六大优势奠定地位 模块化UPS抢班夺权

不要认为所有模块化UPS都一样，实际上模块化UPS无论在结构上还是功能上，都有很大差别。按照电路结构，模块化UPS可分为功率模块结构式和UPS结构模块结构式。功率模块结构式也被称为第一代模块化结构，它的特点是功率模块和控制模块分离，任意一个模块不能单独供电，存在单点故障，可靠性不太高。被称为第二代模块化结构的UPS结构模块结构式克服了第一代的缺点，将整套UPS做成一个模块，任何一个模块都可单独供电，所以它的可靠性远高于第一代。

单个UPS模块能提供的电量从原来的1kVA发展到现在已经可以达到300kVA。这里的模块指的是一个机柜中有一个以上的模块。如果一个机柜中只有一个模块，属于单机范畴。

模块化UPS不但具备单机UPS的一些优点，而且还有很多独特的优点。具体来说，主要包括以下六个方面。

节约资金

几乎超过99%的模块化UPS都是高频化结构。和传统的工频化结构的UPS相比，在同等技术指标的情况下，模块化UPS取消了谐波滤波器和输出变压器，因此效率要比单机UPS高出5%以上。同样是100kVA的UPS，高频模块化UPS比传统的工频化结构UPS每年至少节约5万度电。

采用模块化结构UPS，持续运行的数据中心就可以边计划，边投资，边建设。这样用户可以更加合理地利用资金，缓解了一次性投资过高的压力。

可靠性高

单机UPS在组合完成后可靠性就不能再改变了。但模块化UPS的可靠性会随着组合的变化而改变。假设一个单机UPS和一个模块UPS的可靠性r1=0.99，即故障率是1%，那么，一个100kVA的单机UPS可靠性就是0.99。而120kVA的模块UPS，如果每个模块是15kVA，就是7+1的组合，这时的可靠性R7+1就是：

R7+1=1-(1-r7) (1-r)=1- (1-0.997) (1-0.99)= 0.999021

可见，这时模块化UPS可靠性比单机时几乎提高了10倍。

如果采用6+2组合，其可靠性R6+2就是：

R6+2=1-(1-r6)（1-r）2=1- (1-0.941480) (1-0.99)2= 0.9999941

此时可靠性比单机时几乎提高了100倍。

而且，随着负载的减小，可靠性还会增大。假如负载定位是100kVA，实际负载在90kVA以下时，就可以用6+2的组合，故障率比单机时降低100倍。如果实际负载低于75kVA，就可以是5+3的组合，可算出故障率比单机时降低1000倍。这是单机UPS无论如何都无法做到的。

并联冗余性好

模块化UPS在设计初期就充分考虑到了冗余性并进行了很好的规划，不论是从电路上，还是从结构上，都是作为一个整体来考虑的。这样，模块就既可以分开，又可以组合。

比如说，山特Array模块化UPS能够提供无线并联功能。它的机架就是一个名副其实的架子，架子上没有任何电路，而且模块之间没有任何通信信号线相连，可靠性大大提高。

一般来说，单机UPS结构在并联板和各单机之间的通信需要通过信号线来连接。一旦信号线接触不良，并联就会失败。而且，不少UPS单机电路是移植而来的，只是添加了并联功能，没有考虑到和以前的电路的冲突。正因为如此，单机UPS在组合后正常运行时，还会因为有的单机同步失谐而停止工作，埋下故障的隐患。

动态扩展性好

更换单机UPS时，尽管有手动旁路，由于需要更换的UPS模块输出端仍和其他模块一起连在负载上，有电压存在，不能带电操作，因此就无法在线更换，供电的连续性无法得到保证——除非在装机前预装了隔离开关，但是对大功率设备来说，这样做是很不经济的。

但是，模块化UPS可以在线热插拔和热更换，保证了供电的连续性。

模块化UPS还能延长供电电源的使用寿命。一般来说，用户希望数据中心的使用寿命越长越好，但设备的实际使用寿命却不尽如人意。通常，UPS的使用寿命最多只有10年，因为机器中大量电解电容器的寿命很短，而且无法在线更换。使用单机UPS供电时，用户不得不先停机再更换部件，而且更换的周期比较长，少则数小时，多则数天。这样不利于设备寿命的延长。

采用模块化结构后，一个模块就成了一台UPS。这样，在冗余的情况下，用户也可以进行热更换，即使是重达几百公斤的300kVA模块，也可以从机柜中取出来进行在线热拆卸。数据中心的连续供电问题解决后，其他问题就好办多了——因为金属机架如果做得好，用几十年也不会坏。

绿色环保

环保就是没有污染。污染又分为自然环境的污染、电气环境的污染。模块化结构可以降低这两种污染。

自然环境的污染主要包括声音污染和大气污染。由于模块化结构绝大多数都是高频化结构，工作频率都在20kHz以上，这超出了人的听觉范围，所以这时UPS不会像工频机那样，变压器和电抗器都发出令人心烦意乱的噪音，影响工作情绪。至于大气污染，值得一提的是，模块化UPS都要符合RoHS指令。

在降低电气环境的污染方面，高频化模块UPS的输入功率因数都在0.99以上，这对电网而言几乎是线性负载，基本不破坏市电电网电压的正弦波形，谐波含量小于5%。因此，电网中由模块化UPS引起的高次谐波干扰几乎不用考虑。而400kVA以下的单机工频UPS一般都是6脉冲整流，输入功率因数约为0.8，谐波含量达30%，5次和7次谐波能量较大，会干扰用电设备。

容易管理

模块化UPS的易管理主要体现在以下几个方面。

容易更换 在模块化UPS中，应用最多的是20kVA以下的模块。这种模块一般重量在20kg左右，一个人就可以搬动。许多模块化机柜面板上的LCD都有人性化的图示。如果某一模块出现故障，LCD上就会出现明确标志，值班人员只要根据机上标示就可以轻松更换模块。

方便增容  假设一个机房规划的IT用电量是100kVA，但目前只有20kVA的负载。如果这时选择ARRAY 120kVA模块化UPS，该UPS的模块单元是15kVA，就可先配置2+1组合，尚有5个空位，以后可以根据IT的增容情况来逐步增加电源模块。

方便移动 机房搬家是经常会发生的情况。单机UPS由于重量很大，又不可拆卸，搬运起来相当复杂和费力。而模块化UPS改变了这种状况，让机房搬家变得更加容易。

第二代模块化之间的区别

即使都是第二代模块化UPS，它们之间也有质量和功能的差别，用户切不可只从价格上看问题。

如今，不同模块化UPS厂商采用的电路相差甚微，采用的元器件也是市场上常见的几个厂商的产品，而且，同等元器件的体积和重量差别也不会很大，因此，UPS产品的单位体积重量也相差无几。所以，用户在选用模块化UPS时，如果产品的体积重量与常见产品相差甚远，就需要慎重考虑；如果价格相差甚远，也要认真考虑。有不少用户因为贪便宜，购买了不合格的模块化UPS产品。设备在安装后，有冒烟的，有起火的，还有爆炸的，甚至导致整个数据中心瘫痪。

澄清对模块化的误解

有人对模块化UPS提出这样的疑问：原来一台UPS只有一套电路，现在变成了数套电路，多一个环节就多一个故障点，所以模块化结构的可靠性不会很高。甚至有人认为，当模块数多于8的时候，系统可靠性还不如单台UPS。

多一个环节就多一个故障点是对串联环节而言的，图中（a）所示的就是一个串联环节构成的通路。路上的环节就好比阀门，水要经过阀门从A流到B。沿路的阀门一旦被卡死，水就流不过去了，因此串联的阀门越多，故障出现的概率就越高。假设每个阀门平均每年卡死1次，10个阀门加起来一年就可能被卡死10次。这就是多一个环节就多一个故障点的道理。

但是，如图（b）箭头所示，如果通路上有了并联分支，通道就增多了。多一个并联阀门就多一条通路。所以说，模块化UPS如果不冗余，并联是毫无意义的。N+X模块化UPS中的X≠0才有意义。明白了这一点，上面的问题就迎刃而解了。

中国模块化UPS市场现状分析

模块化UPS具有可用度高且容易生产、运输、安装、维护、扩容的特点，是UPS未来的发展趋势。2008年，我国模块化占UPS整体销售额为3?郾9亿元，UPS整体市场的13?郾5%；同比增长7?郾2%，比UPS整体市场增长率高出1?郾5个百分点。

但是，模块化UPS还存在成本高、实际运行可靠性不如理论计算值高等问题，需要对其进行深入研究，进一步提高其可靠性，降低用户的投资成本。

当前，主流UPS厂商都推出了自己的主力模块化UPS产品，它们的可扩展功率段主要有1～20kVA和40～120kVA两个功率段。山特、伊顿、APC等都有自己的主力模块化UPS产品，随着生产规模的逐步增大，其规模效应逐步显现，客户认可度逐步提升。

尽管模块化UPS拥有很多优势，但是其技术难度大，厂商需要投入的研发成本很高。厂商为了收回投资，对模块化UPS的定价普遍高于传统UPS。事实上，模块化UPS的材料成本比传统UPS高不了多少。随着厂商对模块化UPS的进一步投入和技术的进步，模块化UPS的大规模生产将成为现实，其价格也将逐渐下降。

作者：中国电源学会理事、专委会副主任 王其英

（责编：杨杨）

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