模块化UPS对客户TCO的影响

2011-03-31 18:18:23来源: 互联网

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led/' target='_blank'>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。

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

由于模块化UPS的体积较小,重量较轻,即使不需要特殊的设备,安装人员也可以很方便的进行安装,而传统UPS必须要借用工具,如起重机等,安装难度和成本大大增加。

2.模块化UPS为互用节约土建成本

模块化UPS为用户节省大量的机房投资、承重加固投资。

3.模块化UPS为用户节约设备运输成本

以深圳到北京为例,模块化UPS可节约运费。

1.6.4 模块化UPS对客户运营成本的影响

1.绿色环保节能

效率高是模块化UPS一大特点。逆变效率98%以上,整机效率96%,节约电能。

目前通信行业传统UPS电源的运行方式,主要是1+1或2+1的并联结构,这意味者该方案的容错率或冗余只有一次;同时由于并联数量少,以1+1方式为例,每个单机的输出功率不能超过其额定功率的50%,如果再考虑冗余和维护时的因素,实际只能运行在其额定功率的30%左右,而传统UPS电源的运行效率只有达到额定功率的50%~80%为最佳,再考虑2台设备的并联工作方式,其实际的运行效率从90%左右已降低到70%。而模块化UPS可以采取根据负载的情况,使部分模块休眠,来提高客户常用负载的效率,对于客户常用负载,可保持95%以上的效率,并且可靠性不降低。

图6 传统UPS和模块化电费对比

注:以上数据在负载18KW的条件下计算,电费0.8元/度。

环保就是没有污染。污染又分为自然环境的污染、电气环境的污染。模块化结构可以降低这两种污染。

自然环境的污染主要包括声音污染和大气污染。由于模块化结构绝大多数都是高频化结构,工作频率都在20kHz以上,这超出了人的听觉范围,所以这时UPS不会像工频机那样,变压器和电抗器都发出令人心烦意乱的噪音,影响工作情绪。至于大气污染,值得一提的是,模块化UPS都要符合RoHS指令。

在降低电气环境的污染方面,高频化模块UPS的输入功率因数都在0.99以上,这对电网而言几乎是线性负载,基本不破坏市电电网电压的正弦波形,谐波含量小于5%。因此,电网中由模块化UPS引起的高次谐波干扰几乎不用考虑。减少了线路上损耗,提高了电源利用率,并且降低对配电端的要求。而400kVA以下的单机工频UPS一般都是6脉冲整流,输入功率因数约为0.8,谐波含量达30%,5次和7次谐波能量较大,会干扰用电设备。模块化UPS满足IEC62040和EN62040等国际标准,减少传导和辐射的污染。

2.降低站点租用成本

对120KVA UPS,以1+1并联方式对比,模块化UPS较传统UPS减少占地面积2.6平方米,以每平方50元每月租金预计,每年可节约租金:2.6×50×12=1560元。并且随着时间的增加按照比例的增加。

图7 模块化UPS相对传统1+1冗余UPS节约的租金随时间变化

1.6.5 模块化UPS对维护成本的影响

1.模块可热插拔,维修方便

在线热插拔是模块化UPS的又一显著特点。包括功率模块、旁路模块、监控模块等,模块的规格统一,重量较轻。30KVA以下模块的具体实施很简单,更换时间极短,几分钟内完成,而且不需要专业人员,不需断电,用户可把损坏的模块寄回厂家维修即可。

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关键字:TCO  不间断电源  模块化UPS

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0331/article_6485.html
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