使能效提高,系统的可操作、可维护性也得到相应提高。

　　目前国内专业的模块化UPS厂商还为数不多,且技术水平良莠不齐,期望2010年国内专业模块化UPS厂商利用国内研发和生产优势,不断创新和发展,提升品牌优势,为模块化UPS的快速发展贡献力量!（游米儿）