台达UPS在海口人民医院UPS的应用方案

    一、 客户需求

    海口市人民医院UPS建设主要是为是为了保障机房内弱电系统的核心设备的长期、稳定不间断运行的需要而设立的，一来通过UPS电源系统来对电网的电压信号进行稳定，以提供给核心设备更为稳定的工作电压，同时在停电时，发电机启动之前的这些时间内，弱电机房的核心设备是不能停止运行的，需要UPS给予及时的供电，以保障核心设备的不间断工作需要 。由于负载的重要性，客户规划时，要求采用1+1冗余并联的方式为负载提供高可靠的供电系统。

    二、 基于HIFT UPS的1+1冗余系统方案

    2.1 用户需求分析

    海南省人民医院构建数据机房，配置UPS系统，实际负载约25KW，详细如下表：

    “通信行业标准YD/T1095-2000 通信用不间断电源——UPS”标准中，表1第17项提出“输出功率因素”项目，技术要求输出功率因素≤0.8。

    同时考虑UPS应保证有20%~ 30%的预留量。由此可计算UPS的总容量为：

    UPS容量（KVA）= 23.36KW/0.8/0.8=36.5KVA。故推荐选用的UPS容量为40KVA.

    由于IT应用比较重要，平时系统需要连续不间断的运行，但可以有计划的停电维护，但需要提前通知，在业务运行期间，绝对不可以停电，因此系统需采用冗余供电的方式。后备时间4个小时。整个系统要求极高的可靠性和可用性。

    基于以上分析，我们推荐客户选用HIFT UPS，台达HIFT UPS具有以下4大优势：

    一、MTTR近于0，模块化热插拔在线维修，大大缩短维修时间

    二、N+X冗余，提供系统最高的可靠性。

    三、随需扩容，提供最灵活的、最经济的投资、配置策略

    四、高效节能，提供最低的运行成本 

    通常带载越少，UPS效率越差。而HIFT（海福）UPS，即使带载只有额定容量的15%，整机效率亦超过90%；当带载达到27%时，效率就已高达94%。效率在百分比上的每一小步提升，能耗支出的节省都是一大步。

    2.2.1 HIFT UPS的冗余配置方案

    现在的实际负载为25KW，由于HIFT UPS随需扩容的性能优势，可以按照现在的实际负载先进行配置，所以，负载容量按照25KW进行配置。

    25KW/（0.8*0.8）≈40KVA，根据客户的需求，需要冗余并联方案。

    2.2.2 方案  2台HIFT 40KVA系统并联       总容量80KVA

    并机系统如如下：

    配置清单如下：

    2台40KVA系统并联，每台UPS 2个模块，共4个模块，总容量80KVA。系统正常运行时，每一个模块均分负载，现负载量为25KW，4个模块均分负载，每个模块6.4KW均流运行。

    当市电正常的时候，如果其中任意一台模块出现故障，在系统控制程序命令下自动退出系统，其余模块将自动平均分担该故障模块所带的负载。

    由于实际负载容量是25KVA，实际功率容量只占2台功率模块，而冗余2台功率模块，是2+2的系统。也就是说只有在3个模块同时故障的时候，UPS才会转旁路工作，才会在无保护的状态下运行。

    在系统正常运行的情况下，市电发生故障（掉电或电压超限）时，两台UPS同时转到电池逆变运行，在此期间，如果其中一台模块发生故障，该故障模块脱出系统，其余模块均分该故障模块负载后，继续正常电池逆变运行。

    随着客户负载的增长，可随时在线添加功率模块，（每个模块20KVA），最大可扩容到240KVA，已经远远超过客户对今后的扩容要求。

    2.2.3.1 可靠性比较

    在本案例中，普通UPS  1+1并联冗余系统的可靠性计算公式如下：

    公式中：

    R：表示系统可靠性

   F（t）：故障概率

    如果单机可靠性为R（t）=0.99，代入公式得出1+1并联系统的可靠度为：R （1+1）=0.9999

    HIFT UPS在方案1中，也采用主机40KVA 系统并联冗余，但由于其模块化结构设计，可组成N+X并联系统，也就是在系统冗余的情况下在冗余，组成2+2系统，依据系统的可靠性模型，计算如下 ：

    其中m=2 ，n=2  计算得出 R（2+2）=0.999996

    系统方案可靠度比较

    通过以上对普通UPS 1+1并联与HIFT UPS N+X冗余方案可靠性分析和比较，可以得出以下的结论：

    由单机1+1组成冗余供电系统，当单机可靠度为0.99时，并机系统可靠度可达到0.9999。

    由HIFT UPS组成的1+1冗余系统中，当单个模块同样可靠度同样为0.99时，双系统并联组成的2+2系统的可靠度为0.9999999995，比1+1系统的可靠度高出20万倍。

    另外，由单机1+1组成冗余供电系统，当单机可靠度为0.99时，并机系统可靠度达到0.9999，此值与负载量无关，也就是说，不管系统实际负载量是多少，系统永远是1+1冗余，不允许两台同时故障，可靠度永远是0.9999；

    但是在HIFT UPS组成的N+X冗余供电系统，系统的实际负载量占设备容量的大小与系统的可靠度息息相关，实际负载量越低，系统可靠度越高。客户可以通过在线增加功率模块来提高系统可靠度。以保证系统安全运行。

    （1）设备购置成本

    未来的扩容来讲，由于普通UPS扩容非常困难，涉及到配电容量，线缆的容量，占地位置和面积，以及客户对于系统运行的可用性的要求等等相关问题的困扰，到实际负载增加时在扩容变成了几乎不可能的事情。所以，一般的情况下，客户在购置UPS的时候会考虑一次性将设备的容量买到未来预估的容量，以避免未来过载的危险。再加上配置主机是预留的25%的余量，和系统并联时两台UPS的均分各50%负载运行等相关因素，单台UPS实际运行时的负载容量仅为设备容量的18%。造成了初期购置成本的巨大浪费。

    HIFT UPS方案在初期设备采购的总容量上都可以配置低于1+1冗余配置的UPS系统，原因在于HIFT UPS N+X系统可以随着客户的实际需求增长而增长，这种扩容可以是完全不用停机，并且实施起来快速简单方便。由于可以随需扩容，客户可以不用采用一次到位的配置，可以随着业务量的增长需求分阶段的加大设备的投资。

    无论如何，HIFT UPS N+X的供电解决方案与传统1+1冗余配置方案相比，在初期设备采购时可以为客户节省大量的初期设备采购成本，可以为客户提供一个更经济的设备投资方式。

    （2）设备的运行成本

    在1+1冗余配置的供电方案中，采取了一次到位的投资方式，双机并联运行时，由于每台UPS负载容量仅为设备容量的18%左右，导致UPS整机效率大幅降低，仅为82%。系统长期低效率运行。以下为各类UPS统计负载量与效率关系的平均数据：

    50%负载下效率为89% 

    40%负载下效率为88% 

    30%负载下效率为86% 

    20%负载下效率为82%

    在1+1冗余并联的方案中，单台负载12.5KW，UPS容量为40KVA，单台负载量占比39%,其整机效率为88%，则该系统年耗电为：

    [（12.5KW/0.88-12.5KW）*8760h]*2=26280KWH（度）

    如果以工业用电每度1.5元计算，一年电费为39420元

    在HIFT UPS方案中，单台负载为12.5KW，UPS容量为40KVA，单台负载量占比39%%，由于HIFT UPS在负载量达到27%时，整机效率就可以达到94%，所以，在方案中整机效率为94%，则该系统方案设备年耗电为：

    [（12.5KW/0.94-12.5KW）*8760h]*2=13140KWH（度）

    如果以工业用电每度1.5元计算，一年的电费为：19710元

    运行成本比较：

    2.2.3.3 综合比较

    三、 总结

    台达HIFT UPS随需扩容的灵活性，N+X冗余的可靠性，低负载时的高效率，模块热插拔技术带来的最快捷的维修时效，不但为能为海口市人民医院带来最高的可用性，方便的后期扩容性，同时还能为客户带来最低的运行成本。■