前言

在電信,、金融、能源等行業(yè),，交流負(fù)載設(shè)備用電的可靠性主要靠UPS設(shè)備來提供,，特別是在一些大型數(shù)據(jù)中心，需要使用很多大型UPS設(shè)備,。一直以來,，由于受到技術(shù)發(fā)展的限制，UPS多采用傳統(tǒng)的形式,，近年來,，其TCO越來越受到用戶的質(zhì)疑。模塊化UPS正是為解決傳統(tǒng)式UPS的局限性,、提高其TCO而發(fā)展起來的一種新型UPS,。

1,、TCO的概念和組成要素

1.1 TCO概念

TCO：Total Cost of Ownership,，總體擁有成本。

1.2 TCO組成要素

圖1 總擁有成本組成要素

CAPEX:Capital expenditure,，指資金,、固定資產(chǎn)的投入。

OPEX:Operating expense,指的是企業(yè)的管理支出,。

1.3 TCO應(yīng)用

提供決策依據(jù)：通過分析總擁有成本,，輸出相關(guān)財(cái)務(wù)指標(biāo)，建立財(cái)務(wù)分析模型,；

保護(hù)投資：利用模型比較結(jié)果,，找到最優(yōu)選擇方案，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),，快速盈利,；

輔助業(yè)務(wù)規(guī)劃和分析：通過分析總投資，為投資策略參考,；

運(yùn)營監(jiān)控：綜合市場(chǎng)情況進(jìn)行分析,，改善和提升關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)。

模塊化UPS對(duì)TCO的影響分析

1.4 模塊化UPS實(shí)物圖

圖2 模塊化UPS實(shí)物圖

1.5 模塊化UPS的分類

模塊化ＵＰＳ目前主要分為兩種類型：

第一種類型模塊化ＵＰＳ由機(jī)架,、功率模塊,、旁路模塊,、監(jiān)控模塊組成。其中功率模塊包括整流,、逆變器等部分,。各功率模塊獨(dú)立控制并聯(lián)運(yùn)行。

第二種類型模塊化ＵＰＳ由機(jī)架,、單體模塊構(gòu)成,，每個(gè)單體模塊內(nèi)都裝有整個(gè)ＵＰＳ電源與控制電路，包括整流器,、逆變器,、靜態(tài)旁路開關(guān)及附屬的控制電路、ＣＰＵ主控板,。每個(gè)ＵＰＳ模塊都有獨(dú)立的管理顯示屏,。

相對(duì)目前行業(yè)發(fā)展而言，中大功率模塊化UPS多采用第一種類型,，小功率模塊化UPS多采用第二種類型,，而且兩種類型UPS的共同特點(diǎn)是功率變換部分是獨(dú)立控制的，而且能實(shí)現(xiàn)Ｎ+Ｘ并聯(lián),，從而保證模塊化UPS的可靠性,。

1.6 模塊化UPS的特性和對(duì)TCO的影響

1.6.1 模塊化UPS對(duì)機(jī)會(huì)成本的影響

模塊化UPS并聯(lián)冗余，可靠性高,，降低供電風(fēng)險(xiǎn),。

在傳統(tǒng)ＵＰＳ產(chǎn)品中，最早是用UPS單機(jī)供電(如圖3所示),隨后用戶保障安全一般采用的是“１+１”或“Ｎ+１”并聯(lián)冗余方式（如圖4所示）,。

圖3  傳統(tǒng)UPS單機(jī)供電系統(tǒng)示意圖

圖4  UPS(n+1)并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)示意圖

模塊化ＵＰＳ具有Ｎ+Ｘ的架構(gòu)特性（參考圖5）,。

圖5 模塊化UPS架構(gòu)圖

從系統(tǒng)論的角度看，應(yīng)該消除系統(tǒng)方案的公共故障點(diǎn),，局部的得失不影響系統(tǒng)的方案才是優(yōu)秀的,。傳統(tǒng)UPS單機(jī)供電，當(dāng)UPS本身出現(xiàn)故障時(shí),就造成負(fù)載的供電中斷,可靠性低,；并機(jī)系統(tǒng)雖然解決了單機(jī)系統(tǒng)沒有冗余的缺點(diǎn),，但是還存在如下缺點(diǎn)：

1、需要額外增加均流電路和同步控制器,；

2,、冗余少，運(yùn)行效率低：目前多數(shù)行業(yè)ＵＰＳ電源的運(yùn)行方式,，主要是１+１或２+１的并聯(lián)結(jié)果,，這意味著該方案的容錯(cuò)率或冗余只有一次。

如果單個(gè)系統(tǒng)的可靠性為r,，則N+X冗余系統(tǒng)的可靠性公式如下：

(公式1)

假設(shè)一個(gè)單機(jī)ＵＰＳ和一個(gè)模塊ＵＰＳ的可靠性R１＝０.９９,，即故障率為１％,，那么一個(gè)８０ＫＶＡ的單機(jī)ＵＰＳ可靠性就是０.９９，而８０ＫＶＡ的模塊ＵＰＳ,，如果每個(gè)模塊為１０ＫＶＡ,，就是７+１的組合，這時(shí)的可靠性R（７+１）就是：

Ｒ（７+１）＝0.99731

可建,，這時(shí)模塊化ＵＰＳ可靠性比單機(jī)是幾乎提高了１０倍,。

如果采用６+２組合，其可靠性Ｒ６+２就是：

Ｒ（６+２）＝0.9999461

此時(shí)可靠性比單機(jī)是幾乎提高了１００倍,。

而且,，隨著負(fù)載的減少，可靠性還會(huì)增大,。假如負(fù)載低于５０ＫＶＡ,，就可以使５+３的組合，可算出故障率比單機(jī)時(shí)降低１０００倍,。這是單機(jī)ＵＰＳ無論如何都無法做到的,，并機(jī)1+1系統(tǒng)的可靠性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及。

可靠性做為UPS最重要的指標(biāo),，對(duì)客戶的機(jī)會(huì)成本影響巨大,，它會(huì)降低客戶的營收損失，增加了客戶的商業(yè)機(jī)會(huì),，減少了客戶流失,，并隨之降低了維修成本和服務(wù)成本等。

1.6.2 模塊化UPS對(duì)客戶設(shè)備成本的影響

只從產(chǎn)品的價(jià)格看,，單臺(tái)模塊化UPS系統(tǒng)的價(jià)格大約比傳統(tǒng)UPS高20%,，但這樣對(duì)比對(duì)模塊化UPS并不公平,。如模塊化UPS具有N+X的冗余性,，而傳統(tǒng)UPS要實(shí)現(xiàn)冗余性，至少需要兩臺(tái)以上的設(shè)備才行,。例如,，某中心機(jī)房要配置40KVA的UPS系統(tǒng)，選用模塊化UPS和傳統(tǒng)UPS,，可靠性和成本等的對(duì)比,，參見表1。

備注：計(jì)算根據(jù)公式1,。

根據(jù)表1,，可以看出，模塊化UPS的成本介于傳統(tǒng)單機(jī)和2個(gè)單機(jī)并聯(lián)的的成本之間,。但是其可靠性會(huì)隨著負(fù)載的降低而急劇增大,。如何客戶負(fù)載介于50%和75%負(fù)載范圍內(nèi),，模塊化UPS的可靠性是單機(jī)的1000倍，是單機(jī)1+1冗余的10倍,；如果客戶負(fù)載介于25%和50%的范圍內(nèi),，模塊化UPS的可靠性是傳統(tǒng)UPS的10000倍，是傳統(tǒng)UPS1+1冗余方案的1000倍,。而根據(jù)市場(chǎng)運(yùn)行情況調(diào)查顯示,，客戶常用負(fù)載基本在25%和75%的范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi),，模塊化UPS的可靠性比傳統(tǒng)單機(jī)1+1冗余方案高的多,，并且成本也低?；旧?，我們可以得出結(jié)論：模塊化UPS具備最優(yōu)的性價(jià)比。

“邊成長,邊投資”是模塊化UPS的特點(diǎn)之一,。在信息機(jī)房供電系統(tǒng)建設(shè)初期,，會(huì)對(duì)UPS的容量需求產(chǎn)生不準(zhǔn)確的、過低或過高的估計(jì),。如果采用傳統(tǒng)UPS,，配置低了，不滿足需求而且很難升級(jí),；配置高了,，會(huì)造成投資的浪費(fèi)。模塊化UPS能夠給用戶帶來更好的可擴(kuò)展性,，可以將很多模塊進(jìn)行并聯(lián)使用,，并且相同功率的模塊可以任意組合，可以方便地安裝和擴(kuò)容,。意味著客戶可以合理配置,，使現(xiàn)階段投資的每一分錢都不浪費(fèi)，而且未來的擴(kuò)容又有保障,，并且擴(kuò)容成本又低,。

1.6.3 模塊化UPS對(duì)客戶部署成本的影響

單就模塊UPS和傳統(tǒng)機(jī)型的比較，模塊UPS具有高的功率密度,，所以模塊化UPS在物理尺寸和整機(jī)重量比傳統(tǒng)機(jī)型有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),，以ZXUPSE T080系列中的120KVA模塊化UPS為例：其機(jī)架尺寸為600×800×2000（寬×深×高，單位mm）,，重量不超過300KG,。傳統(tǒng)UPS采取1+1并機(jī)方式，重量為1400KG，和模塊化UPS對(duì)比,。

1.模塊化UPS為用戶節(jié)約安裝成本

由于模塊化UPS的體積較小,，重量較輕，即使不需要特殊的設(shè)備,，安裝人員也可以很方便的進(jìn)行安裝,，而傳統(tǒng)UPS必須要借用工具，如起重機(jī)等,，安裝難度和成本大大增加,。

2.模塊化UPS為互用節(jié)約土建成本

模塊化UPS為用戶節(jié)省大量的機(jī)房投資、承重加固投資,。

3.模塊化UPS為用戶節(jié)約設(shè)備運(yùn)輸成本

以深圳到北京為例,，模塊化UPS可節(jié)約運(yùn)費(fèi)。

1.6.4 模塊化UPS對(duì)客戶運(yùn)營成本的影響

1．綠色環(huán)保節(jié)能

效率高是模塊化UPS一大特點(diǎn),。逆變效率98%以上,，整機(jī)效率96%，節(jié)約電能,。

目前通信行業(yè)傳統(tǒng)UPS電源的運(yùn)行方式,，主要是1+1或2+1的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這意味者該方案的容錯(cuò)率或冗余只有一次,；同時(shí)由于并聯(lián)數(shù)量少,，以1+1方式為例，每個(gè)單機(jī)的輸出功率不能超過其額定功率的50%,，如果再考慮冗余和維護(hù)時(shí)的因素,，實(shí)際只能運(yùn)行在其額定功率的30%左右，而傳統(tǒng)UPS電源的運(yùn)行效率只有達(dá)到額定功率的50%～80%為最佳,，再考慮2臺(tái)設(shè)備的并聯(lián)工作方式,，其實(shí)際的運(yùn)行效率從90%左右已降低到70%。而模塊化UPS可以采取根據(jù)負(fù)載的情況,，使部分模塊休眠,，來提高客戶常用負(fù)載的效率，對(duì)于客戶常用負(fù)載,，可保持95%以上的效率,，并且可靠性不降低,。

圖6 傳統(tǒng)UPS和模塊化電費(fèi)對(duì)比

注：以上數(shù)據(jù)在負(fù)載18KW的條件下計(jì)算,，電費(fèi)0.8元/度。

環(huán)保就是沒有污染,。污染又分為自然環(huán)境的污染,、電氣環(huán)境的污染。模塊化結(jié)構(gòu)可以降低這兩種污染,。

自然環(huán)境的污染主要包括聲音污染和大氣污染,。由于模塊化結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)都是高頻化結(jié)構(gòu),，工作頻率都在20kHz以上，這超出了人的聽覺范圍,，所以這時(shí)UPS不會(huì)像工頻機(jī)那樣,，變壓器和電抗器都發(fā)出令人心煩意亂的噪音，影響工作情緒,。至于大氣污染,，值得一提的是，模塊化UPS都要符合RoHS指令,。

在降低電氣環(huán)境的污染方面,，高頻化模塊UPS的輸入功率因數(shù)都在0.99以上，這對(duì)電網(wǎng)而言幾乎是線性負(fù)載,，基本不破壞市電電網(wǎng)電壓的正弦波形,，諧波含量小于5%。因此,，電網(wǎng)中由模塊化UPS引起的高次諧波干擾幾乎不用考慮,。減少了線路上損耗，提高了電源利用率,，并且降低對(duì)配電端的要求,。而400kVA以下的單機(jī)工頻UPS一般都是6脈沖整流，輸入功率因數(shù)約為0.8,，諧波含量達(dá)30%,，5次和7次諧波能量較大，會(huì)干擾用電設(shè)備,。模塊化UPS滿足IEC62040和EN62040等國際標(biāo)準(zhǔn),，減少傳導(dǎo)和輻射的污染。

2．降低站點(diǎn)租用成本

對(duì)120KVA  UPS,，以1+1并聯(lián)方式對(duì)比,，模塊化UPS較傳統(tǒng)UPS減少占地面積2.6平方米，以每平方50元每月租金預(yù)計(jì),，每年可節(jié)約租金：2.6×50×12=1560元,。并且隨著時(shí)間的增加按照比例的增加。

圖7 模塊化UPS相對(duì)傳統(tǒng)1+1冗余UPS節(jié)約的租金隨時(shí)間變化

1.6.5 模塊化UPS對(duì)維護(hù)成本的影響

1．模塊可熱插拔,，維修方便

在線熱插拔是模塊化UPS的又一顯著特點(diǎn),。包括功率模塊、旁路模塊,、監(jiān)控模塊等,，模塊的規(guī)格統(tǒng)一，重量較輕。30KVA以下模塊的具體實(shí)施很簡單,，更換時(shí)間極短,，幾分鐘內(nèi)完成，而且不需要專業(yè)人員,，不需斷電,，用戶可把損壞的模塊寄回廠家維修即可。相比之下,，傳統(tǒng)UPS一旦出現(xiàn)問題,，客戶需要報(bào)修。在這個(gè)過程中,，有很多不可控的因素會(huì)導(dǎo)致UPS的修復(fù)周期延長,，比如塞車等。而且修機(jī)器是——換板子,，從判斷故障現(xiàn)象到更換完成,、排除故障、設(shè)備正常運(yùn)行,，需依技術(shù)人員的水平而定,，幾小時(shí)至幾天不等，因此傳統(tǒng)UPS的可用性很差,，這也是傳統(tǒng)機(jī)型的主要缺陷之一,。模塊化UPS提高了系統(tǒng)可用性，使維護(hù)更為便利,，同時(shí)提升了用戶對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)能力,，降低了設(shè)備的故障隱患，確保負(fù)載得到最佳的保護(hù),。

2．配件成本低,，UPS使用壽命大大延長

傳統(tǒng)UPS的維修一般在單板級(jí)，即使一個(gè)小小的電阻失效,，也要更換單板,，配件成本較高。對(duì)模塊化UPS來講,，維修級(jí)別可達(dá)到器件級(jí),，配件成本低。

一般來說,，用戶希望UPS的使用壽命越長越好,，但實(shí)際使用壽命卻不盡如人意。通常,，傳統(tǒng)單機(jī)UPS的使用壽命最多只有10年,，因?yàn)榇罅侩娊怆娙萜鞯膲勖芏?，而且無法在線更換,。使用單機(jī)UPS供電時(shí),，用戶不得不先停機(jī)再更換部件，而且更換的周期比較長,，少則數(shù)小時(shí),，多則數(shù)天。這樣不利于設(shè)備壽命的延長,。

采用模塊化結(jié)構(gòu)后,，一個(gè)模塊就成了一臺(tái)UPS。這樣,，在冗余的情況下,，用戶也可以進(jìn)行熱更換。不會(huì)造成負(fù)載的斷電,。在高質(zhì)量的金屬機(jī)架保障下,，模塊化UPS可以應(yīng)用幾十年。

3．節(jié)約人力和服務(wù)成本

模塊化UPS采取全數(shù)字化控制技術(shù),，可以很方便的系統(tǒng)內(nèi)的器件狀態(tài),、運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載狀況等進(jìn)行監(jiān)控,，并提供豐富的人機(jī)接口和監(jiān)控設(shè)備,，如LCD、干結(jié)點(diǎn),、RS232,、RS485、SNMP卡,、MODEM等,。并提供強(qiáng)大監(jiān)控軟件，通過一臺(tái)電腦,，可監(jiān)控多達(dá)幾百臺(tái)UPS的狀態(tài),，大大減少了用戶管理成本。

1.6.6 模塊化UPS的試點(diǎn)報(bào)告分析節(jié)選

以下是模塊化UPS在某電信的試點(diǎn)報(bào)告的節(jié)選,。

表2  模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS的綜合性能對(duì)比

表3   6×10KVA模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS的綜合投資價(jià)值對(duì)比

結(jié)論

綜上所述,，模塊化UPS對(duì)客戶的TCO影響巨大，可以有效的降低客戶的設(shè)備成本,、部署成本,、運(yùn)營成本、維護(hù)成本,，并減少客戶的營收損失和客戶流失,，并創(chuàng)造更多的商業(yè)機(jī)會(huì),。可以說,，模塊化UPS會(huì)隨著市場(chǎng)推廣,，客戶會(huì)越來越會(huì)認(rèn)識(shí)到模塊化UPS對(duì)TCO的重大作用，會(huì)認(rèn)識(shí)到模塊化UPS是其最佳選擇