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传统UPS与模块化UPS优劣分析

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1 引言

随着国家经济的不断发展,对不间断电源的需求也越来越多。对于用户而言,需要的是持续的电力保护,但市场里的产品众多,如何选择却成了难题。比如,国内品牌还是国外品牌?选择熟悉的传统机,还是最新一代的模块机?

2 选择合适的UPS类型

为了能使客户购买到最合适的UPS,必须谨慎地评估其在项目中的实际应用与需求。每种品牌的UPS都有其自身的特点,具体选择取决于实际项目中的用途。

仅仅知道负载的功率是远远不够的,即使UPS能够给负载提供足够的功率,也并不意味着那就是最好的选择。用户还需要知道UPS的运行方式、输出功率、电池后备时间、运行与维护成本,整体加以衡量才能选择到自己需要的产品。

在EN 62040-3标准中,通过其工作方式定义了UPS的类型,如表1所示。

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2.1第一部分UPS电源质量的分类选项

⑴ VFI (电压和频率相互独立)

输出电压和频率和输入电源无关。频率变化控制依据IEC EN 61000-2-2标准。

⑵ VFD (电压和频率互相依靠)

UPS的输出取决于与市电电源的电压和频率变化。

⑶ VI(电压独立)

UPS的输出(频率)取决于市电电源的频率变化。输出电压与市电电压无关。

2.2 第二部分输出电压波形的分类选项(正常市电模式和电池模式)

第一个字符表示在正常和旁路方式下的输出电压波形。可以为S,X,Y。

第二个字符表示在储能方式下的输出电压波形。可以为S,X,Y。

⑴ S 表示在所有线性和基准非线性负载条件下,输出波形均为正弦波,其总谐波失真因数THDu<8%。

⑵ X 表示在线性负载条件下,输出波形均为正弦波(与S相同),在非线性负载条件下(如果超过规定的极限),其总谐波失真因数THDu>8 %。

⑶ Y 输出波形是非正弦波。

2.3 第三部分瞬态电压性能的分类选项

第一个字符表示改变工作方式时的输出电压瞬态性能。可以为1,2,3。

第二个字符表示在正常/储能方式下,带线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况)。可以为1,2,3。

第三个字符表示正常/储能方式下,带基准非线性阶跃负载时的输出电压瞬态性能(最不利的情况)。可以为1,2,3。

每个数字的含义如下:

⑴ 1表示无中断或无零电压出现;

⑵ 2表示输出电压为零持续1ms;

⑶ 3表示输出电压为零持续10ms。

表2 UPS的分类举例

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TRIMOD模块化UPS为VFI-SS-111类型,是真正的在线双变换UPS,可以为负载提供高品质的电源。

3 选择合适的系统结构

3.1分散式结构

分散式结构通常被用在对供电要求不太严格,且目前已有现成的供电系统、机房较多且相对分散的场合,如图1所示。

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图1 分散式结构


⑴优点:

① 可扩展性好;

② 容易安装;

③ 每台UPS均独立运行。

⑵ 缺点:

① 难管理;

② 维修与保养复杂;

③ 能源消耗多。

3.2集中控制架构

集中控制架构适合用来保护整体负载系统,见图 2。

⑴ 优点:

① 监控简单;

② 维护容易。

⑵ 缺点:

① 无冗余;

② 可扩展性较差;

③ 占用空间较大。

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图 2 集中控制架构

3.3模块化冗余架构

模块化冗余架构是企业用户用来保护关键负载的最佳解决途径,如图3所示。

⑴ 优点:

① 监控简单;

② 可扩展性好;

③ 供电模块有冗余;

④ 容易维护;

⑤ 运行成本低;

⑥ 占地面积小。

⑵ 缺点:

初期的购买成本比传统UPS要高。

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图 3 模块化冗余架构

4 模块化UPS与传统UPS比较

传统UPS的购买价格要比最新的模块化系统稍低,但购买成本并不是决定总花费的唯一因素。由于两种系统结构具有较大的差异,传统UPS的运营成本比模块化结构的系统要高。模块化系统因其运行效率高、低输入THDi值、高输入功率因数、冗余性与扩展性等特点,已经慢慢被广大客户所接受。即使当前的购买成本较高,但在第一年的使用过程中客户就已经开始得到实惠了。

4.1运输成本比较

传统UPS由于本身结构的需要内置了输出隔离变压器,使得其重量往往比模块化的UPS高出(2~3)倍。这就意味着需要多付出50%的运输花费。TRIMOD UPS可在不需要任何特殊的车辆下,即可被运送到安装地点并完成安装。运输费用比较见表 3。

表3 运输费用比较

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4.2 安装成本与占地面积比较

传统UPS需要的安装占地面积(平方米)比TRIMOD系统多(2~3)倍,安装占地面积和安装成本比较见表 4。

表 4 安装占地面积和安装成本比较

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4.2 可靠性比较

UPS系统的可靠性取决于平均无故障时间(MTBF)和平均故障修复时间(MTTR)的大小。

传统UPS的MTBF通常为150000小时,MTTR为(4~12)小时。

TRIMOD UPS的MTBF高达400000小时,MTTR仅为5分钟,且还可以通过增加功率模块的冗余度来增加系统的MTBF。TRIMOD可配置N+X冗余系统,甚至当有功率模块故障时,也可保证系统零宕机。系统强大的自诊断功能和模块化结构可大大减少MTTR,精确的指示和大屏幕显示可帮助用户立即确认故障点。模块化结构允许用户在不对负载造成任何影响的情况下,通过简单、快速地更换故障功率模块即可完成维修。

4.3 能源消耗对比

表 5(a) 模块化UPS系统

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表 5(b) 模块化UPS运行成本分析

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表 6 (a) 传统1+1并机

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表 6 (b) 传统1+1运行成本分析

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注:假设1kWh=1RMB。

美达电器TRIMOD系列模块化UPS,秉承了意大利优异的工业设计及制造技术,使得整机的效率提高到95%。整机效率的增加意味着UPS减少了从主电源获取的功率,减少了以热量形式散发环境中的损耗,因此也就减少了空调系统的能源消耗。输入功率因数在20%负载时就始终接近于1,且输入电流谐波失真THDi<3%,大大减少了对电网的污染,从而有效地保证同一电网内其他机电设备的正常工作。

4.4 维护成本比较

传统UPS因其结构复杂,维修过程相对繁琐,往往需要工程师携带大量的备件到现场逐个更换。由于其内部组成部件较多,故障点的判断较困难,只能通过更换故障点的相关部件完成维修,导致费用高;另外,由于维护工程师的水平差异,故障设备的修复时间也不同,一般需要(4~12)小时,用户还需要额外支付厂家维护工程师的人工费用。

美达电器TRIMOD模块化UPS维修超简便,在线5分钟内即可完成功率模块的更换。功率模块采用单进单出设计,重量很轻(7.9kg)且容易更换,一个人即可完成全部的工作。因此,总体维修成本比传统UPS低30%~50%(仅需要更换一个单相的功率模块)。

4.5 运行成本(蓄电池更换)比较

蓄电池是UPS系统的核心组成之一,它能在市电停电时及时放电,从而保证负载的不间断运行。只有保证蓄电池时刻处于最佳的状态下,负载才能够得到UPS的保护。

传统UPS对于电池的充放电管理较单一,往往采用恒流充电、长期浮充等简单的充电方式。长期的浮充不仅会使蓄电池极板硫化,降低容量,更影响了蓄电池的性能,也就降低了UPS系统的可靠性。快速老化的蓄电池需要频繁的更换,有时会超过UPS主机的购买价格,给用户带来了很大的维护成本压力。

美达电器TRIMOD系列模块化UPS采用了“三阶段”智能充电系统,能够延长蓄电池30%的寿命。第一阶段,充电器在很短的时间快速补充蓄电池损失的能量;第二阶段,充电器的输出电压缓慢上升,后转为均充状态;第三阶段,由于充电电流的持续减少,充电器进入到12小时长的浮充状态;最后,充电器将自动关闭,15天后重新开始对蓄电池补充电(假定这个阶段主电源一直存在)。另外,TRIMOD会根据负载情况自动调整蓄电池的放电截止电压,可最大程度地保护蓄电池。由于该充电系统可显著提高蓄电池的性能,一方面提高了UPS系统的可靠性,同时减少了更换蓄电池的成本。

表 7 蓄电池使用情况比较


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4.6 扩容成本比较

传统UPS需要扩容,首先客户需要购买一台同品牌、同型号UPS。要完成设备的安装,需要提供更多的空间去放置一台新的UPS主机、一组蓄电池,而且必须重新设计新主机的电源系统。在新设备的安装调试时,还可能需要将原先的UPS关闭。这样负载将失去电力保护,有可能会造成经济损失。

美达电器TRIMOD模块化UPS具有良好的扩展性,用户可单独购买功率模块并在线对原主机升级扩容,且不需要重新调整UPS的供电系统。

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图4 传统UPS和TRIMOD的扩展性对比

5 结语

UPS的主要目的是用来保护企业用电设备的不间断运行及保存敏感数据。在保证其可靠运行的基础上,还需同时考虑设备的扩展性、运行成本和维护成本。美达电器TRIMOD UPS不仅可以给负载提供高质量的电源,还降低了能源消耗,为环境保护做出了巨大的贡献。在UPS设备的8年使用期内,TRIMOD总体使用成本要比传统UPS低32%。

因此,模块化UPS是最佳选择。

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图 5 传统1+1 UPS和TRIMOD的花费及总成本比较

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