从目前市场存量来看,2019-2021年,模块化UPS销售额占UPS总体市场比率从33.3%上升到42.3%。模块化UPS占比有望进一步提升。受益于“新基建”对数据中心等领域的带动,及数字经济的快速发展,“东数西算”工程全面启动,未来三年,中国UPS市场销售额将保持19.7%的高复合增长率。
　　
　　英威腾作为行业领先的模块化UPS电源产品方案提供商,先后开发了从5kVA—100kVA共十多种功率模块,详见图1,匹配多种UPS主机框,所有的这一切只为方便用户快速选择,精准匹配,在考虑了富裕容量,后期扩容之后,如果用户需要一台额定容量70kVA的UPS电源,由于某些客观原因,很可能直接就被推荐用150kVA甚至是200kVA的UPS,肯定能用,但对于投资成本和运行效率都是一种浪费,而且前后端的配电容量可能还要重新设计。
　　
　　UPS的控制部分就是产品的大脑,在产品的智能控制策略上,英威腾模块化UPS采用业内先进的自适应非主从分散控制逻辑模式,无需依赖集中控制模块。自适应非主从分散控制逻辑模式,将控制权分散到各个功率模块,它们的地位均等,平均承担负载,通过模块间的信号互连线CAN总线交换信息,产生各模块共享的同步参考信号,每一个功率模块以这个参考信号为标准来调节自身输出,从而保证整个系统达到最优输出平衡。英威腾智能模块化UPS不单单是在主功率电路部分，即使在控制通讯部分，也是彻彻底底的全冗余设计。
　　
　　根据阿雷牛斯定律:电力电子设备温度每升高10℃,设备的寿命要减半。若某电力电子产品按环境25℃,十年寿命设计。那35℃时,寿命就只有五年,45℃-两年半…基于此,我们每一个功率模块内设计有丰富的温度监控点,检测整流逆变IGBT以及进出风口等重要点位的温度,还包括对风扇、电容、防尘网等部件的预警提示,支持25个功能设置与信息查询窗口,人机界面非常友好。
　　
　　同时,我们发现对UPS故障分析的传统处理方式费时费力不直观,关键点位的数据和波形的抓取保存不够及时,事后可能还想着故障能不能再复现,还要带上一堆的测试仪器去实时监测获取波形。英威腾的模块化UPS电源采用全自动故障录波功能,可以做到在故障前后对整流逆变部分等多处关键数据和波形进行快速的抓取记录并保存,其中包括输入/输出/旁路/逆变/电感/母线/电池这些关键信息,极大地方便了后期的追溯分析!
　　
　　到现在为止,还有很多不太了解UPS电源的用户,主观意识上还认为模块化UPS只能用到数据中心里面,无法用到一些恶劣的工业环境当中。而英威腾的模块化UPS采用独特的隔离风道+三防漆的工艺设计,散热快,无积灰,不降额,即使在工厂制造这种工业场景下,依然可以轻松应对,功率模块上半部分是装有精密元器件的PCBA板件,下半部分是电感、电容、散热器等大功率发热器件,模块前端装有多个散热风扇,机房内干净的冷风通过模块前端的风扇,带走模块内部的热量和灰尘,不会造成PCBA板件和风扇积灰,有效避免核心器件及线路遭受粉尘侵蚀。除此之外,在充分考虑用电环境(如输入三相不平衡、晃电、谐波等)、负载环境(如整流器、变压器、电机、能量回馈等)、空间及气候环境等(如粉尘、高温、高湿、海拔等)各种因素影响的情况下,在关键器件的选用,防护等级的设计,馈能吸收保护,输入输出隔离上都有针对性的解决方案去应对复杂的工业场景。
　　
　　考虑到在一些超长延时备电,甚至储能备电的场景下,像储能一天至少需要一次充放电循环,那这个时候如果电池充电得不到保证,就无法满足削峰填谷的要求,增值效益也会大打折扣,我们就拿图上的铅酸电池充电曲线来看,一般都是要求保证0.1-0.2C充电能力,储能锂电系统要求就更高了,0.5-1C,现在市面上常规UPS只能提供自身功率10%-15%充电能力。针对这种慢放快充,功率不匹配的问题,我们特别推出了15A和50A的充电模块,以保证在这种特殊场景下对电池的可靠充电,详见图3。
　　
　　前面提到储备融合的概念,电网环境越来越好,储能技术日趋成熟,电池循环寿命越做越长,把备电用的电池和储能用的电池集成到一套系统里面，应用到UPS电源上，实现低储高放，错峰供电，智能切换，节能节电。以北京地区峰谷平电价为计算依据，来大概测算一下这个收益详见图4、5所示。
　　

　　那接下来,我们简单总结一下UPS电源未来的发展方向。
　　
　　1.高密高效
　　
　　中大功率产品继续维持高频模块化产品为主流趋势,且向更高供电效率,更高功率密度方向发展,目前MW级模块化UPS已经陆续有见应用,单模块容量已经超过100kW,双变换效率高达97%+,未来将继续向更高功率密度发展,单位功率成本继续降低,继续在产品极致设计上做竞争。
　　
　　2.储备融合
　　
　　UPS与数据中心供电解决方案的深度融合也是一个趋势,在“双碳”背景下,随着新能源数据中心的技术发展,势必会对UPS提出更多更灵活的能源管理需求,如储电与备电融合,“削峰填谷”,主动调配电池能量,增容抗峰等等。
　　
　　3.深度智能化
　　
　　随着电力电子技术和数字化技术的发展融合,UPS电源设备的监控管理变得更加智能化,不再是被动响应,而是主动感知,分析预警,不再是一屏一控,而是一屏多监多控,数字化智能化的元素全方位加持,让看似枯燥的电源设备变得更加聪明智慧。
　　
　　4.锂进铅退
　　
　　相比铅酸电池,锂电池与生俱来的节地节电,高效长寿命,快充快放等特点,符合数据中心典型备电场景和应用需求,随着其安全性能进一步提升,势必取代数据中心传统铅酸电池。
　　
　　5.小功率段,逐步转向普通消费品
　　
　　小功率单相产品线市场容量大,同质化竞争激烈,性能和品牌溢价不高,未来需在产品设计和供应链整合上多下功夫,小功率产品会逐渐借用消费类产品设计和生产思路,提升产品整体竞争力,同时小功率产品也会在如锂电或者集成设计上有更灵活的方案。
　　
　　作者简介
　　
　　刘峰,深圳市英威腾网能技术有限公司产品经理。具备UPS电源行业十年以上工作经历,在业内知名厂商从事研发测试,技术支持,项目交付管理等工作。
　　
　　编辑：Harris