1 模块化UPS发展趋势
　　
　　模块化UPS概念从2002年开始推出,提高供电系统的可用性、可靠性、可维护性及节能特性这种概念是符合用户需要的,而且技术上没有不可逾越的困难,因此,一些公司仍在不断改进、研发并推出新的模块化产品,经过10多年的发展,模块机的稳定性、可靠性、市场占有率等方面已不可同日而语,2009～2010年中国电信通过广州电信研究院对模块机的深入测试,及上海电信、广东电信、广西电信、新疆电信等实际使用单位的反映,都认为生产模块化UPS的几个主流厂家(先控、APC、NEWA、艾默生、科华、中兴等),已经完全满足通信行业对UPS的要求,并在2011年底开始对模块机第一次集中采购,至今已连续进行了三次集采,通过综合性能、价格、用户反馈等方面评比,先控荣幸获得60%以上的份额。
　　
　　2 模块化UPS应用情况
　　
　　以先控为例,2012年模块机销售额为1.4亿,平均每月生产的UPS系统(100～600k)约150套,模块数量在1000台左右,已实现了标准化、规模化生产。
　　
　　(1)通信行业
　　
　　河北联通二枢纽使用240k模块机30多套;内蒙联通通信枢纽楼使用480k模块机4套;山东联通各地市使用90～200k模块机20多套;上海联通使用200k模块机两套;上海移动使用200k模块机18套;中国电信集团公司东四机房使用600k模块机两套;上海信多处机房使用200～480k模块机26套;北京电信西单机房使用480k模块机两套;广东电信人民中机楼使用480k模块机4套;新疆电信通信枢纽楼及各地市使用200k模块机20多套;浙江电信使用480k模块机两套;山西电信使用480k模块机4套;其他还有广西信、重庆电信、陕西电信、黑龙江电信、黑龙江联通、山东联通、河北联通等单位,还使用了先控很多早期的模块化产品(30～90k)。
　　
　　(2)IDC行业
　　
　　廊坊润泽IDC机房使用480k模块机24套;上海锦华IDC机房使用480k模块机19套;上海腾讯IDC机房使用320k模块机18套;河北联通鹿泉IDC机房使用400k模块机22套;此外在高铁、高速、机场、政府、税务、金融证券、学校、军工科研院所等单位,都有大量的典型应用案例。
　　
　　3 高压直流供电发展趋势
　　
　　从高压直流的发展来看,这项技术在国际上很早就有了研究和探讨,但实际应用却很少,在我国正好相反,研究和探讨起步较晚,但应用和推广确是最先开始的。通信行业最早是从2008年江苏电信参照电力操作电源的规范,开始实践、试验,并定点小规模试用开始的,然后逐步推广到其他省的电信公司试用,作为国内在高压直流技术方面首位“吃螃蟹”的用户,中国电信在该技术上的应用步伐
　　
　　可谓迈得飞快。中国电信集团数据显示,截止2012年12月底,通信行业全网用直流电源(240V)系统数大约为600套,每套设备的电流大约在400～600A,每套相当于160kVA的UPS容量,与模块化UPS一样,中国电信也先后进行了三次集中采购。
　　
　　(1)高压直流的特点
　　
　　①技术门槛要求不高,国内
　　
　　生产整流器的厂家较多,如艾默生、中达、动力源、中恒等公司,且与通信行业接触良好、用户最集中;
　　
　　②电池直接挂在输出母线上,系统供电可靠性更高;
　　
　　③采用模块化结构,可在线扩容、维护、割接等;
　　
　　④对于维护人员而言,直流电源的操作相对于UPS更简单;
　　
　　⑤从节能角度看,与传统带工频变压器的UPS相比,整机效率能提高5%～10%,但与模块化UPS或高频UPS相比,基本相当甚至还略低。
　　
　　(2)高压直流面临的问题
　　
　　①高压直流尚未形成明确的标准,比如电压等级,选择240V、336V或380V差异非常大,而选择不同的电压等级又面临着负载适应性、人身安全、系统节能、输出配电等诸多问题,很难两全;
　　
　　②目前在标准未形成的情况下,很多IT设备厂家普遍对高压直流处于观望态度,暂时不愿意承诺提供设备的维保等服务。这意味着一旦用户在高压直流环境下的IT设备发生故障,其售后服务以及损失赔偿上得不到保障;
　　
　　③在一些高端的服务器电源中，采用了交流频率检测、辅助电源单极供电等，会出现设备虽不损坏但不能正常开机等小概率事件。还有，部分交流电机驱动类设备不支持高压直流，均需要配备UPS或逆变器等设备;
　　
　　④根据中国电信实际应用统计,可用240V直流电源的IT设备占总数量的95%以上,不可用数量小于5%。这5%的概率虽小,还是需要用户在切换到高压直流系统之前做大量细致的设备适应性测试工作。
　　
　　总之,从应用层面和应用历史看,模块化UPS要远远多于高压直流,这是由于用户IT设备和服务器均大部分采用交流输入。但简单评论交流或直流供电哪种模式更好,意义不大,因为得到的结论总是片面的,但作为IT设备的基础供电设施,必须满足IT设备的供电要求,这永远是第一位的。
　　
　　4 传统UPS、模块化UPS、高压直流的方案比较
　　
　　通过一个IDC机房的实际应用案例来比较三种供电方案,例如假定负载为240个IT机柜,每个机柜需要4kVA的供电,机房整体供电总量为960kVA,为便于管理,将80个IT机柜为一个区，共分为三个区域进行供电，每区分为4列，每列放置20个机柜，供电标准按T4级的标准设计。
　　
　　(1)传统机型UPS“3+1”并机2N型供电方案配置说明:
　　
　　①4台400kVA传统UPS组成“3+1”冗余并机,共8台400kVA传统式UPS组成2N供电，总容量可达到1200kVA(见图1)。
　　
　　②每组UPS输出配置交流并机柜,交流并机柜后再配置三个交流输出分配柜,每个交流输出分配柜各有4路分路输出,分别供给各交流列头柜。
　　
　　(2)高压直流2N型供电方案配置说明:因为高压直流系统容量较小,同时输出为悬浮供电,所以采用分区、分散式双母线供电模式。
　　
　　①每个区域使用6台240V/600A的HVDC(高压直流)系统,分为两组3台并联,组成2N供电模式,每个区域的供电容量为432kVA,总共需3组18台HVDC系统,总输出容量为1296kVA(见图2);
　　
　　②每3台600AHVDC系统并机输出后需接入到直流输出分配柜,每个直流输出分配柜再分为4路输出,分别供给直流列头柜。
　　
　　(3)模块化UPS2N型供电方案
　　
　　配置说明:因为模块化UPS系统已经具备了冗余特性,所以无需并联,直接采用分区、分散式双母线供电模式。
　　
　　①每个区域使用两台400kVA模块化UPS组成2N供电方案,总共需要3组6台模块化UPS,总输出容量为1200kVA(见图3);
　　
　　②模块化UPS输出直接连接交流输出分配柜，交流输出分配柜分为4路为别供给交流列头柜。
　　
　　三种方案对比见表1。
　　
　　5 模块化UPS目前在用户当中存在的疑虑有那些?是如何解决的?
　　
　　(1)模块之间的环流、同步存在的危害?如何解决传统单机UPS并联运行,环流和同步问题是考验并联系统安全的最重要指标，而且并联数量越多，环流和同步问题越难控制，所以传统UPS，并联数量越多，可靠性反而降低，这是由于单机UPS的电路结构所决定的，因为当两台单机UPS并联运行时，如产生环流，会造成其中一台UPS逆变电路直流母线电压升高，轻则保护退出，重则造成IGBT过压损坏或直流母线上的电解电容损坏，给系统运行安全带来的影响是毁灭性的。
　　
　　而模块化UPS在设计之初,首要解决的就是多模块并联问题,交流电与直流电不同,它的电压和电流不是单向而是双向的,这就意味着交流电在并联时绝对没有环流是不可能的,但通过电路分析可以得出,环流最大的影响是造成逆变电路直流母线电压的升高,如果将所并联的UPS模块的直流母线连接在一起,相当于所有模块共用一条直流母线,就会从根本上解决环流带来的负面影响,这一点在模块机上很容易实现,而在传统单机UPS上却是无法实现的,所以对于模块化UPS,即使产生环流,也不会给系统运行带来负面影响,所体现出来的只是均流精度的差异。
　　
　　(2)模块数量与故障概率和维护量
　　
　　模块数量增多,出问题的概率自然增加,但这里先说明几个概念:首先,不能简单地把模块机和传统单机对等起来,因为衡量一个产品的故障概率,要从生产工艺的复杂性、生产流程的标准化、元器件的耐压、过流应力和余量等多方面综合考量,而模块机比传统单机在制造过程中，很容易形成标准化的生产流程，所以它的可靠性及生产成本、生产效率远远高于传统单机;
　　
　　其次,模块机采用冗余并联模式工作,理论上即使模块故障,只是冗余的减少,不会影响系统的正常运行,即降低了系统故障的概率;
　　
　　最后,通信行业现阶段大量使用的-48V整流器对此问题也做出了最好的回答,因为在上世纪90年代中期,通信行业使用的全是单机,但现在模块化整流器的广泛应用已经充分的证实了这个事情不是问题。
　　
　　(3)模块化UPS存在的不足
　　
　　模块化UPS与传统单机相比,从系统的可靠性、维护性、扩展性、性能参数指标、体积重量包括成本,均具有优势,但对于模块化UPS这个行业,笔者有些建议和看法:①目前模块化UPS的价格较贵,尤其没有合资和国产化;②设计院对系统应用的设计不太熟悉。
　　
　　(4)模块化UPS使用中和传统UPS有那些不同
　　
　　先控模块化UPS可实现最多四套系统并联运行,与传统UPS单机功能基本一致,但在实际使用和设计中,建议模块机系统不再并联,采用分区、分散供电模式,这样既保证系统的冗余性、扩展性、维护性，同时也避免环流带来的负面影响，对于T4级的IDC机房和通信局站的动力中心，采用模块机双总线输出的供电方案为佳；对于T3级IDC机房，采用模块机单机运行即可。
　　
　　作者简介
　　
　　祁维武(1971-),男,北京中电飞华通信股份有限公司,高级工程师。从事电力通信系统工程运行及技术管理工作。

　　
　　编辑：Harris