上海电信模块化UPS一年试点分析

    UPS（不间断电源）主要承担负载供电，使通信网、互联网运行数据得以安全、高速、可靠和连续地被处理、存储和转送。在国家号召大力开展节能减排的大背景下，为提高能源利用效率，降耗增效，合理运用节能技术和产品，上海电信于2008年对业界普遍认为节能环保的模块化UPS电源系统进行了试点。

传统UPS存在两方面问题

    目前通信网络中应用了大量的UPS系统，其应用形式主要以在线式N+1并联供电系统为主，该系统解决单机供电没有冗余的缺陷，各UPS电源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N+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。

    一方面，扩容和维护的风险较大：传统UPS电源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，所以风险较大。

    另一方面，冗余少、运行效率较低：目前通信行业UPS电源的运行方式，主要是1+1或2+1的并联结构，这意味者该方案的容错率或冗余只有一次；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%左右，而传统UPS电源的运行效率只有达到额定功率的50%～80%为最佳，再考虑2台设备的并联工作方式，其实际的运行效率从90%左右已降低到70%～80%。

    为解决传统UPS电源N+1并联存在的不足，一些厂商推出了双总线供电方案，它采用2条供电母线为负载供电，可以有效的解决UPS电源并联环流的问题，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。但该方案也存在一些不足，主要是加大了设备和工程投资，对单电源供电的设备须用较多的输出配电辅助设备（STS）；需要两套独立的输入、输出供电回路，配电系统比较复杂，并需占用专用场地；与1+1并联运行方式道理一样，UPS电源的能效比较低。

    模块化UPS已被认为是UPS的发展趋势之一，高频模块化直流电源不仅在性能指标上有很大的改善，而且在可靠性、可维护性以及智能化方面更有显著的提高，同时，DSP芯片大规模商用为模块化UPS发展打下技术和物质基础。模块化UPS与传统UPS相比，优势主要体现在以下几个方面。

    可靠性的提高。模块化UPS电源具有N+X的架构特性。从系统论的角度看，应该消除系统方案的公共故障点，局部的得失不影响系统的方案才是优秀的。以目前成熟的某厂CMS系列模块化UPS电源为例，它的系统架构是由可并联冗余的UPS电源模块，独立的监测、报警、通信模块和系统保护用的静态开关模块三部分组成，不存在集中控制单元，系统没有故障瓶颈，并且有提供多次冗余的设计考虑。

    可用性的提高。在线热插拔是模块UPS的又一显著特点。因为模块的规格统一，具体的实施很简单，更换时间极短，几分钟内完成。相比之下，传统机型是修机器——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，几小时至几天不等，因此传统UPS的可用性很差，这也是传统机型的主要缺陷之一。模块化UPS提高了系统可用性，使维护更为便利，同时提升了用户对系统的维护能力，降低了设备的故障隐患，确保负载得到最佳的保护。

    用户投资有效性的提高。单就模块UPS和传统机型的比较，模块UPS在物理尺寸和整机重量比传统机型有绝对优势，为用户节省大量的机房投资、承重加固投资。随着用户量的提升，传统UPS系统就必须更换一台更大容量的UPS系统来满足使用需求，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，有效地降低了用户初期购置和日后的扩容成本，并且可以动态地满足业务需求的发展。

    UPS在节能的主要指标体现在输入功率因素、输入电流谐波以及整机运行效率等方面。通过立项，上海电信将某局维护中心数据机房的一套UPS传统型60kVA1+1冗余系统，更新为一套6×10kVA模块化UPS供电系统，从以上节能指标探求模块化UPS的实际应用状况。

    经过一年多的使用，目前来看此次模块化UPS应用从多个方面达到了节能的目的和效果。

提高了系统的运行效率，大大降低了投资成本和使用空间，如表1、表2所所示。

运行成本显著降低，如表3所示。

    综上所述，模块化UPS存在很多优点，它的应用价值也逐渐被行业用户所认可，从这次模块化UPS的试点实际应用可以看到，UPS模块化是UPS技术发展的重要方向。

    不过在这次实际应用中工作人员也发现一些问题，系统配电结构和运行方式尚存在不足，还需要在今后的使用中加以不断的完善。首先这次应用的试点系统容量相对较小，未经受大负荷、复杂环境的考验，没有完全对系统可靠性进行认证。

    其次系统配电结构上也存在认识误区，模块输入配电的集中控制带来了操作风险和系统故障，对系统安全运行带来隐患，应改为分级控制，将故障面控制在最小范围。

    最后对模块的N次冗余量也是系统配置考虑的重要方面，如果系统模块的冗余量大的话，显然对资源是一种浪费，而冗余量小的话就要求系统稳定性、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。此次试点使用的部分产品，在模块视在功率设置上，需要结合实际需求，进一步完善。

    但不可否认的是模块化UPS这种技术将传统UPS系统级冗余改变为模块级的冗余。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较传统UPS系统更高，UPS系统的可维性也得到极大地提高。（作者：中国电信上海公司网络运行部 归军海 彭伟）■