——中達電通UPS產品開發處  張彥和

    引  言：人們對UPS需求的改變引導著UPS不斷地發展變化，現階段智能、容錯是UPS的發展趨勢。

    縱觀UPS的發展歷史，由動態到靜態、由工頻到高頻、由低指標到高性能 ……，短短幾十年發生了巨大的變化，是什么原因促使它這樣發展變化呢? 

    首先，人們的需求是UPS發展變化的原動力，需求的變化決定著UPS的發展方向。當市電頻繁中斷，使生產無法正常進行時，人們需求一種不斷電的裝置，于是出現了初級的動態式UPS；當UPS的使用場所和應用范圍發生變化時，人們需求一種更輕便、更靜音的UPS，于是出現了靜態式的工頻UPS；當人們越來越追求效益、越來越重視節能環保時，人們需求效率更高、節能指標更好的UPS，于是出現了高頻UPS ……

    其次，技術進步和元器件的更新換代是UPS發展變化的客觀保障。IGBT、高性能磁性器件、CPU、DSP等功率和控制組件的出現，以及PFC、PWM波等控制技術的成熟和廣泛應用，使UPS的高功率密度、高效率、低成本、低污染等特性得以實現。

    第三，計算機和網絡技術的高速發展使UPS的需求量快速膨脹，這為UPS的發展變化提供了難得的歷史機遇。

    這三者之間相互作用，共同促進UPS的快速發展，但其中最重要、起決定性作用的因素還是人們的需求，離開了需求，技術再高，元器件再好，人們也不一定會想到將其應用到UPS中去，即便是應用了也不一定會得到市場的廣泛采用�？傊�，沒有需求就沒有市場，人們的需求變化引導著UPS的發展趨勢。

    那么現階段人們需要什么樣的UPS呢？

    經調查，目前人們對UPS的需求主要集中在以下五個方面:

    1.要求可靠，有沒有從來不壞的？

    2.強調可用，有沒有壞了馬上就能修好的？

    3.需要擴容，有沒有不加限制配置靈活的？

    4.投入運行，有沒有成本比別人都低的？

    5.強化管理，有沒有功能實用實施簡便的？

    其實，這五個方面基本可歸納為兩點----智能、容錯。

    人們最重視UPS的可靠性，那么有沒有從來不壞的UPS呢？沒有！不僅沒有，和整個供電系統的其它環節比較起來，UPS還是最容易壞、最不可靠的。

    來自IEEE（美國電氣與電子工程師協會）的一組數據顯示：電池的MTBF（平均無故障時間）是1402524小時，斷路器的MTBF是2502878小時，接線端子的MTBF是22993791小時，而帶靜態旁路UPS的MTBF只有156362小時，也就是15萬多小時，比系統中的電池、斷路器、接線端子等環節都低。可能有人會說，15萬小時相當于20年的時間，可靠性已經很高了呀！其實，MTBF雖然科學，但是不可信，因為它無法測量,僅代表設備的平均無故障時間，而每次發生故障的具體時間是不確定的，即使是MTBF為20年的設備，也可能在開機運行的第一周就發生故障。 

    既然沒有從來不壞的UPS，那么人們就只能退而求其次了：能不能使UPS故障后對負載的影響達到最小，甚至沒有影響呢？能不能使故障UPS快速修復呢？為了滿足第一個需要，人們采用了串聯熱備份、1+1或者N+1并聯冗余，雙總線甚至三總線等復雜的系統解決方案。其實，方案越是復雜，故障點就越多，系統故障率也就越高，人們花巨資設法建立復雜UPS系統的目的就是為了提高系統的容錯性。

    容錯是一種能力，即UPS能夠容忍故障的能力。最能體現UPS容錯能力的指標是可用性，可用性衡量的是系統提供持續服務的能力，對于可用性高的UPS系統，當UPS發生故障時,不會影響系統的繼續運行，并且可以快速修復。隨著信息化的發展，人們對供電要求越來越高，一年365天*24小時不能斷電，所以對UPS的需求也正在由可靠性向可用性轉變�？捎眯缘墓�式如下： 

    從公式中可以看出，要想提高可用性就必須提高UPS的平均無故障時間（MTBF）或者降低UPS的平均維護時間(MTTR)。實際上要想提高UPS單機系統的可靠性是很困難的，它受到很多因素的制約。而通過降低UPS的平均維護時間(MTTR) 提高UPS的可用性卻是很有效的。

    容錯的核心是系統內部資源冗余，而資源冗余的技術支撐是模塊化。串聯熱備份、并聯冗余，雙總線甚至三總線等方案正是通過各UPS間的相互冗余達到系統容錯的。但是為達到這一目的所付出的采購、運營和維護成本等代價也是昂貴的，并且即便如此，仍然不一定滿足人們對“故障UPS快速修復”的需求，因為這些系統的模塊化程度還不夠高。以臺達海福（HIFT）系列UPS為例，真正的模塊化UPS在容錯方面具備下述優點：

    1.最高的系統可靠性。當UPS容量一定時，負載越輕，模塊冗余的數量越多，而等容量的單機或者1+1并機是無法隨負載變化而提高系統冗余度的。例如，對于由5個20kVA模塊組成的4+1冗余模塊UPS，當負載只有75%時，系統配置就變成了3+2，此時其可靠性比同容量配置的1+1并機系統高出20倍。

    2.最快的修復時間。在N+X的冗余模式下，可以在線更換故障模塊，系統修復時間完全可控，不會影響系統的正常運行， MTTR接近于0。 不僅如此，模塊標準化的返廠維修還可以降低“再發生故障率500-2000倍。

    從以上兩點結合可用性公式可以看出，模塊化UPS具有最高的可用性，也就是說其容錯能力最強。具有低成本、高效率、高可靠性，并且能夠快速修復的容錯性UPS必將成為UPS的發展趨勢。

    1．負載擴容較快，如果設計人員設計了在一開始容量就不足的UPS，其犯的錯誤是不可饒恕的。

    2．在設備運行期間增加UPS容量的成本非常高。

    3. 在設備運行期間增加容量會造成嚴重的、無法估量的停機風險。

    過度配置給用戶帶來的成本是巨大的，這不僅僅體現在初期的購置成本上，還體現在其它的一些相關方面。比如空調的購置成本、運營成本、設備的安裝成本、資金的時間成本等等。模塊化UPS可以隨著業務的增長逐步擴容，最大限度地節省資源。能夠不加限制地靈活擴容這一智能特性正成為人們對UPS的需求之一。

    除了初裝成本，人們對UPS的運營成本同樣關注，這一點主要體現在UPS的效率上。 

    因為UPS的效率高低不僅決定了自身耗電的多少，還直接影響到制冷成本。節能降耗是當今世界的熱門話題，很多行業或單位已經制定了節能減排的硬指標，能夠低排高效地運行這一智能特性也已成為人們對UPS的重要需求之一。

    在節能減排方面，臺達的海福（HIFT）系列UPS做的也特別優秀，我們不妨以此為例加以說明。當負載在15%時，海福UPS的整機效率已經超過90%，當負載在27%時，它的整機效率已經達到94%。輕載高效是一個非常實用的智能特色，因為UPS在大多數情況下都工作在較低的負載狀態下，它能給用戶帶來的好處可通過以下例子看出來。

    假設UPS功率為120kVA，帶載30%，那么單臺UPS每年的耗電量如下表：

    從中可以看出，效率為94%的海福系列UPS與效率只有88%的普通UPS相比，每年可以節省近2萬度電，若以一度電1.8元計算，每年可以節省近4萬元人民幣，而這還沒有計算因UPS效率提高而節省下來的制冷費用。 所以說是效率一小步，節能一大步。

    目前，UPS的管理功能也越來越受到人們的重視,因為人員的成本越來越高，UPS的管理功能是否智能直接影響到設備運營成本的高低，甚至會直接威脅到系統的安全。一條地鐵線二十幾個站，不可能在每個站都放一個維護人員，青藏鐵路海拔四五千米以上，不可能在那里長期派人值守，所以說UPS的智能管理功能已變的非常重要。

    UPS的管理功能不只是UPS對于自身的管理功能，還包括UPS對機房動力環境監控的管理功能,包括機房內的溫濕度、門禁、煙霧、火警等等。目前能夠實現自身管理功能的UPS已經非常普遍，機房的動力環境監控也可通過專門的動力環境監控系統實現，然而復雜而又昂貴的專用監控系統是人們難以接受的，智能的機房動力環境監控功能是人們對UPS的又一需求。

    總之，隨著人們需求的變化，可快速修復的容錯能力以及包括擴容方便、運行高效、管理全面的智能特性必將成為UPS的發展趨勢。 在這方面臺達的海福（HIFT）系列UPS走在了所有品牌UPS的前面，它緊貼客戶需求，定位明確，可插拔更換修復和冗余配置的模塊化系統達到了UPS可用性的最高級別，重點強調最快的系統修復時間、最高的可靠性、最經濟的投資策略、最低的運行成本以及最全面的動環監管，集中體現了客戶的核心價值，是一款名副其實的高智能容錯的UPS。■