1、現(xiàn)有UpS設(shè)計方案

數(shù)據(jù)設(shè)備初建時，以使用交流電源為主，所以大多配置UpS設(shè)備為其供電。

在配置UpS設(shè)備時，由于要考慮用電設(shè)備擴(kuò)容的需要，加之早期UpS設(shè)備無法擴(kuò)容，只能按數(shù)據(jù)設(shè)備遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮配置。這樣就造成初期建設(shè)投資偏高，系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，設(shè)備利用率又偏低。

下面以某樞紐樓BOSS系統(tǒng)為例，2006年，該樞紐樓新建BOSS系統(tǒng)，設(shè)備負(fù)荷情況詳見下表1、表2.

表1本期新增設(shè)備負(fù)荷情況

表2遠(yuǎn)期設(shè)備負(fù)荷情況

根據(jù)以上設(shè)備負(fù)荷情況，還有UpS廠商提供的UpS輸出功率因數(shù)為0.8（功率因數(shù)為有功功率與視在功率之比，以COSΦ表示。在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到做功的一部分功率即有功功率則小于視在功率）。同時考慮負(fù)載的功率因數(shù)（按0.8考慮），當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)與UpS的輸出功率因數(shù)不一致時，應(yīng)注意保證UpS的容量能提供給負(fù)載足夠的有用功率和無用功率，并以此為原則計算UpS的容量。

根據(jù)計算，需配置250kVAUpS,當(dāng)時考慮支撐系統(tǒng)的重要性，采用了雙母線配置方式，即配置了2套250kVAUpS設(shè)備，每套按1+1并機(jī)系統(tǒng)考慮。由于UpS設(shè)備本身諧波分量難以控制到要求的數(shù)值，必須配置濾波設(shè)備來降低諧波分量。UpS設(shè)備配置及供電系統(tǒng)見下表3及圖1。

表3設(shè)備配置表

圖1傳統(tǒng)UpS（1+1）雙母線系統(tǒng)圖

2、模塊化UpS設(shè)計方案

由于傳統(tǒng)UpS設(shè)計的局限性及設(shè)備本身的一些問題，如今一種機(jī)架式的模塊化UpS正在悄悄地引起一種革命性的變革，它的引入必將引起不間斷電源新的革命。模塊化UpS目前比較有代表性的結(jié)構(gòu)有兩類：一類是功率模塊化UpS,另一類是完全模塊化UpS.功率模塊化UpS由機(jī)架加功率模塊構(gòu)成，功率模塊中包括傳統(tǒng)UpS的整流、濾波、充電、逆變器等部分，但靜態(tài)旁通與系統(tǒng)的部分監(jiān)控和顯示共用一個機(jī)架，各模塊獨(dú)立控制并聯(lián)運(yùn)行，機(jī)架上的顯示控制模塊僅作為用戶開關(guān)UpS主機(jī)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺。完全模塊化UpS由機(jī)架加單體模塊構(gòu)成，每個單體模塊內(nèi)部都裝有整個UpS電源與控制電路，包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)及附屬的控制電路、CpU主控板，每個UpS模塊均有獨(dú)立的管理顯示屏。

我們同樣以前面的案例為依據(jù)，假設(shè)采用完全模塊化UpS設(shè)備，配置方案如下：

根據(jù)近期的負(fù)荷，結(jié)合遠(yuǎn)期發(fā)展需求，UpS系統(tǒng)同樣按雙母線配置方式考慮，可配置2套UpS設(shè)備，每架只需配置2個UpS模塊（每塊50kVA）即可滿足本期需求，采用1+1冗余方式配置，主用1個模塊，冗余1個模塊，若其中的一個模塊發(fā)生故障，它將自動脫離系統(tǒng)，由其它模塊繼續(xù)給負(fù)載供電，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；2套模塊化UpS系統(tǒng)采用雙母線供電工作方式，主設(shè)備交流配電屏分別從2套UpS輸出屏各引接1路，當(dāng)1套UpS故障時，由另1套UpS承擔(dān)全部負(fù)載供電，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

采用模塊化UpS設(shè)備后，無需配置濾波設(shè)備就可滿足諧波含量≤5%的要求，UpS設(shè)備配置及供電系統(tǒng)見下表4及圖2.

表4設(shè)備配置表

圖2模塊化UpS（1+1模塊冗余）雙母線系統(tǒng)圖

3、兩種UpS設(shè)備的比較

對以上兩種設(shè)計方案所配置的UpS設(shè)備，可以從以下幾個方面進(jìn)行比較。

（1）設(shè)備安裝及機(jī)房占地面積。

其一，模塊化UpS采用先進(jìn)高頻技術(shù)，提高了功率密度，縮小了UpS模塊的體積，其模塊本身就是一臺UpS,UpS模塊安裝于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中，相對于傳統(tǒng)UpS節(jié)省了占地面積與空間，便于安裝與維護(hù)。

其二，模塊化UpS采用先進(jìn)的整流技術(shù)具有強(qiáng)抗干擾能力及較低的諧波失真度，一般正弦波輸入電流的總諧波失真度（THD）<5%,因而可以不必像傳統(tǒng)UpS配置濾波設(shè)備，減少了機(jī)柜數(shù)量。

我們同樣以前面的案例為依據(jù)，采用傳統(tǒng)UpS設(shè)備占地面積約為13平方米。

采用模塊化UpS占地面積約為5平方米。

（2）建設(shè)投資

在供電系統(tǒng)建設(shè)初期，傳統(tǒng)UpS設(shè)備無法擴(kuò)容，只能按照設(shè)備遠(yuǎn)期負(fù)荷需求考慮，面對層出不窮新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，設(shè)備用電需求難以準(zhǔn)確估計，使得UpS設(shè)備容量產(chǎn)生過高的估計，造成采購成本過高。而模塊化UpS通過可擴(kuò)充的模塊結(jié)構(gòu)有效解決了這一問題，其模塊化結(jié)構(gòu)能夠很方便地安裝和擴(kuò)容，它可以幫助用戶在未來發(fā)展不明確的情況下分階段進(jìn)行建設(shè)和投資。即滿足了后期業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，又降低了用戶的初期建設(shè)成本。

我們同樣以前面的案例為依據(jù)，裝機(jī)容量按年增長20%考慮，投資比較如下表。

表5投資比較表

以上投資不包括電池配置的考慮，若考慮電池配置，模塊化UpS的優(yōu)勢將更加明顯。

（3）并聯(lián)冗余與可靠性。

在機(jī)架式模塊化UpS中，功率模塊部分是并聯(lián)冗余的，即功率部分是由許多模塊并聯(lián)在一起并均分負(fù)載，它們不分主從，互不依賴，并且均分負(fù)載。即使有一個功率模塊發(fā)生故障退出，也不影響整個系統(tǒng)工作。采用傳統(tǒng)UpS系統(tǒng)，為保證安全需采用"1+1"或"N+1"的關(guān)聯(lián)冗余方式，這不僅增加了采購、安裝及維護(hù)成本，而且一般情況下只能容錯一次。而機(jī)架式模塊化UpS系統(tǒng)，用戶只需購買相應(yīng)的功率模塊，即可實(shí)現(xiàn)"N+X"的故障冗余，容錯率大大提高。

傳統(tǒng)UpS供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，由于系統(tǒng)過于復(fù)雜，難以準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，并且受限于維修人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)、備件儲備等客觀原因，造成故障排除時間過長。而且UpS維修時均采取轉(zhuǎn)旁路的方式，在這種情況下負(fù)載完全不受UpS保護(hù)，此時如果發(fā)生電源中斷、過載等故障，將會造成嚴(yán)重的問題。而機(jī)架式模塊化UpS可以有效解決這些問題，因?yàn)槠渌械哪K都是熱插撥，熱插撥技術(shù)可以允許單體功率模塊在不需停電的前提下任意進(jìn)入或退出UpS系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)無需專業(yè)技術(shù)人員到場，無需專門的儀器即可進(jìn)行系統(tǒng)在線維修。

（4）節(jié)能與環(huán)保。

綠色環(huán)保已經(jīng)成為社會各行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展的必要趨勢。隨著各種政策的出臺，要求無污染的綠色電源設(shè)備已成為必然發(fā)展趨勢，以前各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，模塊化UpS采用電子式調(diào)整技術(shù)使輸入諧波失真低于5%,整流器使用IGBT技術(shù)，可將輸入功率因數(shù)提高到0.99接近于1,從而大大降低對電網(wǎng)的污染程度。

節(jié)能減排在當(dāng)今已成為基本國策，節(jié)約能源已成為企業(yè)發(fā)展和競爭的需要。

節(jié)電也是節(jié)能的一種體現(xiàn)，模塊化UpS相比傳統(tǒng)UpS設(shè)備在節(jié)電方面顯得更為突出。

我們可通過年節(jié)電費(fèi)用做一比較，下面我們根據(jù)設(shè)計滿載情況來比較，同樣以上面的案例為依據(jù)，傳統(tǒng)UpS和模塊化UpS的輸出功率都為250kVA即200kW,傳統(tǒng)UpS的輸入功率因數(shù)為0.9,效率為80%.模塊化UpS的輸入功率因數(shù)為0.99,效率為95%.通過計算，可得出UpS的輸入功率（輸出功率/效率）。傳統(tǒng)UpS輸入功率=200/80%=250kW,模塊化UpS輸入功率=200/95%=210kW.這樣就可計算出UpS的熱損耗（輸入功率-輸出功率）：傳統(tǒng)UpS熱損耗=250-200=50kW,模塊化UpS熱損耗=210-200=10kW.

假設(shè)每度電按0.8元計算，模塊化UpS相對傳統(tǒng)UpS每年可節(jié)電：

40*8760*0.8=28萬元。

以上是按滿載情況比較得出每年節(jié)電28萬元，如果以初建時負(fù)載率特別低的實(shí)際情況比較，節(jié)電效果將會更加明顯。

4、結(jié)論

模塊化UpS相對于傳統(tǒng)UpS系統(tǒng)而言，具有高可用性、高適應(yīng)性、高可管理性的特點(diǎn)，在便于設(shè)備安裝、節(jié)省占地空間、減少初期建設(shè)投資、方便維修、節(jié)能減排等各個方面都有明顯的優(yōu)勢。因此，模塊化UpS設(shè)備將成為新一代的UpS,將會被越來越多的企業(yè)用戶所選擇。