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同等基本容量下投資對比

并聯(lián)冗余系統(tǒng)是Tier2及Tier3等級數(shù)據(jù)中心對UPS系統(tǒng)的要求，其實(shí)質(zhì)是消除UPS功率部分的單點(diǎn)故障。針對此類場景，塔式UPS系統(tǒng)一般采用N+1并機(jī)的方式，而模塊化UPS可采用功率模塊N+X冗余。功率模塊N+X冗余通過配置不同的數(shù)目的冗余功率模塊，可達(dá)到極高可靠性。一般情況下，采用每5個功率模塊冗余1個模塊的配置方式。根據(jù)需求模塊化UPS也可采用機(jī)架冗余的方式。因?yàn)閷τ趥潆姇r間相同的同容量系統(tǒng)，無論是模塊化還是塔式UPS，配電與電池投入基本相當(dāng)，不再包含在比較范圍內(nèi)。表 1對最常用的200kVA、400kVA和500kVA基本容量需求時在模塊化UPS模塊冗余、機(jī)架冗余及塔式UPS冗余三種方案下的投資對比。

表 1 不同配置方案投資對比

由表1可知，模塊化UPS可通過N+X配置大幅節(jié)約投資，而模塊化機(jī)架冗余方案投資較高，主要來源于單價的差異。對于2N系統(tǒng)，模塊化UPS同樣因單價比塔式高30%，主機(jī)費(fèi)用也會相應(yīng)高出30%。2(N+X)配置時的分析等同于并機(jī)冗余系統(tǒng)，取決于模塊化UPS的配置。

但需要注意的是，雖然模塊化UPS機(jī)架冗余方案初期投資相比塔式UPS略高，但在10年的生命周期內(nèi)其TCO遠(yuǎn)低于塔式UPS，主要有以下幾個方面的原因：

模塊化UPS一般具備更高的輸出功率因數(shù)，滿足同樣的負(fù)載需求，實(shí)際基本容量需求可能會略小于塔式機(jī);

塔式機(jī)的一體化設(shè)計(jì)造成運(yùn)輸及安裝困難，工程成本提高;

塔式機(jī)運(yùn)行效率一般比模塊化UPS低2%，假定300kW負(fù)載，塔式、模塊化機(jī)架冗余和模塊化UPS模塊冗余運(yùn)行效率分別為93%、95%和96%，空調(diào)COP為3，UPS系統(tǒng)容量為500kVA，假設(shè)A為20萬元，那么三種配置的TCO(僅考慮初期投資與電費(fèi))如圖 1所示。由圖 1可見，即使采用模塊化UPS機(jī)架1+1冗余方案，在3.5年內(nèi)節(jié)約的電費(fèi)收益即可與初期多投資的成本持平，之后則模塊化TCO低于塔式機(jī);在不考慮能源成本增長的條件下，10年的生命周期內(nèi)模塊化機(jī)架冗余方案可節(jié)約約50萬元;如果使用模塊化UPS模塊冗余方案，則可節(jié)約130萬元以上。

圖 1 不同配置下TCO增長曲線

模塊化UPS帶來額外的可用性優(yōu)勢可減少服務(wù)費(fèi)用并大幅降低業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險。熱插拔設(shè)計(jì)使維護(hù)擴(kuò)容非常簡單，在有備件的情況下10分鐘運(yùn)維人員即可通過更換故障單元快速消除故障，而塔式UPS故障則需要原廠處理，下電維護(hù)，故障恢復(fù)周期長，使業(yè)務(wù)斷電的潛在風(fēng)險大大增加。

考慮擴(kuò)容時模塊化與塔式UPS投資對比

1) 模塊化UPS可更精確地實(shí)現(xiàn)“按需投資”

因?yàn)閿U(kuò)容帶來的潛在風(fēng)險，塔式UPS難以實(shí)現(xiàn)隨負(fù)載增長而擴(kuò)容的建設(shè)模式。對于傳統(tǒng)塔式UPS，即使配電系統(tǒng)輸入輸出開關(guān)已配置，要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容也必須購買原廠服務(wù)，且擴(kuò)容過程操作復(fù)雜，易引入斷電風(fēng)險，所以在可能的情況下，用戶需要盡量避免擴(kuò)容操作，而是考慮未來數(shù)年的擴(kuò)容需求，并依據(jù)未來滿負(fù)荷狀態(tài)規(guī)劃UPS系統(tǒng)容量。

而模塊化UPS以其在線擴(kuò)容的特性可輕松實(shí)現(xiàn)邊成長邊投資。模塊化UPS客戶只需將機(jī)架容量配置到位，當(dāng)負(fù)載增長時，客戶自主添加模塊并在操作屏幕上進(jìn)行簡單操作即可完成擴(kuò)容。此外，模塊化UPS單模塊顆粒度相比傳統(tǒng)塔式UPS更小，從而可根據(jù)負(fù)載需求，更精確地匹配負(fù)載容量，實(shí)現(xiàn)完全的按需投資，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。

因擴(kuò)容性難易不同，對于塔式UPS系統(tǒng)來說，最適合的建設(shè)方式是UPS按最終負(fù)載容量購置。而模塊化UPS系統(tǒng)來說，最合適的建設(shè)方式是配電按最終容量購置，而UPS邊成長邊擴(kuò)容。

2) 配電應(yīng)按最終需求容量配置”

出于成本與后期擴(kuò)容難易程度兩個因素的考慮，UPS輸入輸出配電應(yīng)按最終容量需求配置。在擴(kuò)容為計(jì)劃擴(kuò)容時，UPS配電系統(tǒng)的ATS、防雷器、總輸入空開、總輸出空開、輸入、輸出母線均應(yīng)按最終容量配置，測量、顯示儀表及機(jī)架等造價相對較低，那么實(shí)際上按最終需求配置和不按最終需求配置的差別只是主路空開、旁路空開和輸出空開三個空開，其價值相比與整個機(jī)房投資比例非常小，按最終容量配置并不會導(dǎo)致機(jī)房投資大幅增加，反之，擴(kuò)容時新加入UPS的從輸入母線引電與并聯(lián)會大幅增加工作量和施工難度，因此UPS輸入輸出配電系統(tǒng)應(yīng)按UPS最終配置預(yù)留好擴(kuò)容接口。下文的分析均基于配電已按最終容量需求配置這一假設(shè)。

3) 不同配置下UPS系統(tǒng)初期投資對比

如上所述，塔式UPS系統(tǒng)建設(shè)的最優(yōu)策略是“一步到位”，按終期容量需求配置UPS。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮初期投資或未來需求難以評估時，也有采用分期投入方式。下文以如下需求為例，對不同建設(shè)方式的投資進(jìn)行分析：假設(shè)最初負(fù)載基本容量為200kVA，后續(xù)負(fù)載基本容量將擴(kuò)展為400kVA，電池備電15min。電池系統(tǒng)投資按為1+1系統(tǒng)主機(jī)投資的2/3估算。具體見表2、表3與表4。

表2 N+X配置時投資情況

表3 2N配置時投資對比

表4 2(N+1)配置時投資對比

表2，表3，表4展示了N+X配置下的投資對比情況?？梢?，模塊化UPS的建設(shè)方式比起傳統(tǒng)上塔式UPS按最終負(fù)載容量配置的建設(shè)方式可大幅節(jié)約初期投資成本。而在N+X配置與2N配置時，雖然模塊化UPS初期投資比塔式UPS分期建設(shè)方案投資稍高，但前期建設(shè)難度低，后期擴(kuò)容無風(fēng)險，且擴(kuò)容可根據(jù)負(fù)載精確匹配，實(shí)現(xiàn)最佳投資回報率，塔式系統(tǒng)的擴(kuò)容則必須選用同容量同型號機(jī)型。當(dāng)負(fù)載率較低時，模塊化UPS還可以有更多的功率模塊處于冗余狀態(tài)，從而提升容錯能力，進(jìn)一步改善了可靠性。

編輯簡介
李露,女,在北京盛世君誠科技有限公司公司任職。主要從事云計(jì)算等新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)方向的相關(guān)研究,產(chǎn)品領(lǐng)域集中在機(jī)房環(huán)境設(shè)備,主要包括UPS、機(jī)房空調(diào)、機(jī)房監(jiān)控設(shè)備等。

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