模块化UPS对TCO的影响

    内容摘要：随着计算机和网络设备的普及，各行各业对交流电的可靠性要求越来越高，交流不间断电源系统(UPS)的应用也越来越广泛。同时，由于市场竞争力等因素的考虑，用户越来越关注UPS的TCO(Total Cost of Ownership)。本文重点探讨模块化UPS相对传统UPS在TCO方面的优势。

    关键词：TCO、不间断电源、模块化UPS

    前言

    在电信、金融、能源等行业，交流负载设备用电的可靠性主要靠UPS设备来提供，特别是在一些大型数据中心，需要使用很多大型UPS设备。一直以来，由于受到技术发展的限制，UPS多采用传统的形式，近年来，其TCO越来越受到用户的质疑。模块化UPS正是为解决传统式UPS的局限性、提高其TCO而发展起来的一种新型UPS。

    1、TCO的概念和组成要素

    1.1 TCO概念

    TCO：Total Cost of Ownership，总体拥有成本。

    1.2 TCO组成要素

     

     

图1 总拥有成本组成要素

    CAPEX:Capital expenditure，指资金、固定资产的投入。

    OPEX:Operating expense,指的是企业的管理支出。

    1.3 TCO应用

    提供决策依据：通过分析总拥有成本，输出相关财务指标，建立财务分析模型;

    保护投资：利用模型比较结果，找到最优选择方案，规避风险，快速盈利;

    辅助业务规划和分析：通过分析总投资，为投资策略参考;

    运营监控：综合市场情况进行分析，改善和提升关键业绩指标。

    模块化UPS对TCO的影响分析

    1.4 模块化UPS实物图

     

     

图2 模块化UPS实物图

    1.5 模块化UPS的分类

    模块化UPS目前主要分为两种类型：

    第一种类型模块化UPS由机架、功率模块、旁路模块、监控模块组成。其中功率模块包括整流、逆变器等部分。各功率模块独立控制并联运行。

    第二种类型模块化UPS由机架、单体模块构成，每个单体模块内都装有整个UPS电源与控制电路，包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU主控板。每个UPS模块都有独立的管理显示屏。

    相对目前行业发展而言，中大功率模块化UPS多采用第一种类型，小功率模块化UPS多采用第二种类型，而且两种类型UPS的共同特点是功率变换部分是独立控制的，而且能实现N+X并联，从而保证模块化UPS的可靠性。

    1.6 模块化UPS的特性和对TCO的影响

    1.6.1 模块化UPS对机会成本的影响

    模块化UPS并联冗余，可靠性高，降低供电风险。

    在传统UPS产品中，最早是用UPS单机供电(如图3所示),随后用户保障安全一般采用的是“1+1”或“N+1”并联冗余方式(如图4所示)。

     

     

图3 传统UPS单机供电系统示意图

     

     

图4 UPS(n+1)并联冗余供电系统示意图

    模块化UPS具有N+X的架构特性(参考图5)。

     

     

图5 模块化UPS架构图

    从系统论的角度看，应该消除系统方案的公共故障点，局部的得失不影响系统的方案才是优秀的。传统UPS单机供电，当UPS本身出现故障时,就造成负载的供电中断,可靠性低;并机系统虽然解决了单机系统没有冗余的缺点，但是还存在如下缺点：

    1、需要额外增加均流电路和同步控制器;

    2、冗余少，运行效率低：目前多数行业UPS电源的运行方式，主要是1+1或2+1的并联结果，这意味着该方案的容错率或冗余只有一次。

    如果单个系统的可靠性为r，则N+X冗余系统的可靠性公式如下：

     

     

    (公式1)

    假设一个单机UPS和一个模块UPS的可靠性R1=0.99，即故障率为1%，那么一个80KVA的单机UPS可靠性就是0.99，而80KVA的模块UPS，如果每个模块为10KVA，就是7+1的组合，这时的可靠性R(7+1)就是：

    R(7+1)=0.99731

    可建，这时模块化UPS可靠性比单机是几乎提高了10倍。

    如果采用6+2组合，其可靠性R6+2就是：

    R(6+2)=0.9999461

    此时可靠性比单机是几乎提高了100倍。

    而且，随着负载的减少，可靠性还会增大。假如负载低于50KVA，就可以使5+3的组合，可算出故障率比单机时降低1000倍。这是单机UPS无论如何都无法做到的，并机1+1系统的可靠性也远远不及。

    可靠性做为UPS最重要的指标，对客户的机会成本影响巨大，它会降低客户的营收损失，增加了客户的商业机会，减少了客户流失，并随之降低了维修成本和服务成本等。

   

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    1.6.2 模块化UPS对客户设备成本的影响

    只从产品的价格看，单台模块化UPS系统的价格大约比传统UPS高20%，但这样对比对模块化UPS并不公平。如模块化UPS具有N+X的冗余性，而传统UPS要实现冗余性，至少需要两台以上的设备才行。例如，某中心机房要配置40KVA的UPS系统，选用模块化UPS和传统UPS，可靠性和成本等的对比，参见表1。

     

     

    备注：计算根据公式1。

    根据表1，可以看出，模块化UPS的成本介于传统单机和2个单机并联的的成本之间。但是其可靠性会随着负载的降低而急剧增大。如何客户负载介于50%和75%负载范围内，模块化UPS的可靠性是单机的1000倍，是单机1+1冗余的10倍;如果客户负载介于25%和50%的范围内，模块化UPS的可靠性是传统UPS的10000倍，是传统UPS1+1冗余方案的1000倍。而根据市场运行情况调查显示，客户常用负载基本在25%和75%的范围内，在此范围内，模块化UPS的可靠性比传统单机1+1冗余方案高的多，并且成本也低。基本上，我们可以得出结论：模块化UPS具备最优的性价比。

    “边成长,边投资”是模块化UPS的特点之一。在信息机房供电系统建设初期，会对UPS的容量需求产生不准确的、过低或过高的估计。如果采用传统UPS，配置低了，不满足需求而且很难升级;配置高了，会造成投资的浪费。模块化UPS能够给用户带来更好的可扩展性，可以将很多模块进行并联使用，并且相同功率的模块可以任意组合，可以方便地安装和扩容。意味着客户可以合理配置，使现阶段投资的每一分钱都不浪费，而且未来的扩容又有保障，并且扩容成本又低。

    1.6.3 模块化UPS对客户部署成本的影响

    单就模块UPS和传统机型的比较，模块UPS具有高的功率密度，所以模块化UPS在物理尺寸和整机重量比传统机型有绝对优势，以ZXUPSE T080系列中的120KVA模块化UPS为例：其机架尺寸为600×800×2000(宽×深×高，单位mm)，重量不超过300KG。传统UPS采取1+1并机方式，重量为1400KG，和模块化UPS对比。

    1.模块化UPS为用户节约安装成本

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