艾特網(wǎng)能UPS電源昆侖UE系列高頻塔式UPS不間斷電源200-800KVA的發(fā)展趨勢——模塊化

隨著電力電子技術(shù)的創(chuàng)和發(fā)展，模塊化UPS已逐漸成為業(yè)界發(fā)展趨勢，當(dāng)下模塊化直流電源已成主流產(chǎn)品，輸出電壓-48V，220V和750V等電壓的直流電源均采用模塊化結(jié)構(gòu)。交流的模塊化UPS也走上了快速發(fā)展道路。

　1 控制技術(shù)的提升使艾特網(wǎng)能UPS電源昆侖UE系列高頻塔式UPS不間斷電源200-800KVA并聯(lián)模塊數(shù)增加

為什么如此多的用戶選擇了模塊化直流電源？因為模塊化產(chǎn)品有易運(yùn)輸、易安裝、易擴(kuò)容和易維護(hù)的突出點。模塊化的直流電源已是行業(yè)主流，而交流UPS的模塊化卻興未艾。直流電壓源輸出只有電壓幅值一個變量，多個模塊如果能保持電壓幅值的同步，就可以實現(xiàn)并聯(lián)輸出，直流電源輸出可以加裝逆止二管實現(xiàn)電流反灌保護(hù)功能。多模塊的直流并聯(lián)在技術(shù)上比較容易實現(xiàn)，直流模塊可以60個甚至多并聯(lián)。交流電壓源有電壓幅值、頻率、相位等多個變量，實現(xiàn)交流并聯(lián)的難度比直流并聯(lián)大很多。自UPS誕生以來，并聯(lián)的模塊數(shù)一直受到控制技術(shù)的制約。UPS并聯(lián)技術(shù)主要有兩種：(a)分布式控制（無主從控制）；(b)集中式控制，如圖1所示。

　　分布式?jīng)]有固定的主控單元，主控單元在并聯(lián)時競爭產(chǎn)生，當(dāng)主機(jī)故障時，正常模塊重競爭產(chǎn)生的主控單元，分布式模塊間通訊路由有N（N-1）/2條；集中式控制有主控模塊，各功率模塊與主控模塊雙向通訊，通訊路由有N條或2N條（雙冗余控制），如果并聯(lián)模塊增加，兩種控制式的通訊路由數(shù)的變化如表1和圖2所示：

圖2 兩種控制模式路由數(shù)對比圖

　從表1和圖2中可見，當(dāng)并聯(lián)模塊超過5個時，分布式通訊路由就大于集中式路由，并且快速上升，在控制芯片的運(yùn)算速度和路由傳輸速率一定時，控制模型就決定了并聯(lián)數(shù)量的上限。在現(xiàn)有技術(shù)下，分布式的并聯(lián)模塊數(shù)量就受到了限制，通常并聯(lián)模塊不超過10個。采用集中式的拓?fù)湓诙嗄K并聯(lián)時有突出的點，10個以上模塊通訊路由遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于分布式并聯(lián)路由數(shù)。當(dāng)然，主控式也存在缺點，當(dāng)系統(tǒng)只有一個控制單元時，存在單點“瓶頸”。艾特網(wǎng)能的模塊化UPS配置了雙冗余的控制模塊，2+1冗余的CAN控制總線，徹底消除了通訊節(jié)點間的單點“瓶頸”，單系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)達(dá)到20個，可實現(xiàn)4個系統(tǒng)并聯(lián)，革命性地將并聯(lián)模塊數(shù)提升到80個。

　　2 技術(shù)的采用使單一模塊的容量和功率密度提升

　隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心以海量級數(shù)增加，設(shè)備的功率密度也日益增加，數(shù)據(jù)中心的耗能也日益引起人們的關(guān)注，這就要求加節(jié)能和省地的綠色產(chǎn)品。同時為了便熱插拔，單一模塊的體積和重量不能太大，市面上主流的模塊容量是5kVA、10kVA、20kVA、25kVA、30kVA和40kVA，高功率密度是模塊化UPS的發(fā)展向。艾特網(wǎng)能的40kVA模塊高度僅僅3U，單一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架可裝12個模塊，提供480kVA的容量，占地面積僅0.5m2，在處于地位。模塊功率密度與模塊的效率息息相關(guān)，效率提升可減少散熱器件和縮小風(fēng)道，提升模塊的功率密度。

艾特高效的功率模塊得益于多個先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用：

　　　　① 選用高效拓?fù)淙娖郊夹g(shù)（見圖3）

　　    ②動態(tài)均流，準(zhǔn)諧波控制，降低輔助電源和整流功率器件的損耗；

　　　?、刍刂扑惴?，保障UPS在各種負(fù)載條件下保持高效率模式；

　　　?、苓x用世界####廠家的第五代IGBT，第五代IGBT采用的場截止結(jié)構(gòu)(Fieldstop)可顯著降低開關(guān)損耗，溝道柵技術(shù)(Trench)可降低飽和壓降Uce，從而大大降低產(chǎn)品損耗；

　　　　⑤選用直流偏置性能磁性材料，降低磁損；

　　　?、藁岵季郑浜现悄茱L(fēng)機(jī)調(diào)速功能，大限度降低風(fēng)扇損耗。

艾特網(wǎng)能UPS電源昆侖UE系列高頻塔式UPS不間斷電源200-800KVA冗余式設(shè)計實現(xiàn)真正意義的熱插拔功能

　　熱插拔技術(shù)是模塊化UPS的關(guān)鍵技術(shù)之一。熱插拔可以使客戶實現(xiàn)在線擴(kuò)容，在線維護(hù)。根據(jù)工信部YD/T2165-2010《通訊用模塊化不間斷電源》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，各個功能模塊（含整流，逆變，充電，控，旁路）模塊備熱插拔功能。艾特網(wǎng)能模塊化UPS采用冗余式設(shè)計，有別于部分友商的準(zhǔn)模塊機(jī)，艾特網(wǎng)能提供的是一款真正意義的模塊化UPS，所有模塊（功率，控，旁路）均可在線熱插拔，在換和增加模塊時，UPS保持正常工作狀態(tài)。

艾特網(wǎng)能UPS電源昆侖UE系列高頻塔式UPS不間斷電源200-800KVA大幅提升系統(tǒng)可用性

　　以一套200kVA的UPS供電系統(tǒng)為例，采用傳統(tǒng)塔式機(jī)搭建，為了實現(xiàn)冗余，通常以N+1式搭建，假設(shè)選擇2臺200kVA塔式機(jī)，組成1+1并機(jī)供電系統(tǒng)，在相同的配置下，如果采用模塊化，配置將加簡單，以200kVA為例，可選用(5+1)40kVA模塊系統(tǒng)或(5+2)40kVA模塊系統(tǒng)。模塊化UPS工作原理如圖4所示。

　　系統(tǒng)可用性為

　　模塊式UPS有####的平均故障恢復(fù)時間MTBF，以艾特祁連UM為例，模塊換時間在5~10分鐘以內(nèi)。而傳統(tǒng)塔式UPS出現(xiàn)嚴(yán)重故障后，需要的服務(wù)工程師火速趕到現(xiàn)場，到了現(xiàn)場也會因為種種原因無法快速定位和排除故障，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行少則需要幾個小時，多則幾天。兩者的差距可以說天差地別。通過數(shù)學(xué)模型估算，塔式機(jī)單機(jī)和1+1并機(jī)系統(tǒng)可用性約為99.99%,而模塊化UPS可用性是99.9999%以上。兩者可用性對比見表2。

　　客戶選用模塊化UPS，設(shè)備發(fā)生故障后的焦慮和無助可以煙消云散，保修到期后還可以省下巨額的維保費(fèi)用。

　　模塊化UPS多采用小功率模塊（相對于輸出總?cè)萘浚┎⒙?lián)，而塔式UPS采用N+1模式。模塊化UPS發(fā)生故障時，因為單模塊容量顆粒度低，內(nèi)置的保險絲和控制電路可以快速動作，切離并機(jī)系統(tǒng)，從而保證系統(tǒng)的工作，而塔式機(jī)單機(jī)容量較大，保險絲容量相應(yīng)較大，控制回路采樣點多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生一些臨界故障時，UPS無法快速正常切離，導(dǎo)致其他UPS將故障UPS當(dāng)成負(fù)載，發(fā)生雪崩效應(yīng)導(dǎo)致整個系統(tǒng)輸出中斷。這樣事故在現(xiàn)場多次發(fā)生。某數(shù)據(jù)中心采用（4+1）500kVA并機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺UPS故障時，故障機(jī)沒有正常退出，將其余四臺UPS全部拉垮，也未轉(zhuǎn)到旁路供電，系統(tǒng)輸出完全中斷，給用戶造成了重大損失?？紤]故障單元非正常退出的現(xiàn)象，塔式UPS并聯(lián)系統(tǒng)可用性實際數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于理論計算值。

　　5  模塊化UPS滿足“綠色節(jié)能”的需求

　塔式UPS因為難擴(kuò)容，需要提前規(guī)劃，一般場景下帶載率在10~40%左右，模塊化UPS可輕松在線擴(kuò)容，無需提前規(guī)劃，一般場景下帶載率高于40%。塔式和模塊化UPS通常帶載率如圖5所示。

　　同樣負(fù)載下，模塊化UPS處于50%負(fù)載率，效率可達(dá)96%；塔式UPS處于20%負(fù)載率，效率降至94%甚至低。以200kW負(fù)載為例?！　　　?/div>